闫志刚
（山西昱光发电有限公司 山西朔州 036900）
摘要：火电厂真空系统的作用是降低汽轮机的排气压力形成高度真空，以增大蒸汽在汽轮机内的理想焓降，增加蒸汽在汽轮机内的做功；真空系统内真空的建立正是源于真空泵，真空泵作用是用于电厂冷凝器的抽真空和真空的维持两个过程。抽真空阶段，在冷凝器内未引入蒸汽时的初始抽真空，抽出冷凝器内的空气和其它不凝结气体；真空维持阶段，在冷凝器运行中，真空泵继续工作以抽出凝汽器内漏入的空气等不凝结气体和蒸汽，维持凝汽器内的真空，确保汽轮机的高效率运行，改善电厂的热效率。
关键字：真空泵；冷凝器；真空
1.问题的提出及技术改造的必要性
火电厂一般每台机组均设计两台真空泵一用一备。例如某火电厂1#、2#机组每台机组设置2台佶缔纳士机械有限水环式机械真空泵（型号：2BW4-353），共4台。运行方式：两泵并联运行，系统为母管设置，机组启动时两台泵同时运行，正常运行时一台运行，一台备用。该真空泵投产后，运行可靠性较好，但仍存在以下问题:
1）厂用电消耗量高（160KW电机），单台真空泵电流208A。
2）由于凝汽器的排汽过冷度较低，进入真空泵系统中不凝结气体的含水量过大，真空泵液位过高，溢流管运行中一直处于溢流状态。水泵常期在高液位下运行，真空泵内水环运行中对叶轮的冲击力较大，常期运行可能导致叶片根部产生裂缝，严重时会发生叶片断裂停机，影响整个机组的安全运行。
3）进入真空泵的蒸汽水量大，蒸汽冷凝的热量较高在真空泵内堆积，真空泵内部工作液的温度升高，对不凝结体气的冷凝能力大大下降，使得真空泵的出力降低。影响真空泵维持凝汽器最低背压的能力，进而影响汽轮机组的运行效率。
4）水环真空泵存在汽蚀现象，现场噪音较高，大于85分贝。
表1 水环式真空泵参数
2.系统改造技术方案
针对现场存在的问题，从提高真空泵安全性和机组经济性整体考虑，提出以下改造方案：
2.1仅增设入口冷凝器
在抽真空母管上安装冷凝器。增设入口冷凝器后，可以解决大量水蒸汽进入真空泵的问题。冷凝水进入热井循环利用。缺点是进入真空泵的不凝气中大部分是水蒸汽。改造后理论上水蒸汽被冷凝后，不凝气的体积大幅度变小。后续真空泵的出力没有变小，会导致真空泵入口处变成极限真空状态。汽蚀现象会变的非常严重，伴随发现叶轮产生裂纹甚至断裂的安全事故。
2.2增设入口冷凝器，优化原真空泵的出力。
在现有凝汽器抽真空母管至真泵入口管道上增设前置冷却器。将进入真空泵的不凝结气体的温度降低，同时将不凝结气体中的大量水蒸汽冷凝下来，这样需要真空泵抽吸的不凝结气体体积大大减少。因为真空泵是容积式泵，入口的气体体积较少时，仅仅需要一台小功率的真空泵即可，将原来大功率真空泵更换为小功率真空泵。
本次改造分两步进行，第一步在抽真空管路上增设入口冷凝器，并设置冷凝器隔离阀和旁路阀，如果改造后经过实验确定原真空泵的出力过大，会导致真空泵入口处变成极限真空状态，存在严重汽蚀现象，叶轮存在产生裂纹甚至断裂的安全分险时，经旁路阀调整没有明显效果且进行第二步改造经济性有较大提升空间时，进行第二步改造。
改造后的收益：
1）凝结水可回收。不凝气的水蒸汽可冷凝下来进入凝汽器热井，循环利用，回收量约1.1～1.5t/h。
2）真空泵工作不会满水运行，大大降低了叶轮产生裂纹和断裂的分险。降低设备维护费用，增强了机组的安全性。
3）有效的维持机组真空，真空泵的出力不受凝汽器过冷度的变化而降低，可在一定程度上提高机组的运行背压。
4）真空泵的轴功率大大降低，技改后的真空泵的轴功率约45kW,原真空泵为102kW，节省55kW以上。 （完成第二步改造后）
3.节能分析计算
3.1凝结水节能计算
目前溢流水量约为1.1t/h（已除氧），机组年运行5000小时，每吨水13元计，每年可回收水量5500t，折合7.15万元。
3.2节煤计算
部分工况下可提高机组真空。凝汽器背压每降低1kpa,节约煤耗1.97克/KWH计算，年运行时间按照5000小时。按提高真空0.1kPa进行核算成本。
节煤：0.1kpa * 1.97克/KWH*300MW* 5000小时* 400元/吨/1000000=11.82万元。
3.3节省检修费用
降低泵叶轮断裂的风险，节省真空泵的维修费用，按照每三年5万核算。
3.4电耗节能计算（完成第二步改造后）：
更换小功率真空泵后，可节省厂用电55kW，按照5000h每年。年节约电量约为：27.5万度。按照电费0.4元计算。每台机组节约电费11万元。
4.系统改造供货清单
系统配置清单：
5.系统改造施工方案：
改造施工方安分两步进行：
1.设置冷凝器
冷凝器安装在抽真空母管上，凝结水设置U型管路连接到热井
2.安装真空泵机组
在原地基基础上、利用原有分离器及换热器，设置新的真空泵机组。
6.系统改造后的实际效果
采用佶缔纳士定制化真空优化系统后：
完成第一步改造后：
1.解决真空泵满水溢流及导致叶轮断裂的风险。
2.维持凝汽器最低背压，在一定工况下提高真空。
第二步改造全部完成后：
1.真空泵电流降低100A以上。
2.解决真空泵汽蚀导致叶轮断裂的风险。
3.噪音降低至85分贝以内。
4.维持凝汽器最低背压，在一定工况下提高真空。
7.结束语
通过改造，在保证机组真空的前提下，降低了真空泵叶轮断裂的风险，降低了机组安全生产的隐患，增加了机组的安全性。同时，通过节能计算一台300MW的机组真空系统优化后一年可节约费用约70万元，全厂两台机组全年可节约费用140万元。并且达到了降低厂用电率及除盐水用量，积极响应了国家“节能减排”的号召。
论文作者:闫志刚
论文发表刊物:《电力设备》2016年第8期
论文发表时间:2016/7/19
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