300MW机组真空系统节能优化改造的应用论文_何骞,曹炯明

摘要：文章介绍了某热电厂汽轮发电机组采用蒸汽喷射真空系统对原凝汽器抽真空系统进行的节能改造。改造后机组真空平均提高0.2Kpa，使凝汽器效率更优。抽真空系统运行电流比原来降低132A，起到较好节能效果。同时，也降低了火电厂主要污染物和碳排放。

关键词：节能；真空系统；蒸汽喷射；经济收益

0.引言

凝汽器真空度是火力发电厂监控的主要指标之一，真空度的好坏直接影响机组运行的经济性。影响凝汽器真空的因素比较多，其中漏入凝汽器的空气未能及时抽走是主要因素之一。漏入凝汽器的空气如果不能及时抽走，会在凝汽器管束表面形成一层气膜，严重降低传热性能，小到0.05%的空气含量就可以使蒸汽的凝结放热系数降低80%以上。因此，提升凝汽器真空系统的抽吸能力及效率是维持凝汽器真空的有效手段。

1.设备概况

某热电厂9号机组是由上海汽轮机有限公司生产的300MW、亚临界、一次中间再热、高中压合缸、二缸二排汽、单轴、反动凝汽式汽轮机。机组配套2组上海电站辅机厂生产的N-19000型单背压、单壳体、对分，双流程、带鼓泡除氧装置、表面式凝汽器。凝汽器抽真空系统配套2台鹤见真空工程（上海）有限公司生产的200EVMA型水环真空泵，机组启动时2台泵同时运行，正常运行时，一运一备。水环式真空泵技术参数如表1。

表1200EVMA型水环式真空泵技术参数

2.存在问题

国内大容量汽轮发电机组的抽真空设备，主要是水环式真空泵，设计时以快速启机作为原则，真空泵和配套电机的裕量偏大。而随着对机组泄漏的治理，真空严密性基本都达到优良的水平，因此，现有的水环式真空泵在机组正常运行时，具有较大的节能降耗空间。

水环式真空泵采用水作为工作液，叶轮偏心安装，通过内部容积变化的改变来实现吸、排气。工作液由于受到压缩、摩擦以及气体所带蒸汽的冷凝热量而温度上升，需要通过冷却水进行冷却。因此，水环式真空泵性能、出力受制于工作液温度的变化。而夏季高温时，冷却水温度高，偏离设计最佳值比较多，真空泵工作液的循环和抽吸的蒸汽放热，使得工作液温度逐渐升高，抽气能力下降，工况恶化，真空达不到预期要求。

水环式真空泵的极限抽吸压力受限于水温，当抽吸压力等于工作液的饱和蒸汽压力时，部分工作液汽化产生汽泡，汽泡破裂产生噪声并会对叶轮进行冲击形成汽蚀现象。水环式真空泵在汽蚀状态下工作，会造成泵的噪声、振动变大，汽泡破裂会对叶轮造成冲击，严重影响设备使用寿命。

3.解决方案

经过调研和论证，某热电厂9号机组采用凝汽器蒸汽喷射真空系统改造方案。这样可彻底解决水环真空泵的汽蚀问题，并可提高凝汽器的真空值为0.2—0.7kPa，经济效益明显。

3.1蒸汽喷射器

蒸汽喷射真空系统的核心部件是蒸汽喷射器，其工作原理是利用空气动力学原理，通过动力蒸汽的膨胀功来产生真空，蒸汽喷射器分三个部分：喷嘴、吸入室及扩散器，如图1所示。

蒸汽喷射器的设计以水环真空泵入口的最低背压值作为喷射器入口的压力值，以凝汽器夏季工况的最大背压作为喷射器的出口压力值，用出口压力比上进口压力来定义蒸汽喷射器的压缩比，确保蒸汽喷射器出口压力值所对应的饱和蒸汽温度比水环真空泵工作液温度高6.5C以上，这样就能避免工作液的气化，消除汽蚀问题。

同时，蒸汽喷射器后置冷凝器可以将全部动力蒸汽和部分凝汽器内的可凝结蒸汽凝结成水，使水环真空泵入口的汽气混合物的体积流量大幅度降低，以此保证即使在夏季工况，一台小功率水环真空泵的抽吸能力就能满足维持机组凝汽器真空的需要。

图1蒸汽喷射器

1、蒸汽室；2、喷嘴；3、吸气腔；4、扩散器进口段；5、扩散器出口段

A、动力蒸汽；B、被抽流体；C、混合流体

3.2技术改造方案

某热电厂9号机组真空系统节能优化改造工程在真空母管（Ф273×7mm）上加装一套凝汽器蒸汽喷射真空系统，蒸汽喷射泵动力汽源采用辅助蒸汽，冷凝水返回热井回收。改造后凝汽器真空系统配置2×100％容量真空泵及一套凝汽器蒸汽喷射真空系统（包括一台45KW功率的水环真空泵）。机组启动时，两台原水环真空泵运行；机组正常运行时，凝汽器蒸汽喷射真空系统投入运行，原两台水环真空泵退出作为备用；凝汽器蒸汽喷射真空系统退出运行时，原真空系统投入，维持机组安全运行。改造后凝汽器蒸汽喷射真空系统见图2。

图2改造后系统简图

4.改造后性能试验

根据表2试验数据可知原真空泵A/B运行电流为197.4A，凝汽器蒸汽喷射真空系统（仅运行真空泵C）运行电流为65.4A，由于电厂原系统正常运行为一台真空泵A/B，与原一台真空泵进行对比，则采用凝汽器蒸汽喷射真空系统比原系统运行降低电流132A。

机组负荷在230MW时，原真空泵A/B运行时与凝汽器蒸汽喷射真空系统（仅运行真空泵C）运行对比，整个试验过程中机组负荷、排汽温度、循环水进/出口温度均不变，在相同的试验条件下，投入凝汽器蒸汽喷射真空系统运行,凝汽器真空提高平均约0.2kPa，真空变化见图3。

表2凝汽器真空变化数据表

图3凝汽器真空变化图

5.经济收益分析

某热电厂9号机组年平均负荷率在75%左右，现以负荷在230MW时的运行数据，对改造后抽真空系统进行经济性分析，机组运行基本参数见表3。

表3机组运行基本参数

5.1直接收益

5.1.1煤耗节省收益

300MW机组真空每提高1KPa对应煤耗降低按3.09g/kW.h，真空提高0.2Kpa对应煤耗降低获得收益:

每年节煤量=（230×103）×4200×（0.2×3.09×10-6）=596.99吨

节约燃料成本=596.99×850=50.74万元

5.1.2电耗节约收益

改造后，真空系统由原来一台132kW真空泵运行改为仅一台45kW小功率真空泵运行，产生的年收益：

每小时节约电能为1.7321×380×（197-65）×0.79=68.634kW.h

每年节约电能收益为68.64×4200×0.425=12.25万元

5.1.3蒸汽成本核算

辅汽耗量为400㎏/h（P=0.8MPa，T=317℃）

查蒸汽焓值为3051.3kj/㎏

消耗蒸汽热量为3051.3kj/㎏×400㎏/h=1220520kj/h=291582.23 kcal/h

消耗蒸汽对应的标煤为291582.23/7000=41.65㎏/h，考虑到燃烧效率等因素，消耗蒸汽对应的标煤应为41.65/0.9=46.28㎏/h

年消耗蒸汽对应标煤为46.28×4200=194376㎏

对应标煤价格为194376×850=16.52万元

5.1.4加装蒸汽喷射真空系统年收益合计为50.74+12.25-16.52= 46.47万元

5.2间接收益

5.2.1主要污染物减排

按每燃烧1吨标准煤排放烟尘约10千克，SO2约24千克，NOx7.6千克，则少排放烟尘为596.99×10=5.97吨，SO2为596.99×24=14.33吨，氮氧化物，NOx为596.99×7.6=4.54吨。

5.2.2减少碳排放

按每节约1度电，相应节约0.4千克标准煤，减少排放0.272千克碳粉尘，则减少碳排放25.54万度电×0.272千克/度电=6.95吨

6.结束语

在机组正常运行、真空稳定的前提下，蒸汽喷射真空系统投入运行，用以维持机组真空，原水环真空泵系统切除作备用，可提高系统真空度0.2kPa，大幅降低厂用电，经济性显著。同时，蒸汽喷射器构造简单，几乎不用维护，节省了维修费用。这样的优化改造可为使用同类型真空泵的机组节能降耗提供借鉴。

参考文献

[1]蔡颐年.蒸汽轮机[M].西安交通大学，1988.

[2]叶笑臣.600MW双背压机组凝汽器抽真空系统改造可行性探讨与分析[J].江西电力职业技术学院学报，2015，28(2)：7-10.

[3]杨善让.汽轮机凝汽设备及运行管理[M].北京：水利电力出版社，1993

[4]能源基础数据汇编.国家计委能源所.1999.1

[5]中国电力投资集团公司.300MW火电机组节能对标指导手册.北京：中国电力出版社，2008

论文作者:何骞,曹炯明

论文发表刊物:《电力设备》2019年第20期

论文发表时间:2020/3/16

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