火力發電廠汽輪機組抽真空系統設計優化研究

上海電力安裝第二工程有限公司 郭 亮

1 引言

在火電廠抽真空系統設計過程中，由于缺乏對汽輪機組抽真空運行可靠性進行有效的研究、計算以及優化，導致汽輪機組抽真空系統運行性能較差，影響整個火力發電廠經濟效益。本文以射陽港電廠2×100萬kW 燃煤發電機組擴建工程為例，研究了火力發電廠汽輪機組抽真空系統設計優化。

2 軸封系統的優化研究

2.1 軸抽風機對軸加真空的影響

軸抽風機在加工過程中對軸加真空可以產生一定的影響。首先，通過在軸加工過程中施加真空，可以有效地減少加工過程中產生的切屑和廢渣，避免其對加工表面的污染和影響。這樣可以提高加工的精度和表面質量，減少后續的清洗工作。軸抽風機的運轉會產生一定的噪聲和震動，進而影響軸封的密封性，從而降低了軸加真空的效率[1]。因此，在軸抽風機的設計和制造中必須考慮噪聲和震動的控制，確保軸封能夠穩定運行并保持良好的密封性，有效減少軸抽風機的能源消耗，將會對整個抽真空系統的能效提升和節能降耗方面起到明顯的作用，同時也能夠減少對環境的污染和負擔，以國產300MW 汽輪機組的軸抽風機為例，其關系曲線近似直線如圖1所示。

圖1 國產300MW 機組軸抽風機與軸加真空關系

2.2 軸加真空與軸封供汽壓力對凝汽器真空的影響

軸封供汽壓力是指軸封系統中用于調節軸封壓力的供汽壓力。在凝汽器的運行過程中，軸封供汽壓力的大小和穩定性會直接影響軸封的密封性和泄漏情況，從而進一步影響凝汽器的真空度。因此，在設計軸封系統時，需要考慮軸封供汽壓力的控制和調節問題，確保軸封的密封性和穩定性。

機組抽真空系統設計時必須考慮到的主要因素有：汽輪發電機組內部結構復雜、能量損耗大；由于蒸汽壓力與溫度變化等因素引起的壓降較大，給水流量波動范圍比其他類型工程要小。軸封供汽壓力在0.03MPa 以下運行時，汽輪機組抽真空系統的壓力波動比較大，極容易出現軸封啟蝕及汽包閥瞬間開啟失效等問題。通過大量試驗可知，只有軸封供汽壓力在0.04MPa 以上時，對凝汽器真空的影響較小，見表1。

表1 300MW 汽輪機組軸封系統對凝汽器真空的影響

2.3 軸封系統的優化

軸封主要作用就是防止泄漏，保護設備的安全運行。在實際設計過程中通常會出現軸承、密封等部件損壞或者泄漏對整個機組造成影響。以國產300MW 汽輪機組為例，軸加的汽側最大壓力通常為0.09MPa，凝汽器的最低壓力約為0.003MPa，疏水密度約為1000kg/m3，則U 型管兩側水位高度差約表示:

凝汽器的水位一般在7～9m 左右，可以把U 型管加工成套筒式埋入地下，保證機組在各種工況下安全可靠運行。凝汽器抽真空時，U 型管正壓水柱進入負壓側后，仍可有足夠的水位高度，當真空被破壞后，使軸加不會進水，如圖2所示。

圖2 軸加U 管水封布置

3 抽真空系統的優化研究

3.1 抽真空設備的改進

目前市場上的抽真空設備類型較多，各具優缺點。為了提高抽真空系統的效率和穩定性，需要對抽真空設備進行改進。例如，改善氣密性能，提高抽氣速度，減小噪聲和振動等[2]。此外，還可以通過優化設備的材料、結構、工藝等方面提高設備的使用壽命和穩定性。

3.2 真空工藝的優化

真空工藝是影響抽真空系統效率和穩定性的關鍵因素。在真空工藝優化中，通常采取的措施包括提高抽氣速度，增加真空管路的密封性，降低系統內部的動態和靜態壓力等。同時，在真空工藝中還需要注意減小真空管路中氣體泄漏以及在真空工藝中的溫度、壓力和時間等參數的控制。

3.3 抽氣系統與加氣系統的優化

抽氣系統的優化主要包括改進抽氣泵的類型和性能，提高抽氣泵之間的匹配度和協調性，增加抽氣泵的安全性等。而加氣系統的優化則主要包括優化加氣時間和氣體流量，提高加氣管路的密封性，改進氣體凈化和過濾設備等。

3.4 抽真空系統智能化的研究

通過引入智能算法、自動控制和傳感器技術等，可以實現對抽真空系統的遠程監控、診斷和控制，提高抽真空系統的運行效率和穩定性。目前真空泵連接系統如圖3所示。

圖3 真空泵連接系統

4 凝汽器故障診斷系統的設計

4.1 凝汽器故障診斷系統

射陽港電廠2×100萬kW 燃煤發電機組擴建工程的凝汽器故障診斷系統核心設備是凝汽器，其主要作用是將蒸汽凝結成水，并將其回收利用。然而，在凝汽器的運行過程中，由于各種原因，可能會出現故障，例如泄漏、結垢、溫度異常等，嚴重影響凝汽器的工作效率和安全性。為了及時、準確地發現和解決凝汽器故障，需要設計一套有效的凝汽器故障診斷系統，凝汽器故障診斷系統如圖4所示。

圖4 凝汽器故障診斷系統

綜上所述，本文針對射陽港電廠2×100萬kW燃煤發電機組擴建工程的凝汽器進行故障診斷系統設計。該系統不僅能夠大幅提高凝汽器的可靠性和穩定性，還能夠減少設備維護和更換的成本，從而提高整個發電系統的效率和經濟性。

4.2 故障診斷系統的總體設計

故障診斷系統是一種利用機器學習和人工智能技術，通過對設備運行參數進行實時監測、分析和判斷，提供故障預警、診斷和解決方案的信息化系統[3]。故障診斷系統的設計需要考慮設備的特性、監測參數和故障類型等多方面因素，并涉及數據采集、預處理、模型建立和應用界面等多個方面。

故障診斷系統的總體設計內容主要包括以下四個方面：

一是系統架構設計：根據設備的特性和操作需求，設計系統的硬件和軟件結構，確定各模塊間的接口、協議和通信方式等。系統架構如圖5所示。

圖5 系統架構

二是數據采集和處理技術設計：選擇合適的傳感器和監測參數，以合適的采樣頻率對數據進行采集和存儲；對采集的數據進行預處理，例如去噪、濾波、歸一化等。

三是模型建立和算法應用設計：基于采集到的數據，建立相應的數學模型和算法模型，例如神經網絡、支持向量機等，對設備狀態進行實時分析和判斷，預測出現故障的可能性和影響。

四是應用界面設計：為用戶提供方便的操作界面和故障報警提示功能，可以通過PC、Pad 或手機等終端設備實現遠程監測和管理。

故障診斷系統是一個由多個技術模塊組成的信息化系統，其設計需要綜合考慮硬件、軟件、數據采集和處理、算法模型和應用界面等多個方面，并通過不斷的優化和改進，提高系統的精度和穩定性，為設備的安全運行和生產提供有力支持。

5 數據庫設計研究

數據庫設計是指將現實世界中的信息和數據組織成一個有結構的、可管理的數據集合，以方便獲取、存儲、修改和查詢數據[4]，是數據庫開發的重要組成部分，貫穿于數據庫整個開發周期。

在進行數據庫設計時，需要遵循以下基本原則：一是數據庫設計需滿足應用系統的需求。數據模型必須與應用系統的要求相適應，保證使用效果和可靠性。二是數據庫設計需遵循一定的數據規范。標準化的數據模型可以增強數據的完整性、一致性和穩定性。三是數據庫設計需考慮數據的安全性。在設計數據庫時要考慮到數據的安全性，采用適當的安全策略，確保數據不會被惡意使用或其他危險性問題。

6 結語

射陽港電廠2×100萬kW 燃煤發電機組擴建工程火力發電廠汽輪機組抽真空系統設計優化需要全面、合理地考慮各個方面的因素。在不斷改進和優化抽真空系統結構、選用高效節能的設備以及完善管理運維等多方面下功夫，可以提高汽輪機組的安全可靠性和經濟效益。同時，通過應用先進的控制技術和智能監測模式，可以實現對汽輪機組運行狀態的實時監控和自動診斷，從而更好地確保抽真空系統的正常運行，促進火力發電行業的可持續發展。