330MW燃煤機組羅茨真空泵改造

劉詩海

摘要：燃煤發電廠是利用煤作為燃料生產電能的工廠，它的基本生產過程是：燃料在鍋爐內燃燒時加熱水生成蒸汽，將燃料的化學能轉換成蒸汽熱能，高壓高溫蒸汽推動汽輪機旋轉做功，蒸汽參數迅速降低并排入凝汽器，熱能轉換成機械能，然后汽輪機帶動發電機旋轉，將機械能轉換成電能。凝汽器的任務是在汽輪機排汽口建立并保持高度真空，并將排汽凝結成水。凝汽器中真空的形成是由于汽輪機的排汽被冷卻成凝結水，其比容急劇縮小，此外還需抽氣器把漏入的空氣和排汽中的其它不凝結氣體及時抽走。因此凝汽器抽真空系統是維持機組正常運行的重要設備。

2014年國家三部委發布了《煤電節能減排升級與改造行動計劃（2014-2020年）》（發改能源[2014]2093號）工作部署，2017年中國華能集團公司修訂并發布了《華能優秀節約環保型燃煤發電廠標準》，為響應國家政策及企業標準關于節能減排要求，在海口電廠有關領導指導下，汽機專業2017年3月成立QC小組，對#8機凝汽器抽真空系統進行節能診斷，開展質量管理小組活動。

關鍵詞：330MW汽輪機組; 凝汽器抽真空系統;水環真空泵;羅茨水環真空泵組

一、選擇課題

海口電廠#8機組為330MW燃煤發電機組，投產于2006年4月，汽輪機為N330-17.75/540/540型單軸、三缸、雙排汽、中間再熱凝汽式汽輪機，凝汽器抽真空系統配置2臺100%容量的水環式真空泵，為機組啟動時凝汽器建立真空，正常運行時抽出凝汽器中的不凝結氣體以維持凝汽器真空，一般情況下為一運一備運行方式。

經過對#8機抽真空系統設備設計參數核實及現場運行情況調查，發現目前運行設備存在以下問題：

（1）#8機運行時水環真空泵出力選型偏大，造成運行電耗較高。

2017年6月查機組運行時真空嚴密性為48 Pa/min時，電流162A，真空8.6 kPa，預計真空系統泄漏量為4.8 kg/h，而真空泵設計3.4kPa時抽氣量為52 kg/h，可見真空泵出力設計值遠大于實際運行需求值。

設計部門在設計水環真空泵選型時，主要考慮快速啟機的響應速度（30分鐘內能達到啟機要求的真空值）和最大的允許漏氣量作為選型原則，但在機組正常運行的時侯，維持系統真空時有較大余量，建立真空與維持真空混為一談，因此，把建立真空的真空泵用作維持真空的真空泵顯然是浪費能耗的。

（2）水環式真空泵由于需要工作夜作為介質進行抽吸特性決定了它的運行效率較低，一般為30%-35%。

（3）水環式真空泵性能、出力受制于工作水溫度的變化，其抽氣性能受工作水溫度的影響很大。夏季高溫時，#8機水環真空泵性能、出力急劇下降，易導致凝汽器真空下降，造成機組經濟性降低;同時水泵易發生汽蝕問題，當泵體入口溫度達到40℃時，水泵噪音突然增大。

為解決以上設備運行經濟及安全問題，小組成員考察同類電廠凝汽器抽真空系統改造最新技術，確立了“#8機凝汽器抽真空系統加裝一套羅茨真空泵組”課題。

二、設定目標及目標可行性分析

1、設定目標

為提高真空泵運行效率，擬在機組正常運行時，采用高效的羅茨真空泵進行抽吸，同時考慮排氣噪音及抽吸配比，需在羅茨真空泵后加裝一級小功率水環真空泵。

由于運行時系統所需抽吸能力較小，因此選用羅茨真空泵組時配置較小抽吸能力，從而降低了羅茨真空泵組的電機額定功率，達到運行節能目的。但在機組啟動時，仍要采用原大水環式真空泵建立機組啟動真空。

2、目標可行性分析

2.1 #8機配置的水環式真空泵技術規范如下

2.2 選擇機組運行時抽汽的羅茨真空泵組技術規范如下：

2.3 節能原理分析

（1）原設計抽真空設備主要用作汽輪機啟動初期的快速建立真空，要求在30min內達到機組啟動要求，實際正常運行中，無需那么大的需求。因此，在正常運行中，通過以小代大的方式達到節能目的。額定電機功率由110 kW下降至39.5kW。

（2）常規水環泵效率低下（30%），本技術應用的高性能真空泵效率高達70%。因此，使用高效設備可達到節能目的。

（3）所抽吸的氣體包括不凝氣體（空氣）及可凝氣體（水蒸汽），而且大部分氣體是水蒸汽，通過把水蒸汽冷凝，達到減少水環泵壓縮氣體總負荷，從而達到高效節能的目的。

2.4 夏季高溫季節安全分析

羅茨真空泵沒有工作液，其抽氣能力不受夏季高溫影響，同時其對抽出的氣體進行壓縮，在出口時，即在下一級小水環真空泵入口，將壓力提高至羅茨泵吸入口壓力的3倍，即當入口壓力為6.3kPa時在水環泵出口可提高至18.9kPa，這樣大大提高小水環式真空泵入口的飽和溫度，防止小水環式真空泵在夏季高溫時發生汽蝕。

三、提出方案并確定最佳方案

1、改造方案

本改造方案是：不改變原有真空泵及系統的功能作用，原系統配置2臺真空泵，一臺備用，為一運一備方式。增加一套高效羅茨真空泵組，正常運行方式為：一運二備（原來配置的2臺真空泵全部停作備用）。

機組正常運行時采用高效羅茨真空泵組抽氣維持凝汽器真空，它的抽氣能力不受工作水溫度的制約，同時解決了真空泵汽蝕的問題和高能耗問題。

羅茨真空泵組的海水冷卻水用水量為每小時3.5噸左右，閉式冷卻水約為每小時1噸左右。海水冷卻器采用鈦管等。

2、 抽真空系統改造安全可靠性分析

（1）機組啟動時，按原運行方式將原有抽真空設備投入運行，用以建立真空;

（2）機組運行正常、真空穩定情況下，高效真空泵組投入運行、用以維持真空，原有抽真空設備停機做備用;

（3）機組真空系統發生嚴重泄漏，高效真空泵不能維持凝汽器真空時將原有抽真空設備其中一臺或兩臺投入運行以滿足真空要求;

（4）高效真空泵組在檢修或設備故障時，原有抽真空設備投入運行，確保真空要求。

（5）改造后機組正常運行時主要以高效真空泵組維持真空，均為一運二備運行方式，設備之間有可靠的聯鎖控制系統。改造后機組真空系統的安全可靠性不會降低！ 安全是絕對有保障的。

四、制定對策

#8機在不改變原抽真空系統的設備及功能的基礎上，在原機組抽真空母管上并接1臺高效節能羅茨-水環真空泵組。系統采用DCS控制和就地控制相結合，可實現遠程和就地操作。

羅茨-水環真空泵組采用雙級氣冷羅茨泵及水環式真空泵，型號 BK2-600C，額定功率29.5kW，轉速1450rpm，最大抽氣量2160M3/h，極限壓力400Pa，羅茨泵出口流量與水環泵出口流量配比3∶1。

五、對策實施

2017年9月開始招標，2017年11月簽訂合同，2018年1月供貨，2018年11月完成改造安裝，投入運行。

六、效果檢查

#8機凝汽器抽真空系統加裝一套羅茨-水環真空泵組后運行正常，羅茨-水環真空泵組運行總電流下降至33A，較改造前162 A節省129A，節電率約80%。

七、總結和下一步打算

節電明顯，待2019年夏季高溫季節工況考驗，擬推廣至其它機組的凝汽器抽真空系統改造。

參考文獻：

1. 馬汀山等，真空嚴密性與凝汽器漏入空氣流量的定量關系 熱力發電，2009年第6期

2. 于國強等，水環式真空泵的工作原理及影響因素分析? 東北電力技術 2006年第5期

3. 黃龍林等，羅茨真空泵機組抽氣速率分析? 真空 2002年4月第2期