丰润热电2号机组凝汽器抽真空系统优化改造

夏荣海　孟建国　李建军

摘要：本文主要介绍了汽轮机水环真空泵系统普遍存在的缺点、蒸汽喷射抽真空系统的工作原理和优点，并通过介绍丰润热电公司2号机组凝汽器抽真空系统的节能优化改造，证明了“蒸汽喷射抽真空”技术的应用可行性。

关键词：凝汽器；抽真空；真空泵；蒸汽；喷射

中图分类号TK2 文献标识码A 文章编号2095-6363（2015）12-0057-02

凝汽器及其抽真空设备是汽轮机组的重要附属设备，它们运行的效果直接影响着整个汽轮机组运行的经济性和可靠性。现阶段凝汽器抽真空系统主要配用水环式真空泵设备。水环式真空泵存在着以下先天缺点：1）运行过程中噪声较大。2）由于电机驱动，厂用电消耗量高（110kW电机）。3）水环泵常用开式循环水作为冷却水，但开式循环水温度受到气候条件影响，温度变化较大，特别是夏天，循环冷却水温度最高可达近40℃，严重影响了水环真空泵的运行效率，在夏季大负荷期间，由于真空泵运行效率低，机组凝汽器真空度最低时仅能达到-85kPa，这不仅降低了汽轮机的运行经济性，严重时还可能造成机组低真空保护动作而发生跳机的非停事故。4）水环泵入口处真空度高，如果工作液换热效果不好，极易造成泵入口部位各部件发生汽蚀，威胁设备安全运行。凝汽器水环真空泵存在上述先天缺陷，因此更加凸显出抽真空系统改造的必要性。

1.背景

丰润热电公司每台汽轮机组各配置了2台湖北同方高科泵业有限公司生产的型号为2BW4 353-0EK4，功率为110kW的水环式真空泵，该水环泵与主机一同投产运行，投产时运行稳定，但是运行过程中噪声较大且厂用电消耗量高（110kW电机）。水环泵用开式水作为冷却水。但循环水温度受到气候条件影响，温度变化较大，特别是夏天，循环冷却水温度最高可达近32℃；根据历史数据，循环冷却水温度在夏季约3个月的时间里高于28℃，这导致了水环真空泵的板式换热器传热温差小，换热效果差，致使泵内工作液温度高达到三十多度，这严重影响了水环真空泵的运行效率，而且也容易造成泵入口部位的汽蚀，叶轮汽蚀断裂缺陷见图1。根据历史记录，在夏季大负荷期间，由于真空泵运行效率低，机组凝汽器真空度最低时仅能达到-85kPa，这严重影响了机组的经济性和安全性，严重时可能造成机组低真空保护动作而跳机的非停事故。

根据上述系统存在的问题，凝汽器因为真空泵夏季工作液温度较高，工作液大量汽化，影响真空泵的出力，无法维持凝汽器最高真空；且真空泵耗能较高。另外，由于设备比较陈旧，导致严密性不好，凝汽器漏气量增大真空泵设备长期受汽蚀的影响，叶轮出现裂纹易断裂，直接影响凝汽器的安全运行。此前在液环泵冷却水管线增加了一路地下深井水进行补凉。但水环泵仍然存在着电耗偏高、噪音大等问题，凝汽器无法达到最高真空的问题，因此更加凸显出系统改造的必要性。

2.原凝汽器真空泵系统基本情况

真空泵型式：水环式真空泵。

真空泵型式：2BW4 353-0EK4

额定工况抽干空气量：72.0kg/h

极限真空度：3.3kPa.a

真空泵级数：单级

真空泵的配置：每台机组配2台水环真空泵，机组启动时投入2台运行，正常运行时1台运行，1台备用。

真空泵2台启动至凝汽器建立额定真空时间不大于40min。

真空泵工作液条件

工作液水源：凝结水

工作液温度：～40℃

冷却水如下：

冷却器水源：开式水

设计工业水温：21℃

最高工业水温：35℃

开式水压力：0.15-0.5MPa、

开式水来自至冷凝器的循环水供水系统，经升压泵升压后供给冷却设备，循环冷却水系统的补充水采用经过深度处理后的中水。循环冷却水系统采用带自然通风冷却塔的二次循环供水系统。

3.蒸汽喷射抽真空技术原理

“蒸汽喷射抽真空系统”是替代“真空泵抽真空系统”的一种创新技术，它是在凝汽器抽真空系统中安装多级蒸汽喷射器抽真空装置，靠高速流动蒸汽的“诱导”原理，实现对凝汽器抽真空的目的。这样有效解决了原真空泵因夏季工作水温高因此工作出力低、运行噪音大及气蚀等经济和安全问题，显著提高凝汽器真空度，从而有效提高汽轮机组运行效率。原真空泵仅启机时投运，机组正常运行时处于备用状态，可有效达到减少耗用厂用电的节能效果。另外改造后，夏季可以平均提高机组真空0.5kPa；机组真空每提高1kPa可节约煤耗3.2g/（kw.H），因此该技改可降低煤耗1.6 g/（kw.H）。

凝汽器抽真空系统节能优化改造方案系统流程图如图2。

在两级喷射器3.1和3.2作用下产生真空。

诱导工作原理：D侧为动力蒸汽侧，通过动力喷嘴以超音速射流，产生真空，A为抽吸端（电厂指凝汽器来汽侧），与D侧的蒸汽混合后通过排出侧E排出。蒸汽喷射器结构图见图3。

4.技术改造

2015年2月份，丰润热电公司对2号机组凝汽器抽真空系统实施了节能优化改造：即在原真空泵抽汽系统旁并联安装了一套“普瑞森能源科技（北京）有限公司”设计生产的KTB-PO-14059P型“双级蒸汽喷射抽真空系统”，保留原系统的2台水环泵，在系统启动阶段用于预抽系统真空。正常工况下仅投运该“双级蒸汽喷射抽真空系统”即可满足工况要求。双级蒸汽喷射器通过动力喷嘴以超音速射流，产生真空来抽吸凝汽器里的不凝气体，其动力蒸汽可以考虑从辅机联箱里抽出0.4Mpa的蒸汽，蒸汽量约1000kg/h。来从凝汽器的不可凝气体通过该双级蒸汽喷射器连同动力蒸汽进入系统冷凝器中冷却，动力蒸汽和凝汽器被抽气体中的水蒸汽冷凝成水，回收到凝汽器热井中。

5.经济性计算

对投资回报等指标的分析计算如下。

标煤单价580元/吨，电价0.4元/度电。夏季运行时间4个月（电厂运行数2880h）计算，一台300MW机组提高凝汽器真空每年所产生的经济效益：

1×（300×10）×2880×（0.5×3.2×10）×580=80.18万元。

改造前水环泵如因汽蚀需更换叶轮约需30万元费用（两台泵），改造后抽真空系统可以安全稳定运行，更换周期最少延长至12年，节约费用15万/年（按两年更换计算）。

一台300MW机组厂用电节省电费的经济效益：

原2BE1 353的电机功率为llOkW/h，按照电价0.4元，电厂运行数7000h计算。

110×7000×0.4=30.8万元

动力蒸汽成本核算：

产生0.4MPa蒸汽所需要的煤成本约0.3元/度电，电厂运行数7000h计算，系统所消耗的0.4MPa蒸汽量为1.0t/h，动力蒸汽的成本为：1.0×110×7000×0.3=23.1万元

则一台300MW机组凝汽器真空系统改造后每年经济收益为：

80.18+15+30.8-23.1=102.88万元

成本回收年计算：技改工程总投资约220万元，每年可创造经济收益为102.88万元，成本回收年限为：220/102.88=2.14（年）

6.结论

实践证明，一台300MW机组“凝汽器抽真空系统节能优化改造”后，可降低标准煤耗1.6g/（kw.H）；如果机组全年“满发”，每年可降低标准煤耗4204.8吨。这样不仅显著节约能源消耗，而且还将大大减少了硫化物、氮氧化物、碳氧化物和烟尘的排放，对社会环保意义巨大。另外，该项技术创新可有效避免传统水环真空泵出力随季节变化明显、运行噪音大、部件易汽蚀的先天缺陷。

目前很多电力企业的“凝汽器抽真空系统节能优化改造”都选用“蒸汽喷射抽真空系统”技术，如：丰润热电公司、包头发电厂、龙口发电厂等。经多厂实践应用，该项技术改造节能效果显著、设备运行可靠性大大增强，各技改的电力企业都达到了预期目标。这说明“蒸汽喷射抽真空系统”技术虽然起步较晚，但技术成熟度很高。该技改工程投资成本不高，成本回收年限短，约为2年。因此该技术创新已在电力企业广泛推广。