1000MW机组真空系统节能优化研究

文_许建林 张青松 神华国华寿光发电有限责任公司

1 概述

国华寿光电厂1000MW机组凝汽器真空系统由主机真空系统和小机真空系统组成。主机凝汽器真空系统为双背压运行方式，分为高、低压两侧，高低侧之间有联络门，可以单双背压相互切换。系统设3台水环真空泵，除启动机组等特殊时间外其他时间段常为2用1备，单台真空泵电流为160～190A。小机凝汽器真空系统为单背压运行方式，小汽机系统与大汽机系统凝汽器工况基本相同，除启动机组等特殊时间外其他时间段常为1用1备，单台真空泵电流为160～190A。此种设计运行方式造成能量损耗，且真空泵性能和出力受制于工作液温度的变化。尤其夏季高温时，水环真空泵性能和出力下降，可能导致凝汽器真空下降，造成机组经济性降低。

1 凝汽器水环真空泵存在问题

1.1 凝汽器水环真空泵能耗巨大

①在设计选型时，为保证初建真空的时间，故选型液环泵型号及电机功率余量较大。在实际运行中，初期阶段和火电机组负荷有较大变化时，需要比较大的抽气能力，只有2台同时运行，才能使得真空度迅速达到指定的要求。当在稳定运行的阶段(特别是在高真空区段)，并不需要特别高的抽气能力，只需维持凝汽器的真空度和抽吸凝汽器中的不凝性气体。

②根据真空设备原理，液环泵运行需要用电动机把水搅动起来形成水环密封，以便液环泵抽真空。但电机用于搅和水所做的无用功远大于抽真空的有用功，形成巨大浪费。

③在凝汽器启动、真空严密性变差、液环泵因工作水温变高而抽气能力变差时，现有的运行方式是通过增加液环泵的运行数量来满足实际需要。由于液环泵本身属于高耗能的设备，仅有开关两种状态，且单台的装机功率达到了90kW，功耗极大。

1.2 现用设备的安全隐患

①大液环泵110kW电机为定频电机，匹配电压极大。同时也会有启动时的大电流，造成电器设备的安全隐患。

②在大液环泵达到极限能力时(尤其是单级水环真空泵)，容易形成气蚀现象，导致产生巨大振动和噪声。需要定期检修大液环泵，修补叶轮，会产生大量的维护成本。电厂加装了1套大气喷射器装置弥补液环真空泵能力缺陷，避免了气蚀但增加了系统功耗。

1.3 影响发电机组经济性，增加煤耗

①大水环真空泵性能和出力受工作液温度的变化影响。夏季高温时，水环真空泵性能和出力下降，可能导致凝汽器真空下降，机组经济性降低。

②凝汽器真空度受季节、冷却水状况、冷却效果及真空严密性等条件影响而效能受限，无法保持在最佳真空值，且难以通过较小投资改善这些相关影响因素。

2 真空优化方案一

2.1 主机与小机真空系统增加联络门

主机与给水泵汽轮机的凝汽器是相互独立的，其抽真空系统相应采取了各自独立的系统，运行中主机凝汽器高、低压侧各运行1台真空泵，备用1台真空泵。给水泵汽轮机凝汽器运行1台真空泵，备用1台真空泵。在主机低压侧凝汽器抽真空系统真空泵入口与给水泵汽轮机抽真空系统真空泵入口加装联络门，通过主机低压凝汽器背压抽吸给水泵汽轮机凝汽器气体，在满足给水泵凝汽器背压基础上，停运给水泵汽轮机凝汽器真空泵。

2.2 效果分析

优化方案在冬季既能保证主机及给水泵汽轮机的设计背压要求，又能降低真空泵耗电量，同时增加了机组真空泵的备用台数，提高了机组真空系统的可靠性。

2.3 真空泵运行优化技术措施

秋冬季节控制冷凝器真空系统平均背压在2.5～3.0kPa之间,主机单背压并与小机凝汽器并列运行（高低压凝汽器和小机凝汽器联络门均开启）。

①当凝汽器高低压侧平均背压低于3.8kPa，采用2台主机真空泵带2台凝汽器运行；停运全部小机真空泵，由主机2台真空泵接带大机凝汽器和小机凝汽器运行（4.5kPa恢复）。

②当机组凝汽器平均背压低于2.8kPa，采用单泵带3台凝汽器运行，由1台主机真空泵接带大机高低压侧和小机凝汽器；（3.5kPa时恢复）。

③当机组凝汽器平均背压低于2.5kPa，关闭运行主机真空泵入口手动门至1/3，如无上升趋势则适当开启启动疏水泵至高压疏水扩容器管道放水门（EH油箱后），调节背压高于2.5kPa，不得超过3.0kPa。

3 真空优化方案二

主机单侧将原有的水环式真空泵改为1台高效的罗茨真空泵,给水泵汽轮机凝汽器改为1台高效的罗茨真空泵。采取罗茨真空泵+管式换热器+水环式真空泵组合方式。

主机配备1台ER7000带排气口冷却器的变频两叶罗茨真空泵作为主泵，1500r/min时的抽速约为2900m3/h，2950r/min时抽速为5900m3/h；配备1台ER3300机械密封变频运行两叶罗茨真空泵作为次级真空泵，变频调整幅度可以为1500～3000m3/h。

3.1 高效罗茨液环真空泵组运行经济性分析

①节电率高。比水环式真空泵节电约70%。

②极限真空能力更强。采用罗茨泵和水环式真空泵技术串联技术，极限真空可以达到50～400Pa，1000MW机组可以提高高、低背压凝汽器真空0.1～0.5kPa。

③适应机组真空严密性能力更强。100M0W机组配置罗茨泵为变频设备，可以根据机组实际真空产密性情况，通过调节变频器转速器调整系统出力，因此适应能力更强 。

④用高效罗茨液环真空泵组优势：能降低水环真空泵功耗，大水环泵停机备用；且改造后总能耗仅33.5W，比之蒸汽喷射器所用小功率水环泵系统能耗更低，且不需要使用蒸汽。

高效罗茨液环机组抽气能力不受工作水温度的制约，在水温高时仍可以保持其抽气能力设计值。且其设计值上限比现用设备及蒸气喷射系统高近1倍。

在真空严密性差，水环泵抽气能力不足时可以提高机组凝汽器真空能彻底解决原水环真空泵的汽蚀问题。

维护成本低(因原配置真空泵仅在机组启动时使用，大液环泵免维护)。

3.2 抽真空系统改造安全可靠性分析

①机组启动时，按原运行方式将原有抽真空设备投入运行，用以建立真空。

②机组运行正常、真空稳定情况下，高效真空泵组投入运行、用以维持真空，原有抽真空设备停机做备用。

③机组真空系统发生严重泄漏，高效真空泵不能维持凝汽器真空时将原有抽真空设备其中1台或2台投入运行以满足真空要求。

④高效真空泵组在检修或设备故障时，原有抽真空设备投入运行，确保真空要求。

⑤改造后机组正常运行时主要以高效真空泵组维持真空，为1运3备运行方式，设备之间有可靠的联锁控制系统。改造后机组真空泵系统备用系数增加，安全可靠性提高。

4 罗茨真空泵改造后效果评估

寿光电厂1#机组罗茨真空泵改造完成，原大机和小机真空泵全部停运，目前只运行2台罗茨真空泵，节能效果显著。在机组启动时使用水环真空泵组建立凝汽器真空，待达到正常真空值(低于10kPa）后，投入罗茨真空泵组来维持真空，原水环真空泵作备用，以保证真空系统可靠性和经济性；同时由于单机原水环真空泵全部停运，真空泵冷却水耗量降低约1/2，真空泵冷却水泵可停运1台备用（节约37kW,额定电流69A）；运行方式由夏季2运1备改为1运2备。

以1#机组真空泵实际运行参数计算，单台原水环真空泵电流约169A，正常运行共计3台（3×169=507A）；使用罗茨高效真空泵组，单台罗茨真空泵总电流约60A，正常运行共计2台（2×60=120A）；按上网电价0.34元/ kWh，真空设备年运行6000h计算，节电率达79.1%。

5 结语

通过对主机与小机真空系统的优化改造，可以在一定程度上提高机组真空系统运行的经济性，降低机组煤耗，降低厂用电率，为机组的节能优化起到一定的作用。