摘要：近年来随着环境保护和能耗利用效率越来越受到人们的重视，火力发电厂中的抽真空设备作为整个电厂中的重要的能耗设备，也越来越受到重视。目前国内应用在火力发电厂中抽真空设备主要有水环真空泵、射水抽汽器、射汽抽汽器、罗茨-水环真空泵等几种。
关键词：火力发电厂；抽真空设备
引言
目前国内应用在火力发电厂中抽真空设备主要有水环真空泵、射水抽汽器、射汽抽汽器、罗茨-水环真空泵等几种。这几种抽真空设备的工作原理不尽相同，也各有优缺点。新建电厂抽真空设备选型时应根据实地情况选择适合本项目的设备。
1抽真空设备简介
1.1水环真空泵工作原理、性能指标
1.1.1水环真空泵的工作原理
水环真空泵是一种粗真空泵，它所能获得的极限真空受制于结构和工作环境，一般为3～50kPa。水环真空泵主要由叶轮、泵体、圆盘(设有吸气口、排气口)等几部分组成。叶轮偏心安装在泵体中，当叶轮旋转时，水被抛向泵体并形成与泵体同心的水环，水环和叶轮形成一个月牙形的空间。随着叶轮的旋转，叶轮轮毂、叶片和水环形成的空腔由小变大，通过吸气口吸气，再由大变小，通过排气口排气。
1.1.2性能指标
水环真空泵的性能指标主要有耗电率、极限真空和抽吸能力。耗电率是指水环真空泵每小时的耗电量，取决于设备选型及真空泵效率。极限真空和抽吸能力不足将造成机组凝汽器真空降低，影响机组煤耗率升高。极限真空是真空泵出口工作水温对应的饱和压力(kPa)，是真空泵所能抽取压力的最高数值;抽吸能力是真空泵每小时抽取空气的质量(kg/h)。机组正常运行中，如真空泵抽吸能力能够满足系统要求，极限真空越高，凝汽器真空越接近理论真空应达值;如真空泵抽吸能力不能满足系统要求，极限真空再高，凝汽器真空都将降低。
1.2射水抽气器工作原理及优缺点
具有一定压力的工作水从射水泵射出后经水室进入喷嘴，喷嘴将工作水的势能转化为动能，工作水以高速从喷嘴射出，从而使空气吸入室内产生高度真空，吸入室的高度真空抽出凝汽器内的汽、气混合物。工作水和汽、水混合物一起进入扩散管后，由于高速水流速度减慢，压力逐渐升高，最后以略高于大气压力排出扩散管。射水抽气器优点为：（1）抽真空能力强。（2）结构简单，使用寿命长，且在使用寿命周期中效率基本无衰减，检修期间隔长。（3）易启动，无需配套其它设备，对工作水质要求低。（4）无气相偏流，所以运行中震动磨损极小。射水抽气器的缺点：（1）需配备射水泵，蓄水池或者蓄水箱，系统复杂。（2）整套设备占地面积大。（3）消耗工作水，在缺水地区不适合采用。（4）射水抽气器在夏季工作时，还需要惨凉水。否则工作液温度过高将导致射水泵产生汽蚀。同时工作环境变差，抽真空效果变差。（5）能耗高。
1.3射汽抽气器工作原理及优缺点
射汽抽气器与射水抽气器的原理基本相同，只是工作介质由水变成过热蒸汽。射汽抽气器包含工作喷嘴、混合室和扩压管三部分。过热蒸汽经过喷嘴时压力降低并释放热量，蒸汽流速增高，在喷嘴出口形成高速蒸汽流，使混合室的压力低于凝汽器的压力，凝汽器里的汽、水混合物被吸进混合室里。吸入的汽、水混合物和蒸汽混合在一起进入扩压管，在扩压管中流速逐渐降低，压力逐渐回升。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆最终混合气体压力升高到比大气压力略高一点，再经过冷却器把蒸汽凝结成水，空气排到大气里。射汽抽气器优点为：（1）结构紧凑，可靠性高，尺寸小，占地面积小。（2）在机组启机时，能短时间建立真空，减小机组启动时间。（3）能效较高，可利用品位较低的蒸汽工作。射汽抽气器的缺点：（1）工作介质为蒸汽，应用场地需要有合适的过热蒸汽。（2）系统需要配置蒸汽冷凝系统和冷凝水回收系统，系统复杂，初投资较高。
1.4罗茨-水环真空泵
在泵腔内，有二个“8”字形的转子相互垂直地安装在一对平行轴上，由传动比为1的一对齿轮带动作彼此反向的同步旋转运动。在转子之间，转子与泵壳内壁之间，保持有一定的间隙，可以实现高转速运行。由于罗茨泵是一种无内压缩的真空泵，通常压缩比很低，故需要前级泵。罗茨泵的极限真空除取决于泵本身结构和制造精度外，还取决于前级泵的极限真空。罗茨泵的工作原理与罗茨鼓风机相似。由于转子的不断旋转，被抽气体从进气口吸入到转子与泵壳之间的空间内，再经排气口排出。由于吸气后泵腔空间是全封闭状态，所以，在泵腔内气体没有压缩和膨胀。但当转子顶部转过排气口边缘，泵腔空间与排气侧相通时，由于排气侧气体压强较高，则有一部分气体返冲到泵腔空间中去，使气体压强突然增高。当转子继续转动时，气体排出泵外。罗茨-水环真空泵优点为：（1）采用专用机床加工，精度高。转子具备良好的几何对称性，转子啮合间隙均匀。泵运转平稳、振动小，噪声低、极限真空度高。（2）传动部件采用消隙结构，可靠性高，可长期在高压差环境下持续工作。（3）结构紧凑，占地面积小，效率较高，配套电机能耗小，节能效果显著。罗茨-水环真空泵缺点为：（1）受制于凝汽器背压，当背压高时，电机电流急速增大，因此只适应于背压较低的湿冷机组，背压不宜超过9kPa。（2）不适用于机组启机时建立真空时应用，因此机组整个系统需另配备启动抽真空设备。
2抽真空设备比选
案例分析:某300MW项目厂址位于极度缺水区域，汽轮机采用直接空冷汽轮机，设计背压9kPa，夏季背压17kPa。辅机冷却水采用间接空冷，辅机冷却水温全年平均22℃，夏季平均28.5℃，夏季极端工况40℃。根据本项目缺水和背压高的特点，射水抽汽器和罗茨-水环真空泵明显不适合于本项目，因此初步认为可选用射汽抽汽器或水环真空泵，以下对射汽抽汽器和水环真空泵做比选。射汽抽汽器较适应于本项目，电厂中即有合适的蒸汽汽源，又能克服夏季辅机冷却水的缸点，但射汽抽汽器初抽资较高，经过询价，一套射汽抽汽器系统的初投资约300万元，一套水环真空泵系统的初投资约100万元。若采用水环真空泵，因夏季的辅机冷却水温过高，在夏季时需为水环真空泵提供低温冷却水源。低温水源设备拟采用风冷单冷型螺杆式冷水机组，提供7/12℃的冷冻水。设计选用两台制冷量为200kW的冷水机组，单台提供的水量为34m3/h，满足真空泵冷却需求。综上分析本项目，射汽抽汽器初始投资费用高，系统较复杂，但运行费用较低，节约能源，全年适应性强。水环真空泵系统简单，结构紧凑，占地面积小，后期维修方便，初始投资小，但需配套冷水机组。综合比选，本项目推荐采用射汽抽汽器。
结语
目前，国内机组在进行真空泵改造或基建阶段选型时，已经从单纯追求真空泵安全性、极限真空和抽吸能力等指标，转为在兼顾以上指标的基础上降低真空泵能耗。火力发电厂在选择抽真空设备时，应根据项目特点，结合水环真空泵、射水抽汽器、射汽抽汽器、罗茨-水环真空泵等抽真空设备各自的特点，选取适合项目的抽真空设备。
参考文献
［1］刘凯，泰惠敏，吴曰舜．国产300MW汽轮机真空抽气系统技术改造［J］．华东电力，2004，32(11):49－52．
［2］吴河生，范朝光．300MW供热机组水环式真空泵系统技术改造［J］．江苏电机工程，2010，29(5):70－72，76．
［3］罗思球．水环真空泵机组在凝汽器抽真空的应用及介绍［J］．通用机械，2004(2):28－31．
论文作者:牛亮亮
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第7期
论文发表时间:2019/8/27
标签：真空论文; 真空泵论文; 凝汽器论文; 水环真空泵论文; 转子论文; 蒸汽论文; 机组论文; 《当代电力文化》2019年第7期论文;