淺談火電廠凝汽器真空維持與節能

凝汽器真空是汽輪機組運行中的重要參數，其數值的大小對汽輪機的運行經濟性、安全性有很大影響。凝汽器真空由真空系統密封性、循環水流量、循環水溫度等因素決定，而維持凝汽器真空可通過定期試驗結果判斷真空近期情況。若有不合格情況可以采用向凝汽器真空系統充水查漏后消除，若是換熱效果不佳則可通過半面清洗來消除其內部堵塞，節能方面可通過優化輔機運行方式，如利用小功率循泵或小真空泵節能，進而維持真空情況下選擇經濟方式運行[。

1.火電廠維持凝汽器真空方法

1.1真空泵運行方式

汽輪機正常運行時，高壓蒸汽進入汽輪機，在轉子各級做功后排至凝汽器，由循環水建立真空，真空泵維持真空，循環水為閉式循環，而冬季和夏季由于循環水溫度的不同，夏天比冬天真空要低一些，汽輪機的效率也要更低一些，由于真空系統嚴密性不可能完全嚴密，且機組運行水內含其他不可凝結氣體，因此，真空泵的經濟運行對機組真空影響很大。火電廠凝汽器配備有兩臺真空泵，正常時為1用1備（見圖1）。

1.2真空嚴密性試驗

凝汽器在機組正常運行中有較高真空的前提是，定期要對汽輪機抽真空系統做真空嚴密性試驗，要注意的是須在技術人員參與和監護下進行。在進行真空嚴密性試驗時需要注意以下幾點：前提條件： ① 新安裝機組或機組大、小修后； ② 運行中真空系統有異常泄漏，凝汽器真空異常變化； ③ 機組停用一個月以上再次啟動時； ④ 機組運行一個月后每個月試驗一次。試驗步驟： ① 要求汽機負荷穩定在 80% ，且主汽壓力和溫度穩定； ② 關閉真空泵進氣閥，需要在實驗前記錄時間、負荷、排氣溫度與真空讀數； ③ 每隔1min記錄一次，共8min，若真空下降至 -0.087MPa 即停止試驗，打開真空泵進氣閥； ④ 試驗結束后匯報，恢復真空泵； ⑤ 求出 3～8min 的真空平均下降值，60MW機組真空下降速度小于 400Pa 為合格，小于100Pa 為優秀。凝汽器的嚴密性可用經驗公式評估：

公式中，Da一抽氣器抽出的空氣量，kg/s； K_i 一嚴密性系數，嚴密性分別為優，良和中等； D_s 一汽輪機排汽量，kg/s。

1.3凝汽器壓水查漏試驗

機組大、小修中，要進行凝汽器壓水查漏試驗，檢查凝汽器銅管或低壓部位的泄漏情況。步驟： ① 確定試驗水位，并外接透明皮管水位計，皮管溢水口為最高水位； ② 關閉凝汽器側及管道上所有閥門； ③ 開啟凝汽器補水閥，凝汽器汽側進除鹽水； ④ 等到溢水口有水溢出，凝汽器汽側停止進水，關閉補水閥； ⑤ 檢漏完畢后，開啟所有放水閥，放盡存水； ⑥ 將溢水口閥門關嚴或悶堵[2]。

1.4運行中清洗半面凝汽器

機組運行中，發現凝汽器內部嚴重堵塞，在監護下可進行凝汽器半邊清洗。根據循環水進、出水溫度，判斷堵塞程度，依次清洗。清洗前機組負荷減至 50% 額定負荷，真空不低于-87Kpa，注意排汽溫度 ∠65^°C 清洗前操作步驟： ① 聯系循環水崗位，注意保持循環水壓力的穩定； ② 關閉停運側凝汽器空氣門，司機注意監視凝汽器真空并及時調節水位； ③ 關閉停運側凝汽器進、出水電動門，并拉掉電源； ④ 開啟停運側凝汽器水室排空門和放水門； ⑤ 待凝汽器水室放完水后，即可打開入孔門或端蓋，進行清掃管板，清洗管子或查漏。清洗后恢復操作步驟：① 工作完畢檢查無工具等物遺留在凝汽器

內，關閉入孔門和端蓋及放水門； ② 將凝汽器進、出水電動門送上電源，需要聯系循環水崗位保持循環水壓力的穩定； ③ 開啟凝汽器出水電動門，待水室滿水后關閉水側排空門； ④ 開啟凝汽器進水電動門； ⑤ 開啟凝汽器空氣門； ⑥ 注意凝汽器真空上升情況，增加負荷，若需停運另一側凝汽器，檢查各部正常后方可進行操作。

2.火電廠凝汽器真空維持的運行分析 3.火電廠凝汽器節能優化分析

火電廠#8機循環水系統采用了三臺定速循環水泵，正常運行時，機組凝汽器真空是由機組負荷、冷卻水溫度和循環水流量決定的，通過使汽輪發電機組電功率的增加值與循環水泵消耗功率的增加值之間的差值達到最大來確定最佳循環水量，并以此為依據來選取凝汽器的最佳真空。循環水流量增加，機組背壓減小，機組出力增加，但循環水泵的功耗也會增加，當循環水流量增加太多時，循環水泵的功耗增加將機組出力的增加值抵消。因此，必須保證循泵電機功耗增加小于汽輪機功率的增加值，以提高機組的經濟性，對于第二臺循環水泵則需要進行計算。

2.2真空系統運行方式

火電廠#8機真空系統采用了兩臺水環式真空水泵，正常運行時，一用一備。液環式真空泵在低真空范圍內運轉時，具有較高效率抽送氣體的能力。在夏季因環境溫度升高，循環水進水溫度真空降低時，運行維持真空在-92KPa左右。在其他季節，真空泵可維持運行在-96KPa左右。在每個月#8機定期真空嚴密性試驗中，#8機每次真空后5分鐘平均下降速度均小于100Pa/min，處于真空優秀水平。但在機組正常運行時，用大功率真空泵來維持真空，在能耗方面有較大浪費，以60MW機組為例，其設計排汽壓力為4.6KPa，

2.1循環水系統運行方式

而實際運行中真空泵最高抽氣真空度可達2.9KPa 因此，在機組正常運行中，用設計的真空泵抽取少量的漏氣，其功耗顯然是較高的。

3.1循環水系統運行優化

以火電廠#8機循環水系統為例，在2020年夏季高溫季節時，冷卻塔多年運行未清洗，凝汽器循環水進水溫度上升至33^°C ，導致汽輪機排汽溫度升高，機組真空由-95KPa降至-92KPa，嚴重影響到機組的安全、經濟運行，而三臺冷卻塔風機已是全速運行，運行調整中采取提升循環水壓力方法，兩臺循泵運行降低凝汽器循環水進水溫度，兩臺循泵同時運行較一臺循泵運行導致循泵電耗增加0.498MW，運行調優中火電廠#8機循環水系統在2021年夏季高溫季節時，利用另一臺機組停運機會將#8機循環水所供鍋爐、給水泵切換至另一臺機組供，使用另一臺機組多運行一臺小功率循泵，采取措施后#8機凝汽器循環水進水溫度穩定在 30^°C ，凝汽器真空值相同負荷下未有所下降，而小功率循泵運行電耗增加0.274MW。相比#8機兩臺循泵運行降低0.224MW，計算按夏季持續時間80天，電價0.4元，效益約為17.2萬元。

3.2真空泵運行優化

火電廠60MW機組真空泵運行方式為一用一備，一臺真空泵可維持機組正常真空。這是為了確保快速開機的響應速度（30min內能達到啟機要求真空值）和最大的允許漏氣量，機組選用大功率水環真空泵。但在機組正常運行時，用大功率真空泵來維持真空，正常運行時單臺真空泵運行電流大約為76A，額定電流為114A，在能耗方面存在較大的浪費。在原有兩臺真空泵（一用一備）情況下，增加一臺小功率水環式真空泵即#3真空泵。

針對火電廠60MW機組大功率真空泵維持真空，能耗較高問題，考慮采用小功率真空泵在機組開機正常后運行。在開機時利用大功率真空泵快速建立真空，然后在機組運行正常、真空穩定情況下，小功率真空泵投入運行，用以維持真空，原有大功率真空泵作備用。根據設備定期倒換時間，小功率真空泵一年運行時間約6000小時，若小功率真空泵檢修或故障時運行大功率真空泵，若在機組真空系統存在泄漏時采用兩臺真空泵維持運行。

4.結束語

如表1所示，通過對火電廠60MW機組凝汽器真空系統的分析，在夏季高溫季節優化循環水泵運行方式，節省循泵運行電費17.2萬元；在原有兩臺真空泵運行基礎上加裝一臺小功率真空泵，維持機組真空的情況下節省電費約5萬元。這種方法可對機組運行真空嚴密性優秀情況下試用，對于經濟節電方面有一定意義。

參考文獻：

[1]陳小忠、崔國華、黃寧。凝汽器真空維持系統節能優化及實施[J].儀器儀表用戶，2017，24 （06）： 107-111.

[2]付樂東。火電機組凝汽器蒸汽噴射真空系統控制邏輯的設計與應用[J].發電設備，2023，37（05）：328-333.作者單位：湖南石化公司