淺析高效真空泵在燃氣電廠中的推廣與應用

【摘 要】珠海電力一期建設兩套M701F4燃機-蒸汽聯合循環機組，每臺機組凝汽器配置2臺水環式真空泵，總計4臺真空泵組，啟動時機組2臺真空泵同時運行，快速建立真空，正常運行時，一運一備，維持凝汽器真空，但在機組正常運行時，維持系統真空時有較大富余量，建立真空不能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。

【關鍵詞】高效真空泵；凝汽器；真空度

在設計選型時，主要考慮快速啟機的響應速度（30分鐘內能達到啟機要求真空值）和最大的允許漏氣量作為選型原則，根據HEI標準，真空泵的抽氣能力需按照HEI標準中泄漏量考慮100%的裕量來選型。海油珠海電力的凝汽器真空機組也有100%的抽氣余量，單臺水環式真空泵功率達90 kW。

因此，從保護設備（消除汽蝕工況）、提高機組經濟性、降低廠用電率、增加經濟收入，減少維護工作量等方面出發，在凝汽器抽真空系統增設高效真空泵可提高凝汽器真空系統的經濟性，實現節能降耗。

汽輪機凝汽器是由喉部、水室、殼體、及底部的滑動、固定支座等組成的全焊接結構，系單殼體、雙流程、表面式凝汽器。采用海水開式冷卻，海水取自廠區西南處的十字瀝海域。

每臺機組凝汽器共配置2臺水環式真空泵，總共4臺真空泵機組。啟動時，兩泵同時運行，快速建立真空，正常運行時，一運一備，維持凝汽器真空。

水環式真空泵由佶締納士機械有限公司所生產，型號為TC-10E雙級錐體真空泵。參數如下表：

一、珠海電力系統現狀

1、機組正常運行中，真空泵余量過大

凝汽器真空泵的作用是抽走凝汽器中泄漏進去的干空氣以及不凝結氣體以維持凝汽器的高真空。在凝汽器真空機組設計選型時，根據HEI標準，真空泵的抽氣能力需按照HEI標準中泄漏量考慮100%的裕量來選型，而實際在我國電廠設計中，會進一步擴大真空機組的抽氣裕量；另外，考慮到每年燃氣電廠開停機次數多，為了縮短開機時凝汽器建立真空的時間，真空泵的抽氣量也會往大抽氣量機型選型。根據統計佶締納士機械有限公司承接的電廠真空泵項目中，國內燃氣電廠的凝汽器真空機組都存有高達100%以上的抽氣余量。

珠海電力機組設計工況條件下（入口壓力4.9kPa，冷卻水溫20℃），現有機組TC-11E單泵出力高達65kg/h，在凝汽器嚴密性良好的情況下，根據經驗，460MW燃氣發電機組凝汽器干空氣泄漏量不足20kg/h，真空泵抽氣裕量已經高達250%。由于真空泵容量過大，給整個凝汽器系統帶來許多弊端，會造成真空泵震動、噪音大、能耗高，容易發生氣蝕，降低機組運行的安全性和經濟性。

2、水環式真空泵的極限

由水環式真空泵的工作原理（圖1）可知，當真空泵水環溫度達到凝汽器壓力下對應的飽和溫度時，泵內水環開始汽化，不但使真空泵的抽吸能力急劇下降，達到極限能力，長時間運行還會引起真空泵葉片汽蝕損傷。此時若想再次提高水環式真空泵的極限，就必須不斷降低水環溫度，這顯然需要較高的運行成本，經濟性較差。

二、高效真空泵達到的預期效果

電力工業是節能減排的重點領域之一，面對環境壓力，國家對節能減排的要求日益嚴格。在“十三五”期間，要完成新的節能減排目標，難度將會進一步加大。發電企業要想在日益激烈的市場競爭中保持良好的發展優勢，就必須采取有效措施，大幅度降低機組的運行成本，而節能降耗是一個重要的手段。

為此，我司計劃對真空系統進行了針對性的節能改造，在原有真空系統上并聯一套具有合適抽氣量、高效的水環-羅茨真空泵組作為高真空維持系統使用，如圖2。在機組啟動和停運的過程中，利用原水環式真空泵抽速快的特點快速建立真空，當機組真空系統趨于穩定后則運行水環-羅茨真空泵維持高真空度并停運原水環式真空泵。此運行方式極大地減少了機組用于真空系統的能量消耗。廣東多家燃氣電廠均已做了改造，此次調研的目的就是了解水環-羅茨真空泵組的運行情況、品牌的產品質量和技術專利、設備的安裝施工、改造的費用和工期等，便于我司下階段開展真空系統升級改造工作。

三、已投入高效真空泵電廠運營情況分析

1、廣東省三家同類型電廠真空系統改造情況

真空系統改造后的運行方式：

（1）當機組進行啟機安排時，整個啟動過程使用大真空泵運行，當機組負荷達到穩定負荷260MW，真空穩定時就投入羅茨-水環泵組運行，停運大真空泵并投入聯鎖備用，若機組真空降低（>11kPa）或羅茨-水環泵組故障，則大真空泵聯鎖啟動。

（2）當機組進行停機安排時，停運過程中一直保持羅茨-水環泵組運行，除非真空有較大變化時才啟動大真空泵，特別留意軸封由自密封轉成輔汽供應這個階段當軸封壓力下降時真空值的變化。

（3）根據經驗當機組真空嚴密性較差時（>0.2kPa/min），羅茨-水環泵組將無法維持較好真空運行，此時應切換至大真空泵運行，并立即排查真空系統泄漏點。

通過數據分析，我們認為采用上述運行方式后，可以確保機組真空系統改造后的安全可靠運行。

2、節能效果測算

從兩家電廠的數據測算，真空系統改造后，節能效果顯著且機組真空并未發生降低。

四、結語

根據以上的數據情況總結建議，此項方案具有廣泛的適用性，目前珠海電力兩臺臺機組的真空嚴密性均低于0.25kPa/min，達到優良的標準，進行真空系統的優化改造，一方面有很好的節能效果，另一方面也有助于進一步提高凝汽器真空度。羅茨-水環泵組的選型應適當增加余量，優先選羅茨泵11kW，水環泵11kW電機，總功率22kW的泵組或者羅茨泵18.5kW，水環泵11kW電機，總功率29.5KW的泵組。羅茨-水環機組的安裝方式擬采用地腳螺栓直接固定，底部澆筑水泥增加剛性。這種安裝方式工期較短、成本較低，完全可以滿足泵組的安裝要求。

參考文獻：

[1]楊宇林，中海油珠海天然氣發電有限公司機務檢修規程（第二部分）；

[2]M701F4燃氣-蒸汽聯合循環機組運行維護手冊（汽機分冊）。

（作者單位：中海油珠海天然氣發電有限公司）