豐潤熱電2號(hào)機(jī)組凝汽器抽真空系統(tǒng)優(yōu)化改造

夏榮海　孟建國　李建軍

摘要：本文主要介紹了汽輪機(jī)水環(huán)真空泵系統(tǒng)普遍存在的缺點(diǎn)、蒸汽噴射抽真空系統(tǒng)的工作原理和優(yōu)點(diǎn)，并通過介紹豐潤熱電公司2號(hào)機(jī)組凝汽器抽真空系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化改造，證明了“蒸汽噴射抽真空”技術(shù)的應(yīng)用可行性。

關(guān)鍵詞：凝汽器；抽真空；真空泵；蒸汽；噴射

中圖分類號(hào)TK2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào)2095-6363（2015）12-0057-02

凝汽器及其抽真空設(shè)備是汽輪機(jī)組的重要附屬設(shè)備，它們運(yùn)行的效果直接影響著整個(gè)汽輪機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。現(xiàn)階段凝汽器抽真空系統(tǒng)主要配用水環(huán)式真空泵設(shè)備。水環(huán)式真空泵存在著以下先天缺點(diǎn)：1）運(yùn)行過程中噪聲較大。2）由于電機(jī)驅(qū)動(dòng)，廠用電消耗量高（110kW電機(jī)）。3）水環(huán)泵常用開式循環(huán)水作為冷卻水，但開式循環(huán)水溫度受到氣候條件影響，溫度變化較大，特別是夏天，循環(huán)冷卻水溫度最高可達(dá)近40℃，嚴(yán)重影響了水環(huán)真空泵的運(yùn)行效率，在夏季大負(fù)荷期間，由于真空泵運(yùn)行效率低，機(jī)組凝汽器真空度最低時(shí)僅能達(dá)到-85kPa，這不僅降低了汽輪機(jī)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，嚴(yán)重時(shí)還可能造成機(jī)組低真空保護(hù)動(dòng)作而發(fā)生跳機(jī)的非停事故。4）水環(huán)泵入口處真空度高，如果工作液換熱效果不好，極易造成泵入口部位各部件發(fā)生汽蝕，威脅設(shè)備安全運(yùn)行。凝汽器水環(huán)真空泵存在上述先天缺陷，因此更加凸顯出抽真空系統(tǒng)改造的必要性。

1.背景

豐潤熱電公司每臺(tái)汽輪機(jī)組各配置了2臺(tái)湖北同方高科泵業(yè)有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為2BW4 353-0EK4，功率為110kW的水環(huán)式真空泵，該水環(huán)泵與主機(jī)一同投產(chǎn)運(yùn)行，投產(chǎn)時(shí)運(yùn)行穩(wěn)定，但是運(yùn)行過程中噪聲較大且廠用電消耗量高（110kW電機(jī)）。水環(huán)泵用開式水作為冷卻水。但循環(huán)水溫度受到氣候條件影響，溫度變化較大，特別是夏天，循環(huán)冷卻水溫度最高可達(dá)近32℃；根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，循環(huán)冷卻水溫度在夏季約3個(gè)月的時(shí)間里高于28℃，這導(dǎo)致了水環(huán)真空泵的板式換熱器傳熱溫差小，換熱效果差，致使泵內(nèi)工作液溫度高達(dá)到三十多度，這嚴(yán)重影響了水環(huán)真空泵的運(yùn)行效率，而且也容易造成泵入口部位的汽蝕，葉輪汽蝕斷裂缺陷見圖1。根據(jù)歷史記錄，在夏季大負(fù)荷期間，由于真空泵運(yùn)行效率低，機(jī)組凝汽器真空度最低時(shí)僅能達(dá)到-85kPa，這嚴(yán)重影響了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性和安全性，嚴(yán)重時(shí)可能造成機(jī)組低真空保護(hù)動(dòng)作而跳機(jī)的非停事故。

根據(jù)上述系統(tǒng)存在的問題，凝汽器因?yàn)檎婵毡孟募竟ぷ饕簻囟容^高，工作液大量汽化，影響真空泵的出力，無法維持凝汽器最高真空；且真空泵耗能較高。另外，由于設(shè)備比較陳舊，導(dǎo)致嚴(yán)密性不好，凝汽器漏氣量增大真空泵設(shè)備長期受汽蝕的影響，葉輪出現(xiàn)裂紋易斷裂，直接影響凝汽器的安全運(yùn)行。此前在液環(huán)泵冷卻水管線增加了一路地下深井水進(jìn)行補(bǔ)涼。但水環(huán)泵仍然存在著電耗偏高、噪音大等問題，凝汽器無法達(dá)到最高真空的問題，因此更加凸顯出系統(tǒng)改造的必要性。

2.原凝汽器真空泵系統(tǒng)基本情況

真空泵型式：水環(huán)式真空泵。

真空泵型式：2BW4 353-0EK4

額定工況抽干空氣量：72.0kg/h

極限真空度：3.3kPa.a

真空泵級(jí)數(shù)：單級(jí)

真空泵的配置：每臺(tái)機(jī)組配2臺(tái)水環(huán)真空泵，機(jī)組啟動(dòng)時(shí)投入2臺(tái)運(yùn)行，正常運(yùn)行時(shí)1臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)備用。

真空泵2臺(tái)啟動(dòng)至凝汽器建立額定真空時(shí)間不大于40min。

真空泵工作液條件

工作液水源：凝結(jié)水

工作液溫度：～40℃

冷卻水如下：

冷卻器水源：開式水

設(shè)計(jì)工業(yè)水溫：21℃

最高工業(yè)水溫：35℃

開式水壓力：0.15-0.5MPa、

開式水來自至冷凝器的循環(huán)水供水系統(tǒng)，經(jīng)升壓泵升壓后供給冷卻設(shè)備，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的補(bǔ)充水采用經(jīng)過深度處理后的中水。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)采用帶自然通風(fēng)冷卻塔的二次循環(huán)供水系統(tǒng)。

3.蒸汽噴射抽真空技術(shù)原理

“蒸汽噴射抽真空系統(tǒng)”是替代“真空泵抽真空系統(tǒng)”的一種創(chuàng)新技術(shù)，它是在凝汽器抽真空系統(tǒng)中安裝多級(jí)蒸汽噴射器抽真空裝置，靠高速流動(dòng)蒸汽的“誘導(dǎo)”原理，實(shí)現(xiàn)對(duì)凝汽器抽真空的目的。這樣有效解決了原真空泵因夏季工作水溫高因此工作出力低、運(yùn)行噪音大及氣蝕等經(jīng)濟(jì)和安全問題，顯著提高凝汽器真空度，從而有效提高汽輪機(jī)組運(yùn)行效率。原真空泵僅啟機(jī)時(shí)投運(yùn)，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)處于備用狀態(tài)，可有效達(dá)到減少耗用廠用電的節(jié)能效果。另外改造后，夏季可以平均提高機(jī)組真空0.5kPa；機(jī)組真空每提高1kPa可節(jié)約煤耗3.2g/（kw.H），因此該技改可降低煤耗1.6 g/（kw.H）。

凝汽器抽真空系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化改造方案系統(tǒng)流程圖如圖2。

在兩級(jí)噴射器3.1和3.2作用下產(chǎn)生真空。

誘導(dǎo)工作原理：D側(cè)為動(dòng)力蒸汽側(cè)，通過動(dòng)力噴嘴以超音速射流，產(chǎn)生真空，A為抽吸端（電廠指凝汽器來汽側(cè)），與D側(cè)的蒸汽混合后通過排出側(cè)E排出。蒸汽噴射器結(jié)構(gòu)圖見圖3。

4.技術(shù)改造

2015年2月份，豐潤熱電公司對(duì)2號(hào)機(jī)組凝汽器抽真空系統(tǒng)實(shí)施了節(jié)能優(yōu)化改造：即在原真空泵抽汽系統(tǒng)旁并聯(lián)安裝了一套“普瑞森能源科技（北京）有限公司”設(shè)計(jì)生產(chǎn)的KTB-PO-14059P型“雙級(jí)蒸汽噴射抽真空系統(tǒng)”，保留原系統(tǒng)的2臺(tái)水環(huán)泵，在系統(tǒng)啟動(dòng)階段用于預(yù)抽系統(tǒng)真空。正常工況下僅投運(yùn)該“雙級(jí)蒸汽噴射抽真空系統(tǒng)”即可滿足工況要求。雙級(jí)蒸汽噴射器通過動(dòng)力噴嘴以超音速射流，產(chǎn)生真空來抽吸凝汽器里的不凝氣體，其動(dòng)力蒸汽可以考慮從輔機(jī)聯(lián)箱里抽出0.4Mpa的蒸汽，蒸汽量約1000kg/h。來從凝汽器的不可凝氣體通過該雙級(jí)蒸汽噴射器連同動(dòng)力蒸汽進(jìn)入系統(tǒng)冷凝器中冷卻，動(dòng)力蒸汽和凝汽器被抽氣體中的水蒸汽冷凝成水，回收到凝汽器熱井中。

5.經(jīng)濟(jì)性計(jì)算

對(duì)投資回報(bào)等指標(biāo)的分析計(jì)算如下。

標(biāo)煤單價(jià)580元/噸，電價(jià)0.4元/度電。夏季運(yùn)行時(shí)間4個(gè)月（電廠運(yùn)行數(shù)2880h）計(jì)算，一臺(tái)300MW機(jī)組提高凝汽器真空每年所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益：

1×（300×10）×2880×（0.5×3.2×10）×580=80.18萬元。

改造前水環(huán)泵如因汽蝕需更換葉輪約需30萬元費(fèi)用（兩臺(tái)泵），改造后抽真空系統(tǒng)可以安全穩(wěn)定運(yùn)行，更換周期最少延長至12年，節(jié)約費(fèi)用15萬/年（按兩年更換計(jì)算）。

一臺(tái)300MW機(jī)組廠用電節(jié)省電費(fèi)的經(jīng)濟(jì)效益：

原2BE1 353的電機(jī)功率為llOkW/h，按照電價(jià)0.4元，電廠運(yùn)行數(shù)7000h計(jì)算。

110×7000×0.4=30.8萬元

動(dòng)力蒸汽成本核算：

產(chǎn)生0.4MPa蒸汽所需要的煤成本約0.3元/度電，電廠運(yùn)行數(shù)7000h計(jì)算，系統(tǒng)所消耗的0.4MPa蒸汽量為1.0t/h，動(dòng)力蒸汽的成本為：1.0×110×7000×0.3=23.1萬元

則一臺(tái)300MW機(jī)組凝汽器真空系統(tǒng)改造后每年經(jīng)濟(jì)收益為：

80.18+15+30.8-23.1=102.88萬元

成本回收年計(jì)算：技改工程總投資約220萬元，每年可創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)收益為102.88萬元，成本回收年限為：220/102.88=2.14（年）

6.結(jié)論

實(shí)踐證明，一臺(tái)300MW機(jī)組“凝汽器抽真空系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化改造”后，可降低標(biāo)準(zhǔn)煤耗1.6g/（kw.H）；如果機(jī)組全年“滿發(fā)”，每年可降低標(biāo)準(zhǔn)煤耗4204.8噸。這樣不僅顯著節(jié)約能源消耗，而且還將大大減少了硫化物、氮氧化物、碳氧化物和煙塵的排放，對(duì)社會(huì)環(huán)保意義巨大。另外，該項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新可有效避免傳統(tǒng)水環(huán)真空泵出力隨季節(jié)變化明顯、運(yùn)行噪音大、部件易汽蝕的先天缺陷。

目前很多電力企業(yè)的“凝汽器抽真空系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化改造”都選用“蒸汽噴射抽真空系統(tǒng)”技術(shù)，如：豐潤熱電公司、包頭發(fā)電廠、龍口發(fā)電廠等。經(jīng)多廠實(shí)踐應(yīng)用，該項(xiàng)技術(shù)改造節(jié)能效果顯著、設(shè)備運(yùn)行可靠性大大增強(qiáng)，各技改的電力企業(yè)都達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。這說明“蒸汽噴射抽真空系統(tǒng)”技術(shù)雖然起步較晚，但技術(shù)成熟度很高。該技改工程投資成本不高，成本回收年限短，約為2年。因此該技術(shù)創(chuàng)新已在電力企業(yè)廣泛推廣。