羅茨真空泵組在火力發(fā)電廠節(jié)能改造中的應(yīng)用

惠成

摘要：本文主要針對羅茨真空泵的結(jié)構(gòu)、工作原理以及在火電廠真空系統(tǒng)中的節(jié)能降耗應(yīng)用做了簡單闡述。對某330MW火力發(fā)電廠真空系統(tǒng)改造后與改造前進行對比，分析其應(yīng)用、經(jīng)濟性以及改造成果。

關(guān)鍵詞：羅茨真空泵組;火力發(fā)電廠;節(jié)能降耗

引言：隨著近年來火力發(fā)電廠節(jié)能降耗改造的進行，羅茨真空泵組在電廠節(jié)能改造項目中展現(xiàn)出了一定的優(yōu)勢，并且在現(xiàn)場的實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，真空系統(tǒng)在經(jīng)過改造，使用了羅茨真空泵組后，不但可以有效解決原先使用水環(huán)真空泵造成的汽蝕、抽汽性能下降和凝汽器真空下降等問題，而且在同樣工況下，羅茨真空泵組比水環(huán)真空泵運行電耗大幅降低。

1 系統(tǒng)概況

某電廠#1機組為上海汽輪機廠制造的N330-17.0/543/565型亞臨界、一次中間再熱、雙缸（高中壓合缸）、雙排汽、凝汽式汽輪機，于2005年6月投產(chǎn)發(fā)電。該機組抽真空系統(tǒng)安裝有兩臺上海先鋒電機廠生產(chǎn)的Y2-355M2-12型水環(huán)式真空泵，用于抽吸凝汽器及真空系統(tǒng)內(nèi)的空氣及不可凝結(jié)氣體，正常運行時一運一備，工作電流約為150A。

某電廠#1機組真空泵采用的是水環(huán)式真空泵，多年運行下來情況平穩(wěn)，但水環(huán)式真空泵自身存在以下缺點：

①運行中容易發(fā)生汽蝕現(xiàn)象，并且工作效率較低（一般低于30%），#1機真空泵正常工作電流都保持在150A左右，耗電量較高;

②設(shè)計部門在設(shè)計選型真空泵組時，將快速啟機的響應(yīng)速度（30 分鐘內(nèi)能達到啟機要求真空值）和最大的允許漏氣量作為選型時的主要考慮因素，所以導(dǎo)致配置的真空泵功率普遍較大，因此在機組正常運行時，在維持系統(tǒng)真空時，真空泵擁有較大的富余量，會造成許多不必要的能耗。

③水環(huán)真空泵的運行工況容易受到工作水溫度的影響，在運行的過程中，水的溫度會逐漸上升，就會降低泵的工作效率，甚至還會出現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象，影響機組的經(jīng)濟性，對設(shè)備會造成損傷，在冬天的時候因為環(huán)境溫度比較低，工作水的溫度還不會影響設(shè)備運行。可是在夏天尤其是南方地區(qū)，冷卻水的溫度就會比較高，會影響生產(chǎn)。

④汽蝕現(xiàn)象對水環(huán)真空泵的內(nèi)部機械性能影響比較大，這會導(dǎo)致設(shè)備的維護成本升高，同時也會影響機組的安全穩(wěn)定運行。

2 真空系統(tǒng)改造方案概述

2.1 泵組選型依據(jù)

本次改造選用的SL2BQ系列羅茨水環(huán)真空泵組是技術(shù)成熟的成套設(shè)備，具有運行安全可靠、結(jié)構(gòu)緊湊、配套完善、工作范圍廣的顯著特點。該成套機組由2BE1系列水環(huán)真空泵、ZJQ系列氣冷羅茨真空泵、換熱器、控制元件、接線箱等部件組成。

氣冷羅茨真空泵作為機組的主泵，在較低的入口壓力時有較大的抽氣速率，但不能單獨使用，必須與前級真空泵串連，待被抽系統(tǒng)的壓力被前級泵抽到允許入口壓力時才開始工作，并且氣冷羅茨真空泵不允許高壓差時工作，否則會因過載或過熱而損壞。

羅茨泵采用梅花形轉(zhuǎn)子與兩個半圓形泵體，依靠轉(zhuǎn)子的擠壓而產(chǎn)生較高的流速與壓差。部分排氣口氣體經(jīng)過換熱器冷卻后回流對羅茨泵轉(zhuǎn)子與泵體進行冷卻，因此能長期工作，并且能在高壓差下長期穩(wěn)定地工作，可獲得接近于主泵的抽氣速率，同時獲得更高的真空。同時可直接排大氣（單獨工作，只是軸功率較大），而且進出口差壓較大，能有效彌補真空泵高真空出力不足的弱點。

水環(huán)真空泵作為氣冷羅茨真空泵的前級泵，其工作流程是由水環(huán)真空泵先把入口壓力抽到氣冷羅茨真空泵允許的入口壓力，再啟動氣冷羅茨真空泵。氣冷羅茨真空泵啟動后，機組形成氣冷羅茨真空泵+水環(huán)真空泵串聯(lián)運行狀態(tài)，氣冷羅茨真空泵排出的氣體由水環(huán)真空泵抽走。

水環(huán)式真空泵中，葉輪偏心地安裝在橢園形泵體內(nèi)。當(dāng)葉輪按圖示箭頭方向旋轉(zhuǎn)時，因離心力的作用，注入泵內(nèi)的液體被甩向泵體內(nèi)壁，形成一個形狀與泵體相似，厚度接近相等的液環(huán)。隨葉輪一起旋轉(zhuǎn)的液環(huán)內(nèi)表與葉輪輪轂之間形成一個月牙形的空間，當(dāng)葉輪由A點轉(zhuǎn)到B點時，兩相鄰葉片之間所包圍的容腔逐漸增大，氣體由外界吸入;當(dāng)葉輪由C點轉(zhuǎn)到A點時，相應(yīng)的容腔由大變小，使原先吸入的氣體受到壓縮，當(dāng)壓力達到大氣壓力時，氣體被排出。

通過對比可以發(fā)現(xiàn)，使用羅茨真空泵組與原先使用的水環(huán)式真空泵系統(tǒng)相比較，有如下優(yōu)勢：①氣冷羅茨泵大多采用變頻調(diào)速電機，以避免啟動時出現(xiàn)過載;②羅茨泵設(shè)有兩個回流口，它充分對轉(zhuǎn)子及泵體冷卻，氣體回流量可以根據(jù)進出口差壓大小自動調(diào)節(jié);③羅茨泵軸承冷卻水直接與水—氣換熱器進、排出口相連，無需外接水源;④在系統(tǒng)中加裝水—氣換熱器：一是對混合氣體冷卻，減少熱量傳遞;二是使混合氣體中的水蒸氣迅速凝結(jié)成水，從而大大提高了真空泵的出力;⑤采用特殊設(shè)計的水—氣換熱器（雙相流，雙管層），保證換熱效果;⑥在水—氣換熱器底部設(shè)有一個溢流管，它利用真空泵的負(fù)壓自動將氣側(cè)水抽出，保證換熱效率。

2.2 優(yōu)化改造方案

本次機組的真空系統(tǒng)節(jié)能降耗改造是在不改變原有真空系統(tǒng)的設(shè)備及功能的基礎(chǔ)上，在原來的真空母管上并聯(lián)安裝一臺羅茨-水環(huán)真空泵組，確保機組運行的安全性和經(jīng)濟性。在經(jīng)過改造后機組的運行方式作了如下調(diào)整：①機組啟動初期，仍按原先的運行方式將原有抽真空設(shè)備投入運行，達到快速建立真空的目的;②機組運行正常及真空穩(wěn)定情況下，羅茨真空泵組投入運行、將原有抽真空設(shè)備切除做備用，此時羅茨真空泵組的通路工作，蒸汽和不凝結(jié)氣體進入羅茨泵，加壓后經(jīng)過冷卻器冷凝，最后進入下級水環(huán)真空泵，由于水環(huán)真空泵的入口壓力被極大的提高，可以保證水環(huán)真空泵運行的穩(wěn)定性和安全性;③機組真空系統(tǒng)如果發(fā)生嚴(yán)重泄漏，羅茨真空泵組不能維持凝汽器真空時，真空低報警并聯(lián)動原有的水環(huán)真空泵投入運行;④羅茨真空泵組在檢修或設(shè)備故障時，應(yīng)該將原有的水環(huán)真空泵投入運行，滿足真空要求。

改造前本機組兩臺真空泵的運行方式為一運一備方式，經(jīng)過改造后機組正常運行時采用羅茨真空泵組運行來維持真空，實現(xiàn)一運兩備，設(shè)備之間設(shè)有可靠的聯(lián)鎖控制系統(tǒng)。經(jīng)過改造后的機組其真空系統(tǒng)耗電量與之前相比有了明顯的降低同時安全性和可靠性有了大幅提高。

3 真空系統(tǒng)改造后效果分析

某電廠#1機組于2018年5月對真空系統(tǒng)進行了節(jié)能降耗改造，改造后運行情況良好，機組的安全性和經(jīng)濟性都得到了顯著的提高。改造前后運行參數(shù)對比如表3所示。

由以上實測數(shù)據(jù)表明，在工況近似相同的情況下，改造后的真空系統(tǒng)與之前相比，均能滿足維持凝汽器運行真空的要求，而且改造后的真空系統(tǒng)能耗水平僅是原有抽真空系統(tǒng)能耗水平的36% ，節(jié)電率達到了將近64% 。

結(jié)論：某電廠#1機組真空系統(tǒng)節(jié)能降耗改造后，系統(tǒng)能耗大幅降低，節(jié)電率達到近64%，大大提高了機組運行的經(jīng)濟性，降低了廠用電率，同時也減少了原水環(huán)式真空泵的運行時間，極大地消除了原水環(huán)式真空泵易發(fā)生汽蝕的缺陷，降低了維護成本，提高了機組真空系統(tǒng)運行的可靠性，達到了節(jié)能降耗的目的。羅茨真空泵組作為一種適應(yīng)性較強的新型節(jié)能設(shè)備，具有廣闊的應(yīng)用前景。