雙背壓凝汽器抽空氣系統優化

摘要：本文以某廠660MW機組雙背壓凝汽器抽空氣為例，分析了凝汽器高、低壓側壓差偏離設計值產生的原因。介紹了該廠對抽空氣系統進行的兩次節能改造，對比分析了改造前后的節能效果，希望對同類型機組的冷端節能優化具有指導意義。

關鍵詞：雙背壓凝汽器；抽空氣系統；蒸汽噴射器

引言

目前，很多雙背壓凝汽器機組在設計時，采取了高、低測凝汽器抽空氣管道中間加節流孔板串聯抽氣的方式。由于節流孔板的尺寸選擇不合適或調節閥的開度選擇不合適，那么就會導致凝汽器低壓側的抽氣受到排擠[1]。針對此種狀況，改公司利用機組檢修時機，對凝汽器的抽空氣系統進行了第一次改造，采用高、低壓凝汽器單獨、并聯抽空氣方式。改造后，雙背壓凝汽器的的優勢得到了體現，平均真空得到了大幅的提高。

該廠的循環冷卻水為海水。在夏季高溫又是高負荷時，循環水溫度最高可達32℃左右。由于真空泵冷卻器存在著換熱端差，因此，流經冷卻器的的工作密封水溫度要高于海水溫度。再加之真空泵葉輪旋轉的耗功和凝汽器內抽氣（汽）傳遞的熱量，也將導致真空泵內的工作密封水溫度上升，從而降低了真空泵的抽吸能力[2]。同時，空氣在凝汽器內聚集，造成凝汽器內的空氣分壓力上升。同時，真空泵從凝汽器抽出不凝結氣體中含有大量的蒸汽，這部分蒸汽 在真空泵中凝結放出大量的汽化潛熱，導致真空泵工作液溫度上升甚至汽化，大幅降低了真空泵的抽吸能力。對此，該廠利用停機檢修的機會，對凝汽器抽空氣系統進行了第二次改造。在第一次改造的基礎上增加了一組射汽式抽氣器，運行結果表明，取得了很好的節能效果。

1凝汽器及其抽氣系統的布置方式

凝汽器兩個殼體底部為連通的熱井，上部布置有內置的低壓加熱器、小機排氣管和低壓抽氣管等。凝汽器抽空氣管布置在凝汽器的空氣凝結區以抽出其內的不凝結氣體。抽空氣管路分兩路從高壓凝汽器內、外圈抽空氣區引出，經聯通管后進入低壓凝汽器，分別與低壓凝汽器內、外圈抽空氣管匯合，從低壓凝汽器側引出，各經一臺電動隔離門后匯總到一根抽空氣母管，再分別與三臺真空泵入口相連。設計上為了限制高壓凝汽器內的不凝結氣體抽出量，防止高壓凝汽器抽出的未凝結氣體量過大而排擠低壓凝汽器抽氣，在高、低壓凝汽器之間抽空氣管路上安裝了Φ50mm 的節流孔板。如圖1所示。

2抽空氣管路的優化

高壓凝汽器的不凝結氣體通過連通管由低壓凝汽器側抽出，由于高、低壓凝汽器通過連通管相連，那么勢必造成高、低壓凝汽器的凝汽器壓力趨于均衡（凝汽器壓力為空氣分壓力與蒸汽分壓力之和）。為了打破這種均衡，原設計在高、低壓凝汽器抽空氣的連同管上加裝的節流孔板，但實際運行表明，由于節流孔板的尺寸存在問題，高、低壓凝汽器真空達不到設計值，兩側的真空基本相同，雙背壓凝汽器的性能沒有體現出來。如果通過更換節流孔板，調整到合適的尺寸，要通過多次的試驗，而且每次要破壞真空方能進行。此外，節流孔板的最佳尺寸還與機組的負荷有關，因此這種方法在實際是無法實現的。

該公司利用機組檢修時機，對凝汽器的抽空氣系統進行了改造，采用高、低壓凝汽器單獨、并聯抽空氣方式。將原先高、低壓凝汽器之間的聯通管打堵隔絕，并從高壓凝汽器內、外圈抽空氣管單獨引出凝汽器后接入新裝的抽空氣管。并在高、低壓凝汽器的內外圈抽空氣管出口各安裝一個電動真空閘閥。高壓凝汽器抽空氣母管與A真空泵相連，低壓凝汽器抽空氣母管與C真空泵相連。高、低壓凝汽器抽氣管母管之間加裝兩電動真空閘閥作為聯絡門。運行時關閉兩個聯絡閥門，高壓凝汽器通過A真空泵抽氣，低壓凝汽器通過C真空泵抽氣，B真空泵作為高、低壓凝汽器共用備用泵。

改造后凝汽器的真空，除了受到凝汽器鈦管的清潔系數和真空泵的抽吸能力以及凝汽器的嚴密性的因素的影響，主要取決于循環水的溫度。

2.1改造后的效果

現以#3機為例說明改造后的節能效果。循環水運行方式為四機六泵，兩臺真空泵運行。

由表一我們可以看出，系統改造前，高、低壓凝汽器的排氣壓力和真空基本相同，真空最大相差0.5KPa，排氣壓力相差不到1℃。這就是我們前面所說的高、低壓凝汽器抽空氣管串聯連接造成了兩個凝汽器的凝汽器壓力趨于均衡。因此，在這種方式下，雙背壓凝汽器的特性就沒有體現出來。

我們可以看出，改造后#3機組真空得到了大幅的提高，平均真空提高約0.76KPa，改造后的高、低壓凝汽器的真空相差超過了1 KPa，接近設計值。同時我們可以看出，在相同的負荷下，負荷越高，改造后真空的提高幅度越大，這說明高負越高，這種串聯的抽氣方式對凝汽器的真空影響越大，也就是高壓側對低壓側的排擠就越大。

3 在原抽空氣管道上加裝蒸汽噴射器抽空氣系統

蒸汽噴射器系統是目前國內電廠抽真空領域新興的抽真空系統。該系統使用蒸汽噴射器作為主抽氣設備，吸氣側直接以凝汽器的最低背壓為設計點，考慮系統的最大可能的漏空氣量。

外接系統動力蒸汽取自輔汽聯箱，經壓力調節閥后進入蒸汽緩沖罐，以確保蒸汽噴射器供汽壓力的穩定，緩沖罐疏水回收至凝汽器高壓擴容器。在高、低壓側凝汽器吸氣口重新安裝管道，增加氣動關斷門后接入蒸汽噴射器吸入口，蒸汽噴射器動力蒸汽和抽吸混合物排至一混合式換熱器，冷卻水來自凝結水，經噴嘴霧化后與噴射器排出的乏汽進行緩和換熱后回收至凝汽器熱井，不凝結汽體通過真空泵抽走。系統流程如圖3所示。

3.1加裝蒸汽噴射器后的效果

以#3機改造后，蒸汽噴射器抽空氣系統投入前后相關經濟參數的對比如下：

由表三可以看出，蒸汽噴射器抽空氣系統投運后，高、低壓側真空分別提高了0.4 KPa和0.2KPa，機組的平均真空提高約0.3 KPa，真空泵由原來的大泵改為小泵運行，電流減小約138A，凝結水泵電流增加10A。

3.2 加裝蒸汽噴射器后的經濟收益分析

1、加裝蒸汽噴射器真空提高收益

由表三我們看出，真空系統投入蒸汽噴射裝置后凝汽器的平均真空提高了0.3 KPa，機組真空每提高1 KPa可以節約煤耗3g/（kW.h）。按年利用小時為4500h，標煤單價750元/t計算：

機組真空提高帶來的節能收益：

660×（0.3×3×10-6）×750×4500=200.5萬元

2、加裝蒸汽噴射器動力蒸汽成本核算：

蒸汽噴射器所用蒸汽參數為：流量為0.5t/h，輔汽母管壓力0.8MPa，溫度為288℃。通過計算得到，用來作為蒸汽噴射器的蒸汽使機組出力降低約為360 kW，按電價0. 38元/（kW.h）計算，動力蒸汽的成本為：

360×4500×0.38=61.6萬元

3、加裝蒸汽噴射器節電收益

投入蒸汽噴射器后，真空泵由原來的大泵改為小泵運行，電流減小約138A，凝結水泵電流增加10A。

投入蒸汽噴射器后，真空泵電流減小的節電收益：

P真=1.732×380×0.8×138=72.661 kW

投入蒸汽噴射器后，凝結水泵電流增加導致電能的損耗：

P凝=1.732×6×103×0.8×10=83.136 kW

加裝蒸汽噴射器后的節約電能：

P真- P凝=-10.5 kW

加裝蒸汽噴射器后的節電收益為：

-10.5×4500×0.38=-1.8萬元

加裝蒸汽噴射器后的總收益為：

200.5-61.6+（-1.8）=137.1萬元/年

4結論

1、高、低壓凝汽器的抽氣管并聯布置時，由于抽氣管的節流孔尺寸選擇不當，造成高、低壓凝汽器的凝汽器壓力趨于均衡，造成低壓凝汽器的抽氣受到排擠，從而導致兩側凝汽器的真空和排氣溫度基本相同。抽氣系統由并聯改為單抽后，真空得到了大幅的提高。高、低壓凝汽器的真空在高負荷時改造前后真空提高達1.5 KPa以上，體現了雙背壓凝汽器的工作特性。另外在相同的環境下，負荷越高，改造后真空的提高幅度越大，這說明高負越高，這種串聯的抽氣方式對凝汽器的真空影響越大，也就是高壓側對低壓側的排擠就越大。

2、加裝蒸汽噴射器后，凝汽器的真空提高約0.3 KPa，取得了很好節能效果。投入蒸汽噴射器后，只需運行一臺小真空泵，其入口壓力在-89 KPa（不存在氣蝕點），解決了真空泵在水溫高時的氣蝕問題，從而降低了維護費用。

參考文獻：

[1]劉達，張海，柴國旭. 雙背壓凝汽器抽真空系統優化改造[J]. 電站系統工程， 2013（6）：62-62

[2]張明智，林湖，姚雅秋，丁千玲.陸海青.凝汽器真空下降的分析與處理[J].電力科學與工程，2003第1期

作者簡介：

李建波（1981-），男，碩士研究生，研究方向為電廠集控運行及節能。