摘要：真空泵的运行状态直接影响机组的真空度。为保障机组运行安全，提高机组的经济性，对真空泵工作液冷却水系统进行了改造。通过试验和计算分析，对真空泵工作液冷却水系统的改造效果进行了定量分析评估。
关键词：真空泵；冷却水；改造；节能分析
Analysis on Energy Saving of 330MW Unit Vacuum Working Liquid Cooling Water System Pump
LUO Yan-jun，CHENG Yan
Guangdong guohua huizhou thermal power plant branch，Huizhou 516082
Abstract：The vacuum of the unit was directly affected by the vacuum pump operation conditions.It is important to reconstruct the vacuum pump working liquid cooling water system to guarantee the security of the unit and improve the economical efficiency of the unit.Through the experiment and the calculation and analysis，the quantitative analysis and evaluation of the reforming effect of the vacuum pump working liquid cooling water system are carried out.
Key word：vacuum pump；cooling water；reconstruction；energy efficiency analysis
0.概述
某电厂处于广东惠州沿海地区，一期工程已投产两台330MW双抽凝汽式供热汽轮机，凝汽器排汽采用海水开式冷却，每台凝汽器抽真空系统配置2台200EVMA型水环式真空泵，真空泵工作液的冷却水源采用开式循环水，在夏季运行时循环水温度高，水环式真空泵冷却器的冷却效果差，达不到使用要求，使水环式真空泵的出力下降，影响机组的安全和经济运行，因此，为了改善水环式真空泵内的工作环境，降低水环式真空泵工作液温度，提高凝汽器的真空度，本文提出了在原有管式冷却器上串联加装板式换热器的改造方案。
1 水环式真空泵的工作原理及运行特性
1.1水环式真空泵的工作原理
真空系统中的抽汽设备是凝汽式汽轮机的重要组成部分，它的任务是将漏入凝汽器内的空气和不凝结气体不断地抽出，以维持凝汽器的正常真空。水环式真空泵的泵叶轮在泵体内偏心安装，启动前向泵内注入一定量的水作为工作液。当叶轮旋转时，水被叶轮抛向四周，由于离心力的作用，水形成了一个决定与泵腔形状的近似等厚度的封闭水环；叶片及两端的侧板形成一个密闭的月牙形空腔，在前半转的旋转过程中，密闭的月牙形空腔容积逐渐扩大，气体由设在该处的吸气口被吸入，当吸气结束时空腔与吸气口隔绝；在后半转的旋转过程中，密闭月牙形空腔的容积逐渐缩小而使气体被压缩，当密闭的月牙形空腔与排气口相通时，气体被排出泵外。可见，水环式真空泵是靠泵腔容积的变化来实现吸气、压缩和排气的。
1.2水环式真空泵的运行特性
水环式真空泵的运行特性是真空泵抽吸能力与真空泵工作液温度的温度成反比。在实际运行中，因为冷却水对工作液的冷却达不到设计值，尤其在夏季室外气温较高，水环式真空泵的工作液温度升高而汽化，使密闭的月牙形空腔内有部门气体来自工作液汽化的气体，减少了对凝汽器内的不凝结气体的抽吸量，使水环式真空泵的出力下降。同时，泵内的运行工况变得极其恶劣，造成真空泵叶轮气蚀，严重时造成设备损坏，对机组的安全运行构成严重威胁。
2.改造前水环式真空泵工作液冷却水系统存在的问题
经分析目前真空泵工作液冷却水系统存在的几个问题：
1）工作液温度高：真空泵的冷却水取至循环水，循环水的温度随季节温度变化而变化。在夏季高温季节，循环水温度明显偏高，很难保证工作液的正常冷却度，真空泵出力下降严重，泵出现不同程度的汽蚀现象，威胁到了机组的安全运行。
2）管式冷却器脏堵：由于海水比较脏，原真空泵管式冷却器经常堵塞，一堵塞冷却效果就差，工作液温度无法保证正常的冷却度，真空泵出力就下降明显，严重者真空泵无法维持正常。
3）运行维护成本高：真空泵管式冷却器经常堵塞，运行需经常冲洗滤网，增加了运行人员的工作量；另外维护人员需经常清理滤网及管式冷却器，增加了公司的维护成本。
3.水环式真空泵工作液冷却水系统改造
利用2014年~2015年机组大修时机对两台机组的4台水环式真空泵都加装用空调冷冻水冷却的板式冷却器各1台，冷冻水源由空调水冷机组提供，机组正常运行时，真空泵1运1备，经计算目前空调水冷机组的冷冻水出力能满足2台真空泵冷冻水量的需求。原水环式真空泵工作液冷却水由汽机侧的开式循环冷却水系统提供，换热器为管式换热器，其冷却水源为循环水，夏季水温较高，机组高负荷下不能满足真空泵的工作液的冷却要求。经过分析后，串联加装一台板式换热器，冷却水由18℃空调冷冻水提供，夏季高温季节板式换热器与管式换热器串联运行，从而能明显降低真空泵工作液温度，满足真空泵的安全稳定运行。改造后机组抽真空系统如下图1（红色部分），现场设备如图2。
图1水环式真空泵系统改造后系统图
图2改造后真空泵冷却系统现场管道布置图
4 改造后节能效果定量评估
为了对冷却水系统改造的效果进行评估，在相同的条件下，对冷却水系统进行了改造前后的对比试验。
4.1真空泵工作液冷却水改造前后对比试验
为了比较不同机组、不同负荷的改造效果，评估试验安排在2台机组中进行，试验时机组的负荷分别为330MW、250MW、220MW三个工况。试验数据的采集，在冷却水切换稳定半小时后进行，试验时循环水温度基本保持稳定，试验时循环水温度变化在0.2℃以内，对机组真空试验数据影响在可控误差范围内，试验数据有效。
表1 真空泵工作液冷却水改造前后试验数据对比
4.2改造前后试验机组真空对比分析
分析水环式真空泵加装板式冷却器前后机组真空值对比图3。
图3.改造前后机组负荷不同时对机组真空的影响
4.3节能分析
改造后，除去负荷的偏差影响，每台机组的真空比改造前平均提高了0.3kpa左右，机组真空每提高1kpa，机组煤耗可以降低2.4g标煤/kwh计算，按5~10月之间投入空调冷冻水冷却的的板式换热器后，夏季5个月3600h，平均负荷按220MW计算，发电量按7.92亿千瓦时计算，可节约标煤约：2.4×0.3×7.92×108/106=570吨，按每吨标煤800元计算，一台机组年毛效益570×800/10000=45.6万元。
另外真空泵投入冷冻水后，使空调水冷机组及冷冻水泵的出力增加，通过试验记录观察，单机投入空调冷冻水时，空调水冷机组总电流增加约20A左右，每小时耗电率增加：
1.732×20×0.38×0.85=11.18 KWh，每度电按上网电价0.47元计算，按夏季5个月，空调冷冻水投入的时间按3600h计算，经计算厂用电部分增加的支出为： 11.18×3600×0.47=1.895万元。
计算一年的净收益为：45.6-1.895=43.7万元。单台机组的设备投资改造费用在15~20万元左右，当年就能回收成本。
另外要注意的是，当两台机组同时发电运行时，特别是夏季高温季节，真空泵冷冻水需求量过大，要注意防止空调水冷机组过负荷跳闸，影响集控楼空调系统的正常运行。
5.结论
1）该公司水环式真空泵加装用空调冷冻水冷却的板式冷却器后，特别是5~10月之间，水环式真空泵的工作液温度显著降低，提高了真空泵的工作效率，改善了泵内的工作环境，避免了真空泵叶轮气蚀现象的发生，减少了泵的维护成本，保证了机组的安全经济运行。
2）提高了真空泵运行的安全性。未改造前，循环水冷却的管式冷却器由于海水比较脏，经常堵塞，造成真空泵出力严重下降，机组被迫降出力运行。冷却水系统改造后，就算管式冷却器部分堵塞，有板式冷却器的冷却作用，真空泵也能正常稳定运行，大大减少了运行人员的操作量。
3）改造后，改善了真空泵的工作性能，真空泵的稳定性及抗气蚀性能提高，泵的维护成本也显著降低。
4）机组真空提高，冷源损失降低，汽轮机的整体循环效率提高，供电煤耗降低。
改造后的冷却水系统解决了夏季真空泵工作液温度高、机组真空偏低的问题，提高了机组的经济性和安全性，为同类型沿海电厂节能改造提供了依据。
参考文献：
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作者简介：
骆炎军（1982-），毕业于长沙理工大学，长期从事火电厂节能分析及运行优化工作。
论文作者:骆炎军,程燕
论文发表刊物:《电力设备》2018年第33期
论文发表时间:2019/5/17
标签：真空泵论文; 机组论文; 冷却水论文; 工作论文; 冷却器论文; 水冷论文; 系统论文; 《电力设备》2018年第33期论文;