真空泵工作液冷却水系统改造效果的合理评估

顾志云，林晓真，房大明

（1.上海明华电力技术工程有限公司，上海 200090；2.江苏徐矿综合利用发电有限公司，江苏 徐州 221137）

0 概 述

真空泵是大型火力发电机组中功耗小却发挥大作用的辅机。真空泵抽吸空气的能力直接影响凝汽器内空气的聚集程度，从而影响机组的真空度和经济性。真空泵的工作能力主要是受其工作液温度的影响。目前电厂多采用循环水或者工业水进行工作液的冷却，但是夏季时循环水和工业水的温度升高，真空泵的工作能力下降，凝汽器内的空气无法被及时抽出，导致凝汽器真空度的恶化，更甚者，将引起真空泵的汽蚀，影响机组的安全性。因此，有必要采取相应措施，对机组的真空泵工作液冷却水的系统进行改造。例如采用真空泵工作液冷却水的系统改造，或对换热器进行改造。真空泵工作液冷却水系统改造的方案和方法在多篇文献中已有详细介绍，但对于核算冷却水系统改造后的节能量，并没有详细的介绍，因此，现以某厂的冷却水系统改造前后运行参数为例，介绍节能量的核算方法。

1 真空泵工作液冷却水系统的改造

1.1 工作液的冷却水系统

某电厂真空系统中的抽汽设备采用了水环式真空泵，每台机组配置2台相同型号和出力的真空泵。机组正常运行时，1台运行，1台备用。真空泵的工作液来自凝结水系统中的凝结水，冷却液来自开式循环水。在正常工况下，真空泵的工作液被循环水冷却，真空泵的抽吸压力低于凝汽器压力，可及时抽吸不凝结气体。原真空泵工作液的冷却水系统，如图1所示。

图1 原真空泵工作液的冷却水系统

经分析，在图1所示系统中，真空泵工作液的冷却水系统存在几个方面的问题。

（1）真空泵的工作液取自凝结水，凝结水的温度受机组运行状况和季节的影响，有时会达到很高的温度，难以被冷却到合适的工作温度，真空泵的工况条件易被恶化。

（2）真空泵工作液的冷却水取自循环水，循环水的温度将随着季节温度而变化。在夏季，循环水的温度明显升高，很难保持与凝结水的正常冷却度，常导致真空泵的抽吸能力下降，严重时，真空泵还将发生汽蚀。

（3）采用了管壳式换热器冷却真空泵的工作液，常因换热器被堵塞，而无法对工作液进行冷却。

1.2 真空泵工作液冷却水系统的改造方案

针对冷却水系统存在的问题，对系统进行了合理的改造。

首先，考虑采用比凝结水温度更低更稳定的水源作为真空泵的工作液，该电厂系统中的除盐水能满足这一要求，因此，将真空泵的工作液改为除盐水。其次，循环水的温度随着夏季温度上升，考虑采用空调冷冻水作为真空泵工作液的冷却水。空调冷冻水的温度设定为8℃，足以满足冷却真空泵工作液的要求。

另外，还在冷却系统中增加了板式换热器，增强了换热效果。改造后的真空泵工作液冷却水系统，如图2所示。

图2 改造后真空泵工作液的冷却水系统

2 改造后节能效果的定量评估

为了对冷却水系统改造的效果进行评估，在相同条件下，对冷却水系统进行了改造前后的对比试验。

2.1 真空泵工作液冷却水改造前后对比试验

为了比较不同机组、不同负荷的改造效果，评估试验分别安排在2台机组中进行，试验时机组的负荷分别为100%、60%。试验数据的采集，在工作液和冷却水切换稳定半小时后进行。采集的各项试验数据，如表1所示。

表1 背压试验数据

为了保证工作液和冷却水投切前后对比试验的精度，发电功率采用精度为0.01%的三相高精度功率表进行测量，循环水进水温度采用Ⅰ级铂电阻进行测量，为测量背压安装了试验专用表，表1中的数值均为实测值。

从表1可知，2台机组在100%负荷时，实测的背压值比较接近。观察机组负荷降低后的真空泵工作液冷却水的改造效果，以2号机组为例，将负荷降至60%，此时，实测机组的背压改善值，已降至100%负荷值的40%。

2.2 改造真实效果要扣除循环水温度变化造成的影响

在评估试验过程中，尽管其他对比试验时的条件可以严格控制，但循环水的温度受环境温度的影响，无法人为控制，而循环水的温度变化又直接影响真空度的变化数值。因此，利用背压变化考核改造效果时，必须扣除试验过程中循环水温度变化带来的影响，如此才能保证背压的变化均由冷却水的切换造成的，其中循环水温度的变化对真空度的影响，是通过凝汽器热平衡和变工况计算得到。对于循环水温度的影响，经计算后所得的数据，如表2所示。

2.3 改换冷却液后的节能量计算

为计算改换循环水冷却液后获得的节能量，采用公式（1）进行计算：

2.3.1 改造后的煤耗下降值

1号机组在300MW负荷试验中，背压下降0.24kPa，对煤耗的影响为0.76g／kW·h。2号机组在300MW负荷试验中，背压下降0.79kPa，对额定工况煤耗的影响为2.89g／kW·h。在180 MW负荷试验中，背压下降0.64kPa，对额定工况煤耗的影响为3.35g／kW·h。

2.3.2 节能量的计算

经统计，该电厂循环水冷却液改造系统已投运2年，每年空调冷冻水投入运行的时间为3 600h，2014年的平均负荷接近180MW，厂用电率为5%。经计算，该厂全年折算成煤的节能量为108.54吨／年。

2.4 影响改造效果评估的因素

2.4.1 冷却水管道阻力对评估效果的影响

从以上试验结果可知，2号机组的改造效果明显优于1号机组的改造效果。2号机组真空泵工作液冷却水管道设置优于1号机组的管道设置，管道阻力减少，有更佳的冷却效果。

2.4.2 外围装置对评估效果的影响

2号机组在运行中，电厂在2号机组的真空泵旁放置了一个大风扇，加强换热，也是导致2号机组的改造效果明显增加的原因。

2.4.3 循环水温度变化对评估效果的影响

循环水温度在投切冷却水时会产生波动，因此直接参考背压的变化作为评估的依据是不合理的。实际计算过程中，需要扣除循环水温度变化对背压的影响。扣除循环水温度变化的影响之后，背压的变化才可作为计算和评估节能量的依据。

表2 循环水温度影响计算结果

2.4.4 节能量与运行时间和负荷之间关系

核算改造后冷却系统的效果，需要考虑空调冷却水实际投入的时间，并非是全年时间，仅计算夏季空调投入的时间，在本例中计为3600h。另外，需要考虑机组运行的实际负荷，不能简单地以满负荷计算，应依据年平均负荷进行计算。

3 结 语

针对夏季真空泵出力不足的情况，可采用相关措施进行节能改造，如改用除盐水作为真空泵的工作液，或改用空调冷冻水代替冷却工作液，还可将管壳式换热器改为板式换热器。

在统计冷却水系统改造后的经济价值时，应考虑各种因素对冷却效果的影响。对于评估试验的数据采集，需要关注循环水温度的变化、管道阻力及外围装置等因素的影响。计算时，还要关注运行小时数和实际负荷对冷却效果的影响。