提高凝汽器水环真空泵出力的措施
某发电厂为4台300MW机组，每台机组配备2套抽真空系统。在启动机组时候，2套抽真空系统同时运行，使凝汽器迅速建立真空，当凝汽器真空达到－86kPa后停止一台做备用。但发电厂建厂以来因满足不了单台真空泵运行条件，4台机组一直投运2套抽真空系统，无法做到设备轮换，加速了真空泵的磨损和叶片气蚀。尤其夏季机组真空度仅为86～88%，成为降低机组经济性的主要因素。广一水泵在对此进行分析和测试后，找出了真空泵出力不足主要原因，提出了相应的改进措施，并准确计算出改造后的节能效益。
1、水环真空泵的工作原理
真空泵叶轮偏心装在接近圆形的泵体内，叶轮旋转时因离心力作用，流入泵体内的水沿着泵壳形成漩流的水环。因偏心水环内表面与叶轮轮廓形成一个月牙形的空间。叶片从近壁点转到远壁点，2个相邻叶片之间所包围的容积逐渐增大，气体由外界吸入。相反的对侧，相应的容积由大变小，使原先吸入的气体受到压缩，当压力达到或略大于大气压时，气体被抽出。随着叶轮稳定转动，吸、排汽过程连续不断地进行，因此可以连续不断地抽吸气体。
2、真空泵的设计规范
发电厂抽真空系统设计规范见表1。
表1 抽真空系统设计规范
真空泵 | 型号 | 2BE1－353 | 电机 | 型号 | Y355-10 | 冷却器 | 冷却面积 | 27㎡ |
吸气量 | 5267m3/h | 功率 | 160kW | 工作水流量 | 31.85m3/h | |||
转速 | 590r/min | 电流 | 325.4A | 冷却水流量 | 52.87m3/h | |||
极限真空 | 3.3kPa | 转速 | 589 r/min | 设计压力 | 1∶1 |
冷却水是从冷却水塔冷却后的闭式循环水，经过开式泵升压后，从真空泵换热器管侧进入。因此冷却水温度直接受大气温和冷却水塔冷却数影响。
3、真空泵运行情况
真空泵工作水入口温度设计15℃才能达到最大出力的要求。2004年7月测试，发电厂1号机真空泵工作水出口温度为42.1℃，入口温度为38.7℃，流量为22t/h；4号机真空泵工作水出口温度为41℃，入口温度为36.5℃。夏季，真空泵工作水入口温度超过设计温度达21～23℃。换热器中工作水的温降为3.5～5℃，说明换热效果不佳。而实际流量22
t/h小于设计流量很多，说明换热器阻塞情况很严重。
测试时，开式冷却水温为32℃，流量为85t/h。开式冷却水受换热器传热系数低和冷却水流量高影响，换热后温升仅1℃，说明冷却不充分。换热端差达到7℃，说明换热器的设计满足不了设备需求。
一般理解，真空低是受真空系统严密性和循环水温直接影响，对真空泵出力考虑的不充分，尤其对影响真空泵出力的因素研究甚少。
4、真空泵出力不足的解决办法
水在40℃的汽化压力为7.3.75kPa，50℃的汽化压力为12.33
kPa，真空泵工作水在40～50℃温度下会产生大量汽化。真空泵因抽吸自身工质汽化产生的气体，挤占真空泵抽气量，造成真空泵出力严重不足。真空泵从凝汽器抽出的空气是由不可凝结的气体和水蒸气的混合物组成，其中水蒸气占总体积的3/4，所以在真空泵的吸入管安装有2个冷却喷嘴，从换热器出来的冷却后的工作水，大部分回到泵体，1/8通过冷凝喷嘴去冷却吸入的蒸汽，可以使蒸汽70%左右产生冷凝，实际上提高了真空泵抽气能力。
对比一些降低凝汽器真空的措施，如清洗冷却水塔淋水盘、提高循环水流量、真空系统找漏等，采取降低真空泵工作水温度的措施简单易行、效果明显。
降低真空泵工作水温度采取2种手段：提高换热器换热效果和降低冷却水温。
4.1 提高换热器换热效率
发电厂目前真空泵管式换热器的换热系数经过计算为：460
W/㎡·K，对管式换热器设计参数一般换热系数应为800～1200
W/㎡·K，这就是开式冷却水换热后温升仅1℃的原因之一。而对比现在最新技术的板式换热器而言，采用进口材质的板式换热器换热系数为4000～6000
W/㎡·K。各项参数对比见表2。
表2 各项参数对比
类型 | 传热系数 | 水质 | 流向 | 端差 | 检修量 | 冷却水量 |
管式换热器 | 800～1200 | 要求严格 | 层流 | 5～10℃ | 量大、费时 | 1.8～2.5：1 |
板式换热器 | 4000～6000 | 不要求 | 湍流 | 1℃ | 易行、省时 | 0.8～1.1：1 |
4.2 降低冷却水温
2016年7月，发电厂开式水泵出口压力为0.15MPa，温度32℃，流量1260
t/h；工业水泵出口压力0.5 MPa，温度16℃，流量220 t/h。改用工业水的好处除了水温因素外，工业水发电厂现有正常运行中有50～100
t/h裕量，如同时更换板式换热器，对水质要求也同时解决，同时工业水压较高也可以在换热器增加流程，减小冷却水量。对工业水与开式水的改造方式如图1所示。
发电厂1号机组真空泵工作水来水温度42.1℃，回水温度38.7℃；开式冷却水来水温度32℃，回水温度33℃。端差为7℃。如果同时更换双流程或三流程板式换热器和采用从水库底部抽出的16℃工业水做冷却水源，则工作水回水可以降到17℃，端差为1℃，所需工业水流量最多40
t/h。
5、改造项目
将现在使用的管式换热器更换为瑞典SWEP板式换热器，减小冷却水量和换热端差。
在原有开式冷却水φ100mm管路上并接引自汽机房工业水母管的工业水φ80mm管路，回水都引到开式水回水管路，保证系统安全性。
并接的工业水φ80mm管路装有一个气动调节门，信号引自工作水回水的温度信号。设定工作水回水温度为17℃，以此调节工业水流量，减小水耗。
为加强设备状况监测。在真空泵工作水来回水管路加装温度表2块，在开式水来回水加装温度表2块，在工业水来水管路加装温度表1块，在冷却水来回水总管加装压力表2块（用于监测冷却器结垢状况）。
对2台真空泵的入口气动隔离阀的严密性明确，保证2台真空泵做到互为备用。
另外，工业水应该加装管路保温，减小夏季环境高温对其影响
6、对应的试验测试分析
为检验改造效果，广一水泵选择真空严密性最好的1号机组，单独运行一台出力较好的真空泵，通过改变冷却水温，每个工况稳定后保持3min，一共做了4个典型工况。首先利用停机机会在真空泵开式水冷却水来水管开φ40mm的孔，就近连上消防水管（工业水分支，16℃）并加上截门，启机后逐渐打开此截门并逐渐关小开式冷却水，以此做为降低工作水温的一个试验工况。对升高工作水温的工况，广一水泵在保证机组正常运行情况下，逐渐关小开式冷却水来水截门，取得试验数据。表3就是1号机组在气温30℃、大气压105Pa、280MW4个工况试验数据：
表3
1号机组4种工况下的试验数据
工况 | 冷却水温(℃) | 工作水温(℃) | 背压(kPa) | 真空度（％） |
1 | 20.0 | 26.7 | 9.42 | 90.58 |
2 | 28.7 | 35.3 | 11.03 | 88.97 |
3 | 37.2 | 45.1 | 12.78 | 87.22 |
4 | 43.4 | 51.2 | 13.88 | 86.12 |
运行工况 | 32.1 | 38.8 | 11.67 | 88.33 |
由此得出，真空泵工作水每降低1℃，真空度提高0.18
％，说明真空泵出力与真空泵工作水温为线性关系，明确了换热器的改造和真空泵冷却水源改造的必要性。
7、经济性
7.1 改造投资
涉及设备费、材料费、安装费、试验费，合计13.6万元。
设备费：SWEP公司按照设计要求的板式换热器2台，10万元；各管路的热工测点仪表0.1万元；工业水管路加装的气动调节门0.5万元。
材料费：增加的工业水管路和真空泵工作水与更换的换热器管路，合计1万元。
安装费：施工费用1万元。
试验费：涉及试验的相关费用1万元。
7.2 效益分析
对于300MW机组，真空泵工作水温每降低1℃，可提高真空0.18
kPa，相当降低供电煤耗0.2
g/kWh。如按照以上方案实施改造，最多可以把真空泵工作水回水温度由36～39℃降到17℃，降低煤耗1.8g/kWh如夏季4个月，改造后至少平均增加真空泵工作水降温5℃，降低供电煤耗为1
g/kWh，按照单台机组发电5亿度和标煤单价220元/t计算，可以产生效益:节煤0.5万t，纯利润96.4万元。
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