水泥余熱電站抽真空系統(tǒng)改造選型設(shè)計(jì)

（山東深信節(jié)能環(huán)保科技有限公司，山東 滕州 277500）

抽真空設(shè)備是發(fā)電站的關(guān)鍵設(shè)備，汽輪機(jī)在啟動(dòng)和正常運(yùn)行過程中需要將汽缸內(nèi)、凝汽器和汽水管路中的不凝結(jié)氣體及時(shí)抽出，以維持凝汽器良好的熱交換，改善傳熱效果，維持機(jī)組排汽真空度，提高汽輪機(jī)設(shè)備的熱經(jīng)濟(jì)性。

水泥窯余熱電站裝機(jī)容量較小，常用的抽真空設(shè)備一般采用射汽抽氣器或射水抽氣器。電站采用滑參數(shù)運(yùn)行，新蒸汽參數(shù)低時(shí)，抽氣器抽真空能力下降，會(huì)引起凝汽器真空下降；射水抽氣器要消耗一部分電力和水，占地面積大，特別是在夏季射水箱要不斷地大量換水維持射水箱水溫，耗水量較大。

目前油環(huán)抽真空裝置耗能低，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，逐漸被接受。用于余熱電站的油環(huán)抽真空裝置選型，各生產(chǎn)廠家憑經(jīng)驗(yàn)配置，針對此問題，以某水泥廠9MW水泥窯余熱電站射水抽汽器改造為例，對油環(huán)抽真空裝置選型設(shè)計(jì)做一個(gè)簡要說明，此選型方法可用于余熱回收、生物質(zhì)、垃圾焚燒、燃煤和其他同類型凝汽機(jī)組的射水、射汽抽汽器裝置的設(shè)計(jì)及改造選型。

1 主機(jī)設(shè)備主要參數(shù)

1.1 汽輪機(jī)主要參數(shù)

額定功率：9000kW；進(jìn)汽壓力：1.4MPa（a）；進(jìn)汽溫度：330℃；進(jìn)汽量：42t/h；補(bǔ)汽壓力：0.2MPa（a）；補(bǔ)汽溫度：180℃；補(bǔ)汽量：6.2t/h；凝汽器進(jìn)汽量：48.16t/h；排汽壓力：0.007MPa（a）。

1.2 抽真空系統(tǒng)主要參數(shù)

射水泵揚(yáng)程：0.46MPa；射水泵流量：160m3/h；射水泵電機(jī)功率：37kW。

2 真空泵類型選擇

真空系統(tǒng)改造一般采用2BV真空泵，2BV型真空泵適用于抽除氣體和水蒸汽。真空泵采用水作為工作液，工作水溫在15℃時(shí)，極限真空可達(dá)到3.3kPa（a），采用循環(huán)水做冷卻水的電站機(jī)組，夏季水溫遠(yuǎn)高于15℃，抽真空裝置很難達(dá)到上述性能；工作液采用變壓器油時(shí)，極限真空可達(dá)到0.66kPa（a），由于油相比水在較高溫度、較高真空下?lián)]發(fā)性較小，即使油溫度稍高也可以達(dá)到上述性能。

3 抽汽裝置容量的確定

3.1 按照J(rèn)B/T抽汽器技術(shù)條件確定

小機(jī)組一般采用單殼體凝汽器，1 個(gè)排汽口，根據(jù)《JB/T6470.1-1992 汽輪機(jī)射汽抽汽器技術(shù)條件》和《JB/T6470.2-1992汽輪機(jī)射汽抽汽器技術(shù)條件》確定抽汽設(shè)備容量，凝汽器進(jìn)汽量為48.16t/h，按照標(biāo)準(zhǔn)選取抽氣設(shè)備容量應(yīng)為15.33kg/h。

3.2 按照德國電力協(xié)會(huì)VDEW標(biāo)準(zhǔn)凝汽器運(yùn)行中泄漏空氣流量確定

圖1 凝汽器運(yùn)行忠泄露空氣流量

根據(jù)文獻(xiàn)[4]介紹，汽輪機(jī)凝汽器真空系統(tǒng)泄漏量與該機(jī)組真空系統(tǒng)安裝密封程度有關(guān)，一般可用單位時(shí)間內(nèi)的凝汽器真空下降大小來衡量，對于新投產(chǎn)的汽輪發(fā)電機(jī)組，其泄漏量遠(yuǎn)低于圖1特性曲線的所示數(shù)值，由于小機(jī)組排汽缸與凝汽器采用剛性連接，真空體積小，密封性能良好，真空設(shè)備容量選型可以參照圖1曲線。

按照圖1曲線，凝汽器進(jìn)汽量為48.16t/h，抽汽設(shè)備容量應(yīng)為5.8kg/h。

3.3 油環(huán)抽真空裝置的容量確定

3.1選取的數(shù)據(jù)比3.2數(shù)據(jù)大了2.64倍，根據(jù)筆者裝機(jī)經(jīng)驗(yàn)，對于小機(jī)組，通過真空嚴(yán)密性實(shí)驗(yàn)再配合系統(tǒng)查漏，消除漏點(diǎn)，采用圖1曲線選取裝置是足夠的。本機(jī)組采用按照圖1曲線選取值1.2倍確定，得出本機(jī)組抽汽器容量為1.2×5.8kg/h=6.96kg/h。

3.4 混合氣體體積流量

由于真空泵是容積型泵，需要將汽體質(zhì)量流量轉(zhuǎn)換成體積流量，根據(jù)體積流量進(jìn)行選型。

3.4.1 混合汽體過冷度對汽體體積的影響

凝汽器抽空氣出口混合汽體由干空氣和水蒸氣組成，凝汽器中空氣抽出前設(shè)置了冷卻管束區(qū)域，出口混合汽體具有一定的空氣過冷度，此過冷度對凝汽器出口混合汽體中水蒸汽量及汽體體積影響較大，從圖2可以看出，過冷度越大，干空氣體積變化較小，但水蒸汽凝結(jié)而體積縮小，因此混合汽體體積越小。

圖2 過冷度對混合汽體體積的影響

筆者對公司承擔(dān)的水泥窯余熱電站上百個(gè)真空機(jī)組改造項(xiàng)目測量的凝汽器出口混合氣體溫度統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，混合汽體溫度幾乎和汽輪機(jī)凝汽器工作壓力所對應(yīng)飽和蒸汽溫度相等，也就是說凝汽器出口空氣過冷度很小，凝汽器出口的混合汽體體積遠(yuǎn)大于2BV真空泵的最大抽汽量，所以必須設(shè)置前置冷卻器先對混合汽體進(jìn)行冷卻，提高過冷度，降低混合汽體體積，以滿足真空泵性能。

3.4.2 真空泵進(jìn)口汽體混合物體積計(jì)算及選型

1）混合汽體干空氣量：（已知）

2）混合汽體壓力：

3）前置器冷卻水溫度：（設(shè)計(jì)選取）

4）前置器出口端差：（設(shè)計(jì)選取）

5）混合物溫度：

6）混合汽體蒸汽分壓（查《飽和水與飽和水蒸氣表》tx的飽和蒸汽壓力）：pv=0.005035MPa

7）混合汽體干空氣分壓：

8）混合汽體含濕量：

9）混合汽體蒸汽量：

10）混合汽體流量：

11）混合汽體分子量：

12）混合汽體分子數(shù)：

13）混合汽體體積：

14）查2BV真空泵性能曲線

根據(jù)工作壓力0.00672MPa（a），混合汽體流量362.69m3/h，查真空泵性能曲線，選2BV151型真空泵。其性能參數(shù)，電機(jī)額定功率：11kW；最大氣量：400m3/h；極限吸入壓力：3.3kPa（a）；工作液流量：0.9m3/h。

4 油環(huán)抽真空裝置設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

1）前置冷卻器在夏季冷卻水溫度較高時(shí)應(yīng)能把凝汽器出口混合汽體冷卻至所需溫度，否則會(huì)引起凝汽真空下降，影響發(fā)電效率；

2）工作液采用油時(shí)，油水分離及冷油器應(yīng)能防止油乳化，油水不能分離；

3）油環(huán)真空裝置投入前應(yīng)對機(jī)組真空系統(tǒng)嚴(yán)密性進(jìn)行檢查，消除漏點(diǎn)；

4）混合汽體管道、閥門應(yīng)充分考慮降低流動(dòng)阻力，減少凝汽器出口到液環(huán)泵之間的管路損失；

5）采用循環(huán)水作為冷卻水時(shí)，循環(huán)水水質(zhì)雜質(zhì)較多，冷卻器應(yīng)能方便清理。

5 實(shí)際改造效果

汽輪機(jī)啟機(jī)沖轉(zhuǎn)前，啟動(dòng)抽真空裝置，并盡快投入汽輪機(jī)軸封用汽，約25分鐘后即可達(dá)到汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)真空；在相同運(yùn)行工況下，凝汽器真空不低于使用射水抽氣器時(shí)的真空，真空泵實(shí)際運(yùn)行功率10kW左右，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，達(dá)到改造目的。