660MW超臨界機組加裝“雙級雙葉羅茨泵+雙級液環泵+智能控制”設備技術改造及效益分析

張 坤 劉 康 莊 磊 樊 毅

淮北發電廠 安徽 淮北 235000

0 前言

某火電機組為上海汽輪機廠生產的660MW超臨界機組，汽輪機型號為N660-24.2/566/566,型式為超臨界、一次中間再熱、單軸、凝汽式汽輪機。凝汽器為上海汽輪機汽輪機有限公司生產，型號：N-36000型，雙汽室、八水室、殼體和水室為全焊接結構。冷卻水量：73969 t/h，冷卻面積36000m2。機組的真空系統配置三臺湖北同方高科泵業有限公司生產的單級水環式真空泵，型號：2BW4 353-OEL4，額定功率為132kw/h。機組啟動時，三臺真空泵同時投運迅速建立真空；正常運行時，真空系統運行方式為兩運一備，備用泵入口別通過聯絡門與 A、C真空泵入口相連作為兩臺運行真空泵的備用，備用B真空泵受低真空和運行泵跳閘聯鎖啟動。

該電廠1號機組抽真空系統加裝“雙級雙葉羅茨泵+雙級液環泵+智能控制” 設備技術改造后，投入羅茨液環系統運行，機組真空系統提高了約0.1～0.2 kPa，從而說明此項設備技術改造在火電機組中的應用，有效降低了發電煤耗和電耗。并且解決了原真空系統存在的問題，且系統維護簡單，運行安全可靠。

1 羅茨液環系統改造背景及可行性

1.1 目前，國內大容量凝器式汽輪機發電機組凝汽器真空系統水環真空泵在設計選型時，主要考慮快速啟機的響應速度和最大的允許漏氣量作為選型原則，因此在機組正常運行時，水環真空泵有較大富余量，真空系統電耗大。而凝汽器羅茨液環系統羅茨泵和小功率雙級液環泵的有效組合，不僅解決了原水環真空泵真空系統存在的問題，并且極限真空度高，耗能降低，維護簡單，安全可靠。而隨著對機組泄漏的深入治理，真空嚴密性基本都達到優良水平，一般都小于200Pa/min，有的機組真空嚴密性小于100Pa/min。

1.2 由于真空系統包含眾多設備及法蘭接口等，影響汽輪機凝汽器嚴密性的因素較多且復雜，隨著真空系統的嚴密性降低，凝汽器蒸汽噴射真空系統可維持較高的抽吸性能，能提升更高的真空度，降低機組熱耗，提高機組效率，有效降低發電煤耗。

1.3 凝汽器在正常設計背壓下工作時，由于水環真空泵抽吸特性，隨著真空泵入口壓力的減小，其抽吸能力急劇下降；而凝汽器蒸汽噴射真空系統的抽氣性能可基本保持不變，僅運行1臺小功率水環真空泵可大幅度降低電耗。

1.4 夏季隨著溫度的升高，水環真空泵的汽蝕加重，性能和出力急劇下降，導致凝汽器真空變差，造成機組經濟性降低。

2 原系統設備的存在的問題

2.1 凝汽器真空泵在設計選型時，為保證初建真空的時間，真空泵和配套電機余量均過大，造成正常運行時，真空系統電耗大。

2.2 由于機組投運多年，真空嚴密性難以達到新機組的水準，而僅僅使用真空泵無法解決真空嚴密性的問題。

2.3 水環真空泵性能、出力受制于工作液溫度的變化。夏季高溫時，水環真空泵性能、出力下降，必須同時開啟兩臺真空泵才能維持真空。造成機組經濟性降低。

2.4 水環真空泵設備的內部機械性能(如裂紋問題)受汽蝕現象影響大，造成真空泵出力不足，甚至會出現轉子斷裂等情況，設備維護費用增加，并且嚴重影響機組運行安全及穩定性。

3 羅茨液環系統改造項目的實施

3.1 羅茨液環系統改造原理圖(如圖1)：

圖1 羅茨液環系統改造原理圖

3.2 原理分析

3.2.1 真空泵抽氣性能與水溫關系 當大真空泵工作液溫度升高時，在同樣真空度下隨著水溫升高其抽氣能力變差。且越接近凝汽器實際真空值衰減越多。

3.2.2 真空泵抽氣性能與真空度關系 現用真空泵實際抽氣能力隨真空度提高而逐漸衰減，且真空度越高，其實際抽氣能力下降越多。綜上所述，真空泵實際抽氣能力2000 m3/h，已無法滿足實際需要。而羅茨液環機組其主要抽氣性能取決于羅茨真空泵，而不是受水溫影響較大的液環真空泵，所以即使在30℃工況下仍能夠保持較大的抽氣量。由此可見在100mbar到10mbar入口真空的范圍內，羅茨液環機組處于最高效率點。同時，采用變頻的羅茨液環機組，則其抽氣能力理論可達5000m3/h。

3.2.3 該廠通過對1號機組抽真空系統加裝“雙級雙葉羅茨泵+雙級液環泵+智能控制”設備技術改造，羅茨液環系統羅茨泵和小功率雙級液環泵組合與大型液環泵進行轉換“接力”，機組啟動需要強大的抽氣能力時，仍然使用現行大液環泵(真空泵)系統，而在其它的絕大部分的時間里，切換至節能機組運行，以更少的耗電仍然獲得原有的吸氣能力，機組啟動時投入A、C真空泵運行時電流：324A，投入羅茨液環系統運行時電流：對應雙級雙葉羅茨泵+雙級液環泵電流約42A(如圖2)，節電能耗率由64%提高到87%。且能較好的維持凝汽器的真空度。雙級雙葉羅茨泵+雙級液環泵系統僅在影響凝汽器效率特別極端的因素，作用大到節能機組自身無法支持的情況下，通過監控信號告知 DCS，要求啟動原有的大型液環泵，在恢復正常后，再自動切換回節能機組。這種聯動互備的改造符合節能減排的精細化營運原則。可以節約廠用電、提高真空度，達到機組節能降耗的目的。

圖2 改造后羅茨液環系統電流42A

4 羅茨液環系統改造后的經濟性分析

4.1 羅茨液環系統運行可靠性

4.1.1 所選用羅茨液環節能機組其極限真空度比現用液環泵高2個數量級，因此可以保證真空度高于現有系統。同時保證抽氣量要求，避免拉不住真空度，導致大液環泵頻繁啟動，煤耗增加的風險！

4.1.2 不替代、不改變任何現有系統。任何時候，現有真空系統都是節能機組的備份系統。多了一套平行運行的系統，等于提高了現有真空系統的可靠性。

4.1.3 采用雙級變頻羅茨泵，不但可以雙重保險，而且變頻特性可以消除設備突然起?；蛳到y波動的沖擊。

4.1.4 智能PLC變頻可以根據季節或電廠管理經驗調整，自動或編程調整運行速度，優化節能和工藝維護。

4.1.5 系統采用雙級液環泵，與單級液環泵相比，不但效率高、真空度高，而且不容易發生氣蝕的風險。

4.1.6 系統由DCS指揮，可以通過溫度、壓力和水位傳感器自動感知系統運行情況，隨時反饋調整。

4.2 提高真空、降低煤耗 羅茨液環系統投入運行優于原水環真空泵系統，不再受環境溫度影響，相較原凝汽器水環真空泵系統可至少提高真空度0.1～0.2 kPa(年平均值)。且當機組嚴密性變差時，羅茨液環系統對真空度還有更大的提高空間。

4.3 降低電耗 機組正常運行時，羅茨液環系統設備投運后運行穩定，羅茨泵和小功率雙級液環泵組合，用電功率小，可大幅度降低電耗。

4.4 計算部分

1.一臺660MW機組節電：按照改造后“雙級雙葉羅茨泵+雙級液環泵+智能控制”單臺機組運行時能耗53kw/h，水環真空泵2臺運行時能耗2*148kw/h，汽輪發電機組運行4000h，每度電0.3844計算，節約電耗費用：(2*148-53)*4000*0.3844=373636.8元

2.一臺機組提高凝汽器真空：年均提高凝汽器真空 0.1～0.2kPa(每提高 1kPa 對應煤耗下降數：2.35 g/kwh)，按照提高凝汽器真空 0.1kPa，平均400MW負荷，運行4000h，標煤單價800元計算，節約煤耗費用：0.1*2.35*400000*4000*800*10-6=300800元

3.現用大液環泵系統僅在建立凝汽器真空的幾十分鐘內使用，其余幾千小時均作為備用?；久饩S護。因此一臺機組可年節約大液環泵維護費用：1*8= 8萬元

4.改造后每年節約費用：373636.8+300800+80000=754436.8元

5 結束語

通過羅茨液環系統改造后性能試驗，對比該火電廠1號機組凝器羅茨液環系統投入/切除時，凝汽器真空度和真空泵電流等參數的變化，羅茨泵和小功率雙級液環泵切換至節能運行，以三分之一或更少的耗電仍然獲得原有的吸氣能力，維持汽凝器的真空度。系統實現無憂切換，改造后機組真空系統的安全可靠性得到提高。

從提高機組經濟性、降低煤耗和廠用電率、增加經濟收入等方面出發，我們認為羅茨液環系統在火電廠的應用，明顯優于原水環真空泵抽吸真空系統，不再受環境溫度影響，比原凝汽器水環真空泵系統提高真空度0.2KPa(年平均值)。大幅度降低廠用電，設備可靠性增強、經濟性顯著。