水環式真空泵冷卻系統加裝電制冷裝修研究

【摘要】水環式真空泵工作液溫度過高影響抽吸能力以及安全性，進而影響凝汽器壓力。對水環式真空泵冷卻系統進行加裝電制冷裝置，可有效控制工作液溫度。實驗表明：在夏季高溫環境下，工作液溫度降低5℃，可提高真空0.4kPa，節能效果明顯。

【關鍵詞】水環式真空泵；工作液溫度；電制冷；真空

引言

電廠凝汽器在運行過程中會不斷聚集不凝結氣體，凝汽器內的真空是蒸汽分壓力和各類氣體分壓力之和，只有氣體被抽出，其分壓力接近零時，凝汽器的真空才是該空間蒸汽溫度的飽和壓力；否則，就會因氣體分壓力的存在而降低凝汽器的真空度。此外，空氣的存在也使管子汽側熱阻增大，降低總的傳熱系數。可見，為了保持或者提高凝汽器的真空度，不僅要考慮凝汽器自身的結垢、堵塞、循環水溫度、流量等因素，還需關注，抽真空設備的運行狀況。

1、工作液溫度對真空泵運行的影響

水環式真空泵通過工作液與偏心葉輪之間形成的容積周期變化實現抽氣與排氣功能，作為大、中型電廠的最常用的抽真空設備，有功耗低、運行可靠、維護方便、系統簡單等特點。水環真空泵內部壓力由工作液蒸發形成的分壓和抽出的不凝結氣體分壓之和，考慮流動阻力，通常真空泵內部設計壓力低于凝汽器壓力約0.5kPa，若真空泵的壓力升高，則會阻礙真空泵與凝汽器之間不凝結氣體流動，導致凝汽器氣體不能順利抽出，真空度降低。

真空泵工作狀態下吸氣容積流量與設計狀態下容積流量計算關系為： （1）

式中：為工作狀態吸氣容積流量，m3/min；為工作液設計溫度吸氣容積流量，m3/min；為工作液設計溫度下的飽和壓力，Pa； 為工作液工作溫度下的飽和壓力，Pa；為吸氣壓力，Pa。

由式（1）可知，當工作液溫度升高時，對應的飽和壓力隨之升高，則真空泵實際吸氣容積流量降低，甚至出現零流量工況。

為了防止真空泵工作液汽化導致泵內壓力升高，工作液溫度通常設計有4℃左右過冷度。真空泵運行時，工作液通過換熱器進行冷卻，保持合理的溫度。在采用閉式循環水系統的電廠中，往往采用循環水作為真空泵工作液的冷卻源，主要流程如下：

從圖1所示系統圖可知，當環境溫度升高時，循環水溫度升高，因真空泵工作液冷卻器相對穩定，冷卻后的工作溫度升高，真空泵抽吸能力降低。

2、真空泵冷卻系統改造方案

為了解決因工作液溫度升高導致真空度降低的問題，擬采用電制冷機，在夏季高溫天氣中為工作液冷卻器提供溫度較穩定的冷卻水，避免真空泵因環境溫度變化出現抽吸力變化。

電制冷機與原冷卻水源并列布置，在冬季環境溫度低時，采用原閉式循環冷卻水，在夏季采用電制冷機替代原冷源。系統流程如下：

圖2 真空泵加裝電制裝置系統圖

電制冷機可采用螺桿壓縮制冷，運行穩定可靠；設置冷凍水泵，為真空泵冷卻器提供冷凍循環水。

3、真空泵加裝電制冷系統實驗研究

某循環流化床135MW機組位于重慶地區，機組采用水環式真空泵，采用冷卻塔閉式循環水。該機組真空泵主要參數如下：

重慶地區夏季溫度高且持續時間長。為了確保在夏季時機組不會因真空泵出力不夠導致凝汽器真空下降，電廠進行了技術改造，選用30KW螺桿壓縮制冷機作為冷源，制冷量為120kW。在夏季環境環境溫度高于30℃時，投入螺桿制冷機，關閉原循環冷卻水。

根據實際測試，在環境溫度為38℃時，循環水溫度為33℃，機組額定負荷，工作液冷卻后35℃，凝汽器壓力為-96.2kPa。相同條件下，啟動螺桿壓縮制冷機，壓縮機滿負荷，關閉原循環冷卻水，制冷機出水溫度28℃，工作液冷卻后30℃，溫度降低5℃，凝汽器壓力為-96.6 kPa，壓力降低0.4kPa。

根據135MW機組凝汽器壓力變化對煤耗影響關系，凝汽器壓力降低0.4kPa時，機組煤耗降低1g/kWh。夏季是用電高峰季節，機組利用小時高，夏季按3個月計算，利用小時1700小時，總節約標煤量為230噸。

4、結論

水環式真空泵工作液冷卻系統采用電制冷機組供冷，在夏季較高環境溫度下，工作液仍能維持設計的工作溫度，有利于維持凝汽器真空，并可降低真空泵發生汽蝕的風險。改造總投資低，經濟效益良好。