某聯(lián)合循環(huán)電廠凝汽器真空節(jié)能改造

王 武

（中海福建燃?xì)獍l(fā)電有限公司，福建莆田 351156）

1 系統(tǒng)概述

某聯(lián)合循環(huán)電廠規(guī)劃建設(shè)8 套390 MW 燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組，一期工程建設(shè)4 套機(jī)組，已于2010 年投產(chǎn)。機(jī)島設(shè)備采用東方電氣集團(tuán)公司引進(jìn)日本三菱技術(shù)生產(chǎn)的M701F3 燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)機(jī)組，一拖一單軸布置。余熱鍋爐為無(wú)錫華光鍋爐股份有限公司引進(jìn)比利時(shí)CMI 公司技術(shù)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的三壓、再熱、立式、無(wú)補(bǔ)燃、自然循環(huán)余熱鍋爐。

汽輪機(jī)凝汽器是由喉部、水室、殼體、及底部的滑動(dòng)、固定支座等組成的全焊接結(jié)構(gòu)，系單殼體、雙流程、表面式凝汽器。采用海水開(kāi)式冷卻，海水取自福建東南處的湄洲灣海域。凝汽器參數(shù)：凝汽器背壓5.2 kPa，凝汽器進(jìn)口冷卻水溫度20.69 ℃，空氣泄漏質(zhì)量流量12 kg/h，排入凝汽器乏汽量366.9 t/h，抽空氣處氣體過(guò)冷度4 ℃，循環(huán)水壓力0.2 MPa。

每臺(tái)機(jī)組凝汽器配置2 臺(tái)水環(huán)式真空泵，總共8 臺(tái)真空泵機(jī)組。啟動(dòng)時(shí)，兩泵同時(shí)運(yùn)行，快速建立真空，正常運(yùn)行時(shí)，一運(yùn)一備，維持凝汽器真空。

水環(huán)式真空泵由佶締納士機(jī)械有限公司生產(chǎn)，型號(hào)為T(mén)C-11 雙級(jí)錐體水環(huán)真空泵（表1）。

2 系統(tǒng)存在的問(wèn)題

2.1 機(jī)組正常運(yùn)行中，真空泵余量過(guò)大

凝汽器真空泵的作用是抽走凝汽器中泄漏進(jìn)去的干空氣以及不凝結(jié)氣體，以維持凝汽器的高真空。在凝汽器真空機(jī)組設(shè)計(jì)選型時(shí)，根據(jù)HEI 標(biāo)準(zhǔn)，真空泵的抽氣能力需按照HEI 標(biāo)準(zhǔn)中泄漏量考慮100%的裕量來(lái)選型。實(shí)際在我國(guó)電廠設(shè)計(jì)中，會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大真空機(jī)組的抽氣裕量。另外，考慮到每年燃?xì)怆姀S開(kāi)停機(jī)次數(shù)多，為了縮短開(kāi)機(jī)時(shí)凝汽器建立真空的時(shí)間，真空泵的抽氣量也會(huì)往大抽氣量機(jī)型選型。根據(jù)統(tǒng)計(jì)佶締納士機(jī)械有限公司承接的電廠真空泵項(xiàng)目中，國(guó)內(nèi)燃?xì)怆姀S的凝汽器真空機(jī)組都存有高達(dá)100%以上的抽氣余量。

表1 真空泵相關(guān)參數(shù)

電廠機(jī)組設(shè)計(jì)工況條件下（入口壓力4.9 kPa，冷卻水溫20 ℃），現(xiàn)有機(jī)組TC-11 單泵出力高達(dá)65 kg/h。在凝汽器嚴(yán)密性良好的情況下，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，350 MW 燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組凝汽器干空氣泄漏量不足20 kg/h，真空泵抽氣裕量已經(jīng)高達(dá)250%。由于真空泵容量過(guò)大，給整個(gè)凝汽器系統(tǒng)帶來(lái)許多弊端，會(huì)造成真空泵振動(dòng)、噪聲大、能耗高，容易發(fā)生氣蝕，降低機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

2.2 水環(huán)式真空泵的極限

由水環(huán)式真空泵的工作原理可知，當(dāng)真空泵水環(huán)溫度達(dá)到凝汽器壓力下對(duì)應(yīng)的飽和溫度時(shí)，泵內(nèi)水環(huán)開(kāi)始汽化，不但使真空泵的抽吸能力急劇下降，達(dá)到極限能力，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行還會(huì)引起真空泵葉片汽蝕損傷。此時(shí)若想再次提高水環(huán)式真空泵的極限，就必須不斷降低水環(huán)溫度，這顯然需要較高的運(yùn)行成本，經(jīng)濟(jì)性較差。

3 節(jié)能改造方案

3.1 綜合考慮的因素

（1）現(xiàn)有真空泵有較大的抽氣裕量，可以用小功率的真空泵替代。

（2）同時(shí)兼顧每次開(kāi)機(jī)時(shí)快速建立真空需要大抽氣量。

（3）考慮異常工況，凝汽器嚴(yán)密性異常。

3.2 研究思路

（1）保留現(xiàn)有的TC-11 真空泵，在原有真空系統(tǒng)上并聯(lián)一套具有合適抽氣量、高效低功率的小泵作為高真空維持系統(tǒng)使用，如圖1 所示。

（2）開(kāi)機(jī)時(shí)，3 臺(tái)真空泵同時(shí)啟動(dòng)，達(dá)到極限出力后，2 臺(tái)大泵關(guān)閉，1 臺(tái)小泵維持。

（3）實(shí)際需求抽氣量可通過(guò)實(shí)際測(cè)量確定，現(xiàn)有的大泵TC-11功率為110 kW，預(yù)計(jì)采用羅茨—水環(huán)泵組維持，額定功率29.5 kW。

（4）在常規(guī)羅茨—水環(huán)泵組基礎(chǔ)上，采用雙級(jí)串聯(lián)冷卻，設(shè)兩個(gè)冷卻器，一級(jí)冷卻器冷卻水來(lái)自復(fù)用水（淡水），采用管式換熱器；二級(jí)冷卻器冷卻水來(lái)自中央空調(diào)冷凍水（除鹽水），采用板式換熱器，使泵組在高溫季節(jié)或低負(fù)荷時(shí)，表現(xiàn)出比原配真空泵更高的真空值，使得凝汽器的真空更接近其應(yīng)達(dá)真空值。

圖1 凝汽器真空系統(tǒng)改造示意

3.3 研究改造的基本原則

（1）在不影響改造后真空效果前提下，盡可能利用原有設(shè)備，減少改造工作量。

（2）保持現(xiàn)有系統(tǒng)不變，現(xiàn)有的參數(shù)應(yīng)保持不變，凝汽器真空甚至有所提高。

（3）保持真空泵的土建、基座位置不變。

3.4 改造可靠性分析

（1）機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，按原運(yùn)行方式將原有抽真空設(shè)備投入運(yùn)行，用以建立真空。

（2）機(jī)組運(yùn)行正常、真空穩(wěn)定情況下，高效真空泵組投入運(yùn)行、用以維持真空，原有抽真空設(shè)備切除做備用。

（3）機(jī)組真空系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重泄漏，羅茨—水環(huán)泵組不能維持凝汽器真空時(shí)，將原有抽真空設(shè)備其中1 臺(tái)或2 臺(tái)投入運(yùn)行以滿(mǎn)足真空要求。

（4）羅茨—水環(huán)泵組在檢修或設(shè)備故障時(shí)，原有抽真空設(shè)備自動(dòng)投入運(yùn)行，確保真空要求。

（5）改造后機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)主要以羅茨—水環(huán)泵組維持真空，均為一運(yùn)二備運(yùn)行方式，設(shè)備之間有可靠的聯(lián)鎖控制系統(tǒng)。改造后機(jī)組真空系統(tǒng)的安全可靠性不會(huì)降低，故真空系統(tǒng)改造安全可靠。

4 改造后節(jié)能效果

從電廠3#機(jī)改造后的羅茨—水環(huán)泵組試運(yùn)參數(shù)對(duì)比分析（表2），項(xiàng)目實(shí)施后，每臺(tái)機(jī)組年節(jié)省費(fèi)用約20 萬(wàn)元，可將優(yōu)化改造前耗電費(fèi)用降低86.1%，大幅降低凝汽器抽真空系統(tǒng)廠用電消耗，項(xiàng)目執(zhí)行情況良好，成效顯著。主要收益如下。

表2 真空系統(tǒng)改造前后運(yùn)行參數(shù)對(duì)比

（1）單泵運(yùn)行電流降低155 A。原TC-11 真空泵電機(jī)功率110 kW，運(yùn)行電流180 A，新增羅茨—水環(huán)泵組2BW6-2600 電機(jī)功率29.5 kW，高真空狀態(tài)下軸功率約18 kW，運(yùn)行電流約25 A。

（2）節(jié)水。改造前耗水量90 m3/h，改造后15 m3/h。

（3）真空泵出現(xiàn)氣蝕的狀況減少，設(shè)備運(yùn)維成本降低，大部分時(shí)間開(kāi)小泵，小泵維修費(fèi)用和損耗費(fèi)用都比原大泵低。

（4）在未影響原有真空度的情況下，增加1 臺(tái)真空泵，機(jī)組運(yùn)行可靠性增加。

5 總結(jié)

本次凝汽器真空系統(tǒng)改造，不僅達(dá)到了高效節(jié)能的目的，還徹底解決水環(huán)真空泵的極限真空問(wèn)題，使得水環(huán)泵真空泵的抽氣性能不再受工作水溫度制約。在高溫季節(jié)或低負(fù)荷時(shí)，表現(xiàn)出比原配真空泵更高的真空值，使得凝汽器的真空更接近其應(yīng)達(dá)真空值。技改后，原配真空泵長(zhǎng)期在備用狀態(tài)下，而不必作任何的檢修計(jì)劃，節(jié)省了大量檢修工作量和維護(hù)費(fèi)用。該節(jié)能改造項(xiàng)目具有很高的推廣價(jià)值。