水泥余熱電站真空抽氣系統節能改造

文 超，李素玉，李群輝，白少軍

（廣西魚峰水泥股份有限公司，廣西 柳州 545008）

水泥余熱發電系統采用水泥熟料生產線廢氣發電，不僅能降低生產成本，實現能源的綜合利用，而且能減少廢棄排放，保護生態環境，是目前國家強制要求的水泥熟料生產線的標準配置。隨著水泥余熱發電技術的不斷普及，水泥余熱發電工藝的不斷改進，以及對發電效率要求不斷提高，水泥生產企業對發電設備的節能要求不斷提高。

目前，余熱電站汽輪機多采用射水抽氣器抽真空系統，射水抽汽器抽真空系統存在電耗高、耗水量大、效率低等缺點，因此為了降低能耗、提高效率、降低成本，需要對其進行節能改造[1]。為此，廣西魚峰水泥股份有限公司對其4#線發電機組的真空抽氣系統進行了節能技改。

1 原機組系統情況

1.1 運行情況

機組的設備配置及運行情況見表1。

表1 機組的設備配置參數

1.2 原射水抽氣系統存在的問題

（1）耗能高。射水抽汽器是依靠射水泵提供高流速的水在噴射器內形成一定的真空狀態，從而將凝汽器內的氣體抽出的抽氣設備。由于要求水的流速較高，管阻必然很大（管阻與流速的三次方成正比），射水泵的很大一部分作功都消耗于管道損失，因此運行效率較低且耗能高。

（2）用水量大。射水抽汽器采用抽取射水池的水進行循環，在凝汽器中抽出的通常是空氣和水蒸氣的混合氣體，有很多水蒸氣凝結成水進入射水池中，使射水池中的水溫升高，而射水池中水溫高低對射水噴射器抽氣效果起決定性作用，因此只有定期向射水池中加入冷水，排出熱水，才能保持較低的射水池水溫[1]。

（3）真空度高的情況下抽汽效率低。射水噴射裝置是一種等質量的抽氣裝置，該裝置在低真空空氣密度較大的情況下的抽氣效果較好，但在高真空空氣密度較大時，由于空氣稀薄且流量不均勻，導致射水抽汽器的抽真空能力受到限制，而且運行不穩定。

（4）占地空間大。射水抽汽器裝置包括射水池、射水泵噴射器及其管道，需要的布置空間較大，并且布置現場雜亂、不美觀。

2 改造方案介紹

由于原系統的真空抽氣裝置采用的是射水抽汽器，使得系統在耗能高、用水量大、真空度高的情況下抽氣效率低、占地空間大、運行不穩定、維修量大及經濟效益差，因此技改人員對射水抽氣系統進行節能改造，系統經改造后抽氣量增大、運行功率提升且降低了運行噪音和延長了使用壽命。具體的改造方案如下。

原射水抽氣系統改造后由前置處理器、濾水器、分汽器、特制高效真空泵、換熱器、分離器、自動排水裝置、壓力及溫度就地檢測裝備、速關閥、冷卻水管道、電氣操作系統等組成。前置器采用特殊結構，能夠把凝汽器出口的混合空氣中的大部分蒸汽冷卻成凝結水[2]，并且進入液環真空泵的混合氣體體積量相較原系統縮小70%～85%，在相同真空泵抽吸量的裝機工況下，改造的系統抽吸能力大幅提高，能耗大大降低。

從凝汽器抽吸出來的不凝結氣體和部分蒸汽經過管道進入前置處理器，大部分水蒸氣凝結成水回收至凝汽器熱水井[3]，其余氣體體積變小后進入蓄能器后再進入油環真空泵；真空泵泵腔內裝適量油，油隨葉輪旋轉，在離心力的作用下拋向四周，形成近似于等厚度的封閉油環，油環的下部分內表面與葉輪輪轂相切，油環的上部內表面與葉片頂端接觸，葉輪輪轂與油環之間形成一個月牙形空間，被葉輪分成和葉片數目相等的若干個小腔，小腔的容積隨葉輪旋轉由小變大，小腔與吸氣口相通，氣體被吸入，當吸氣時，小腔則與吸氣口隔絕；當葉輪繼續旋轉時，小腔由大變小，使氣體被壓縮，當小腔與排氣口相通時，氣體排出泵外，進入油氣分離器分離后，絕大部分排入大氣，氣體中少量水蒸氣進入工作油中凝結成水，由于油水的密度不同，水位升高至油水分離器1/2的位置以上時，自動排水。經過上述連續運轉，保證凝汽器內的不凝結氣體不斷被抽出，從而保證凝汽器的真空狀態穩定。在工作過程中，通過冷油器中的循環冷卻水帶走工作液連續循環產生的熱量，能較好地維持油溫[3]。真空抽氣系統改造后主要技術數據見表2。

表2 真空系統改造后主要技術數據

3 改造后的高效真空抽氣系統與原射水抽氣系統設備對比分析

改造后的高效真空抽氣系統與射水抽氣系統的設備配置、運行電機功率、耗水量、運行的可靠性及經濟效益的對比分析見表3。

表3 改造后的高效真空抽氣系統與原射水抽氣系統設備對比分析

4 改造后的高效真空抽氣系統與原射水抽氣系統的優缺點對比

（1）射水抽氣系統一般設置2臺射水抽氣器，冬季時，由于環境溫度比較低，運行一臺即可維持真空狀態在-91 kPa左右，但在夏季由于環境溫度比較高，一臺泵運行很難維持系統的真空狀態，所以夏季通常需要兩臺射水抽氣器同時運行，這樣就增加了站用電量，影響機組的供電量。高效真空泵具有高效的抽空能力，不管夏季還是冬季都能保證系統的真空度，而且高效真空泵的電機功率較小，只有射水抽氣器電機功率的1/3。由于抽氣系統需要長期運行，所以從長期考慮，使用高效真空抽氣系統可以節省大量運行費用。

（2）射水抽氣器系統啟動過程中，抽吸的過程比較慢，影響機組的啟動時間，從而影響發電效率；高效真空抽氣系統啟動的時間、抽吸過程都比較快，能提高系統的發電效率。

（3）高效真空抽氣系統在運行當中使用的水量比較少，而射水抽氣系統在工作中需要用水做介質，會消耗大量的水；高效真空泵運行過程中噪音小、無震動、使用壽命長、系統操作簡單、自動化程度高，并且維護、保養工作量較小，而射水抽氣系統在運行當中故障率比較高、電機功率大、耗電量大，而且噪音大，維護、保養中需要投入大量的人力、財力。

（4）射水抽氣系統運行一段時間后容易在內部結水垢，一方面增大了檢修難度，另一方面縮小了介質過流的面積，導致水流量偏低，影響抽氣效果，使機組真空度下降，影響機組發電效率。

高效真空抽氣系統的具體配置見表4。

表4 高效真空抽氣系統配置

5 高效真空抽氣系統的安裝要點和注意事項

①高效真空抽氣系統的真空泵應安裝在地面堅固的場所，周圍應留有充分的空地，便于工作中人員檢查、維護及保養。②真空泵與系統的連接管道應密封可靠，連接密封墊采用耐油橡膠連接，管道焊接時應先清理干凈管道中的焊渣，嚴禁焊渣進入真空泵腔。③連接管道中，要在真空泵進氣口上方安裝閥門和真空計，方便工作人員隨時檢查真空泵的極限壓力。④高效真空抽氣系統出口與泵的入口之間的距離越短越好，管道拐彎越少越好。⑤真空泵的進口管道應高于泵的入口中心線，出口管處應避免出現會引起較大流體阻力的因素，例如出口管上爬、直角拐彎等。⑥真空泵的進水管道要安裝閥門，用于調節進水量，進水量的多少對真空度具有較大的影響。⑦高效真空抽氣系統要按規定接通冷卻水；真空泵的電動機要按標牌規定連接電源，并有可靠的接地線，安裝合適規格的熔斷器和熱繼電器。⑧真空泵上電磁閥的動作要與真空泵的開停動作一致。⑨真空泵投入使用前要確認真空泵的轉向符合規定方向，防止真空泵的反轉噴油；當真空泵排氣影響工作環境時，可在排氣口安裝油霧過濾器，也可以將排氣口引出室外。

6 結語

通過對水泥余熱電站真空抽氣系統節能改造，利用高效真空抽氣系統替代原有的射水抽氣系統，可保證汽輪機系統的正常工作，原有的運行工藝參數（如真空、排氣溫度等）不會發生改變或者趨向更好。利用高效真空抽氣系統具有以下優點。

（1）大幅度降低電耗。射水抽氣系統電機功率為22 kW，經改造后，電機運行功率可降低到7．5 kW左右。

（2）降低水資源的使用，節約循環水。原系統于夏季時，水箱補水一般不低于12 t/h，這些水資源都被排放浪費，高效真空抽氣系統為閉路循環，不會增加循環水的使用量。

（3）射水抽氣系統在夏季使用時循環水溫升高，汽輪機的排氣壓力降低，進入射水抽氣系統的混合氣體中蒸汽量增加，蒸汽在抽氣器與工作水混合，放出熱量后水溫升高，射水抽氣系統的混合室內工作壓力降低，射水抽氣系統抽吸能力下降，進而引起凝汽器真空度降低。為滿足夏季工況，必須增大配套電機功率或同時開啟兩臺射水泵才能滿足生產要求，而高效真空泵則不存在這些問題。

（3）高效真空抽氣系統操作簡單、運行安全可靠、維護量少。一般情況下，射水抽氣系統配置射水泵2臺、射水箱1個，回收水坑1個，回收水泵1臺，系統占地面積大，設施布置分散，而高效真空泵系統裝置是全部集成于一個底座上，結構簡單、易損件不多且能集中控制，占地面積小，日常運行基本不需要維護。