抽氣器運(yùn)行方式改進(jìn)分析

武林

摘 要：凝汽器內(nèi)真空的穩(wěn)定，需要凝汽器和抽氣器的聯(lián)合工作，抽氣器的運(yùn)行狀態(tài)對(duì)凝汽器真空具有相當(dāng)大的影響。文章從原理出發(fā)，主要通過(guò)對(duì)冬季實(shí)際運(yùn)行工況進(jìn)行分析，通過(guò)合理地改變運(yùn)行方式來(lái)提高抽汽器的穩(wěn)定性及經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：真空；抽氣器；大氣噴射器；運(yùn)行方式

中圖分類(lèi)號(hào)：TK269.+1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）18-0103-02

Abstract： The stability of the vacuum in the condenser requires the combined work of the condenser and the air extractor. The operating state of the condenser has a considerable influence on the vacuum of the condenser. Based on the principle， this paper mainly analyzes the actual operating conditions in winter， and improves the stability and economy of the steam extractor by changing the operation mode reasonably.

Keywords： vacuum； air extractor； atmospheric ejector； operation mode

1 概述

凝汽器真空是汽輪機(jī)運(yùn)行中的重要參數(shù)，其真空值的大小對(duì)汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、安全性有很大的影響[1]。影響真空值的因素有很多，電廠運(yùn)行中經(jīng)常發(fā)生抽氣能力下降而導(dǎo)致的真空偏低的現(xiàn)象。認(rèn)清抽氣器出力不足給凝汽器真空帶來(lái)的影響，對(duì)凝汽器運(yùn)行和電廠節(jié)能分析都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 凝汽器真空的建立與維持

通?？梢哉J(rèn)為，凝汽器真空是由凝汽器建立，抽氣器維持。大量蒸汽在凝汽器內(nèi)受循環(huán)水冷卻凝結(jié)，比容降低，體積縮小，原來(lái)被蒸汽充滿的空間壓力降低而形成一定的真空。由于蒸汽凝結(jié)時(shí)，要不斷地釋放出非凝結(jié)氣體，外界還不斷地向真空系統(tǒng)漏入空氣，使凝結(jié)率和蒸汽側(cè)換熱系數(shù)都明顯下降。所以要依靠抽氣器將這些非凝結(jié)氣體不斷抽出，才能保持凝汽器內(nèi)的負(fù)壓值。

凝汽器內(nèi)壓力的建立是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程，不管循環(huán)水溫度的高低，抽氣器的抽吸壓力必須低于凝汽器的壓力，才能把凝汽器內(nèi)的不凝結(jié)氣體抽走。因此凝汽器的壓力實(shí)際上受兩個(gè)瓶頸的限制，一是循環(huán)水溫度及凝汽器端差，二是抽氣器的極限抽吸壓力[2]。

3 大氣噴射器的工作原理

大氣噴射器由噴嘴、吸氣室和擴(kuò)壓器組成，其排氣口與水環(huán)泵進(jìn)氣口相連。先起動(dòng)水環(huán)泵，使噴嘴進(jìn)氣口與排氣口間形成壓力差，大氣從噴嘴進(jìn)入泵內(nèi)。當(dāng)壓力差達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，空氣介質(zhì)經(jīng)噴嘴收縮段得到加速，到喉部時(shí)可達(dá)到聲速，到擴(kuò)張段再進(jìn)一步加速到超聲速，射向擴(kuò)散器，形成高速射流，并造成吸氣室內(nèi)的壓力比被抽容器內(nèi)的壓力低，因此將被抽氣體吸入室內(nèi)。由于兩股氣流在吸氣室內(nèi)混合，動(dòng)量交換產(chǎn)生的損失使氣流速率逐漸減慢，當(dāng)進(jìn)入擴(kuò)散器喉部時(shí)則降到聲速以下。經(jīng)擴(kuò)散器擴(kuò)張段時(shí)，速度進(jìn)一步降低，壓力不斷升高，一直達(dá)到大氣噴射的排氣壓力，即水環(huán)泵的吸氣壓力，最后由水環(huán)泵把氣體吸入，再排出泵外，即完成了吸氣、排氣過(guò)程[3]。

4 濱海熱電抽氣器運(yùn)行狀態(tài)

濱海熱電300MW機(jī)組抽氣器采用水環(huán)式真空泵與大氣噴射器組合的形式。一臺(tái)真空泵單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，真空泵通過(guò)與凝汽器聯(lián)通的管道直接將凝汽器中不凝結(jié)氣體連同部分水蒸汽抽出。真空泵與大氣噴射器串聯(lián)運(yùn)行時(shí)，凝汽器內(nèi)不凝結(jié)氣體及部分水蒸汽先流經(jīng)在進(jìn)入真空泵抽出。

5 實(shí)際運(yùn)行工況介紹

12月30日6：29，#2機(jī)組負(fù)荷200MW，凝汽器真空

-95.2Kpa，大氣噴射器投用，與#2A真空泵串聯(lián)運(yùn)行，真空泵汽水分離器水位200mm。此時(shí)運(yùn)行人員撤出大氣噴射器運(yùn)行，真空泵汽水分離器水位迅速上升至300mm，凝汽器真空升至-98.7Kpa。運(yùn)行人員就地檢查真空泵汽水分離器排氣逆止閥無(wú)水噴出，后汽水分離器水位恢復(fù)至正常值，凝汽器真空維持-98.7Kpa左右，凝結(jié)水溶氧大幅下降，真空泵電流由256A降至224A。

12月30日6：36，運(yùn)行人員再次投入大氣噴射器，真空泵電流上升至255A機(jī)組真空開(kāi)始下降。

12月30日6：46，凝汽器真空降至-97.2Kpa，此時(shí)運(yùn)行人員撤出大氣噴射器，真空泵電流降至224A。

12月30日6：53，機(jī)組真空上升至-98.7Kpa，汽水分離器水位無(wú)明顯變化。

經(jīng)凝汽器真空曲線查看，凝汽器真空于12月29日20：51達(dá)此間段最高-98.2Kpa，此前大氣噴射器一直投用，凝汽器真空緩慢下降，至12月30日6：29，降至-95.2Kpa。

6 工況分析

分析一：由于氣溫過(guò)低，使大氣噴射器內(nèi)部結(jié)冰，影響其正常工作。大氣噴射器內(nèi)部真空為-95Kpa左右，壓力和水的冰點(diǎn)之間存在著一種奇異的關(guān)系：在2200個(gè)大氣壓以下，隨著壓力的增加冰點(diǎn)降低；越過(guò)2200個(gè)大氣壓以后，水的冰點(diǎn)隨壓力增加而升高。眾所周知，一個(gè)大氣壓下，水的冰點(diǎn)為0℃，-95Kpa壓力下，水的冰點(diǎn)在0℃以上，當(dāng)時(shí)環(huán)境溫度在0℃左右，在管道內(nèi)氣體流動(dòng)速度較小的部位極有可能結(jié)冰。

分析二：由真空泵性能曲線圖2可知，在其他條件不變的情況下，隨著真空泵入口壓力的升高，真空泵的功率存在一個(gè)先上升，后緩慢下降的趨勢(shì)。之所以投入大氣噴射器后真空泵的功率上升，是因?yàn)檎婵毡玫娜肟趬荷撸@個(gè)區(qū)間內(nèi)真空泵的功率也隨著入口壓力而上升。此工況下，真空泵的入口壓力可近似看成是大氣噴射器的出口壓力。汽水分離器的水位不變，水溫可看做近似不變，大氣壓近似不變，若真空泵的功率不變，可認(rèn)為真空泵入口壓力即大氣噴射器出口壓力不變。隨著凝汽器真空的升高，即12月29日20：51之前一段時(shí)間的工況，大氣噴射器的噴射系數(shù)隨著引射流體入口壓強(qiáng)的降低而降低（如圖1），致使大氣噴射器的吸氣量不夠，至12月29日20：51工況達(dá)到臨界點(diǎn)，開(kāi)始有極少量氣體倒吸回凝汽器，凝汽器內(nèi)不凝結(jié)氣體以及漏入的空氣不能及時(shí)排出，導(dǎo)致凝汽器真空開(kāi)始下降。同時(shí)大氣噴射器引射流量的減少，導(dǎo)致大氣噴射器工況惡化，出口壓力增加，加劇了噴射系數(shù)的減小，所以凝汽器真空的下降不會(huì)使噴射系數(shù)增大。如此，建立了一個(gè)大氣噴射器工況緩慢趨于惡化的過(guò)程。在12月29日20：51到12月30日6：29時(shí)間段，由于真空系統(tǒng)的抽氣管路中氣體流速很小，外界溫度低，導(dǎo)致管道內(nèi)氣體凝結(jié)成水，并積聚在管路中。此時(shí)，凝汽器中的壓力為凝汽器負(fù)壓與凝結(jié)水析出的氣體和漏入空氣壓力之和，此時(shí)凝結(jié)水溶氧上升。

12月30日6：29，由于大氣噴射器撤出，真空泵入口壓力降低，由性能曲線可知真空泵功率降低（圖2），實(shí)際電流由256A降至224A。此時(shí)抽氣器產(chǎn)生的出力突然增加，使得抽氣管路中所凝結(jié)的水突然被吸入真空泵，進(jìn)而進(jìn)入汽水分離器，使水位突然升高，通過(guò)汽水分離器上方的溢流管排出，使得水位恢復(fù)正常。由于在凝汽器中的不凝結(jié)氣體以及漏入空氣、水蒸汽被抽出，凝汽器真空迅速上升，凝結(jié)水溶氧也大幅下降。

12月30日6：36，運(yùn)行人員再次投入大氣噴射器時(shí)，由于凝汽器真空已達(dá)-98.7Kpa，大氣噴射器的引射流體壓強(qiáng)較之12月29日20：51所處工況更低，因此大氣噴射器的工況惡化的較為迅速，10分鐘已降至-97.2Kpa。撤出大氣噴射器后，凝汽器真空即恢復(fù)正常。

7 運(yùn)行方式改進(jìn)

真空泵設(shè)計(jì)極限真空為3.3Kpa，當(dāng)時(shí)大氣壓力為102.2Kpa，即真空泵所能達(dá)到最大相對(duì)真空值為-98.9Kpa，機(jī)組運(yùn)行工況時(shí)真空泵的最大出力有可能略高于極限真空值。由以上分析可知當(dāng)凝汽器真空達(dá)到-98.7Kpa時(shí)，真空泵出力能夠維持凝汽器內(nèi)的真空。

濱海熱電大氣噴射器并未起到提高極限真空的作用，當(dāng)凝汽器真空達(dá)-98.2Kpa時(shí)，就12月29日20：51工況條件來(lái)講已達(dá)到臨界點(diǎn)，此時(shí)撤出大氣噴射器反而對(duì)機(jī)組真空有利。大氣噴射器的作用主要是增加真空泵入口壓力，防止真空泵汽蝕，減弱真空泵震動(dòng)[4]。運(yùn)行人員在觀察大氣噴射器投入情況下的凝汽器真空變化趨勢(shì)，如出現(xiàn)本文所描述的類(lèi)似情況，可先就地打開(kāi)抽氣管路上的放水閥，將管路中凝結(jié)形成的水放出后立即關(guān)閉，之后再進(jìn)行撤出大氣噴射器，以免水量對(duì)真空泵過(guò)大的沖擊。

大氣噴射器的投用使真空泵的吸氣壓力上升，功率隨之上升。此點(diǎn)已于實(shí)際運(yùn)行中的到驗(yàn)證。適時(shí)地投入和撤出大氣噴射器有利于保護(hù)真空泵和節(jié)約能源。

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