摘要：300MW火力发电机组的凝汽器真空是影响机组效率的重要参数，目前国内300MW火力发电机组普遍采用水环式真空泵来配合凝汽器维持机组较良好的真空状态。但是真空泵在工作过程中需要给其提供温度较低的冷却水来达到良好的工作状态，如果冷却水温度较高将严重影响真空泵的工作效率，从而影响机组真空。现在就以大唐哈尔滨第一热电厂为例，来探讨一下火力发电厂真空泵冷却水加装制冷装 置的应用。
关键词：真空泵；密封水；制冷机
一、凝汽器真空及真空泵的工作原理和重要性
1.1、为何要制造真空及如何维持真空
火力发电机组采用蒸汽驱动汽轮机工作，在蒸汽做工过程中，要想提效率，则提高焓降，即提高新蒸汽的初焓，降低排汽焓。当锅炉达到满负荷出力时，再想提高初焓不太容易实现。最合理可行的办法就是降低排汽焓值，要想降低排汽焓值，就得降低排汽压力。一般来说，排汽压力每降低2kpa，循环热效率就可提高约3.5%。所以降低排汽压力对于提高汽轮机组循环热效率是非常重要的。凝汽器通过冷却水营造一个密封的、温度较低的环境，汽轮机的排汽进入凝汽器后，将受到冷却凝结成水，体积突然缩小，而形成真空。同时再用真空泵将漏入空气不断抽出，保持真空。
1.2、水环真空泵的工作原理
水环真空泵在泵体中装有适量的水作为工作液。当叶轮顺时针旋转时，水被叶轮抛向四周，由于离心力的作用，水形成了一个决定于泵腔形状的近似于等厚度的封闭圆环。水环的下部分内表面恰好与叶轮轮毂相切，水环的上部内表面刚好与叶片顶端接触。此时叶轮轮毂与水环之间形成一个月牙形的空间，而这一空间又被叶轮分成叶片数目相等的若干个小腔。如果以叶轮的下部0度为起点，那么叶轮在旋转前180度时小腔的容积由小变大，且与锥轮上的吸气口相通，此时气体被吸入，当吸气终了时小腔则与吸气口隔绝；当叶轮继续旋转时，小腔由大变小，使气体被压缩，当小腔与排气口相通时，气体便被排出泵外。如此往复便可不断的排除气体制造真空。水环泵在排气时，工作液也不可避免地要和气体一起被排出一部分，因此水环泵的工作液必须连续不断地加以补充，以保持稳定的水环厚度。而且在水环泵中，水环除起抽吸和压缩气体的“活塞”作用外，还起密封工作腔和冷却气体等作用。
1.3、工作液温度对水环真空泵工作性能的影响
由于水环真空泵的工作液直接接触抽气口进入的气体，随着工作时间的延长，由于做功和水蒸气释放气化潜热会造成工作液温度不断升高，而工作液温度会造成真空泵抽气能力下降，凝汽器真空变差，影响机组经济性，同时还会引起真空泵气蚀，影响安全运行。
当工作液温度升高后，对应的饱和压力不断升高，比如30℃的汽化压力为4.241kpa，40℃的汽化压力为7.35kpa，当水环真空泵抽吸压力小于或等于工作液温对应的饱和压力时，将是部分工作液汽化，真空泵因抽吸自身工质汽化产生的气体挤占真空泵抽气量造成真空泵出力严重不足，不凝性气体将造成传热恶化，并在凝汽器内积聚破环凝汽器真空，水蒸气中质量含量占1%的空气能使表面传热系数降低60%，从而降低机组的经济性。
同时，真空泵在运转中，若局部区域工作液的绝对压力降低到当时温度下的工作液气化压力时，工作液便在该处开始气化，产生大量蒸汽形成气泡，当含有大量气泡的液体向前经叶轮内的高压区是，气泡周围的高压液体致使气泡急剧地缩小以致破裂。在真空泵中产生气泡和气泡破裂使过流部件遭受到破环，金属表面出现气蚀点，严重的会出现蜂窝状损坏。
二、水环真空泵实际运行中遇到的问题
2.1、以大唐哈一热电厂为例简介水环真空泵实际运行中遇到的问题
目前国内火电机组真空泵的冷却方式大多采用开式循环水冷却。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆以大唐哈尔滨第一热电厂为例，哈一热电厂水环真空泵工作液设计温度为15℃，实际运行过程中均高于这一温度，该厂采用开式循环水冷却，开式循环水温度受外界环境气温影响，特备是夏天随着工业水温度升高，真空泵工作液温度将高于设计值。根据跟踪监测，在6-9月份多数时间里，真空泵密封水温与其入口绝对压力一般可达到比密封水温度低3-5℃水温所对应的绝对压力值。所以部分地区的火力发电厂仅仅靠开式循环水无法满足水环真空泵的冷却需要。
当水环真空泵工作液无法得到良好的冷却，上述一系列问题随即产生。并且真空泵出力不足影响凝汽器真空也对机组经济性造成了一定的影响，根据测算，哈一热电厂由于真空泵出力不足影响真空0.5kpa，影响机组煤耗月1克/千瓦时。
2.2、为改善水环真空泵运行状态所采取过的措施
大唐哈尔滨第一热电厂由于水环真空泵冷却水温度不够低，导致水环真空泵出力下降，影响机组真空，为了降低水环真空泵的冷却水温度，哈一热电厂决定将真空泵冷却水由循环水改为工业水，由于循环水所带用户较多，所以汽机范围内工作的循环水温度较工业水温度稍高一些。但改造完成后状态并不乐观，温度较低的工业水也无法将真空泵的冷却水降低到设计温度15℃。真空泵处理仍然不达标。经过调查研究后，哈一热电厂决定采用加装制冷机的方式来降低真空泵冷却水温度。
三、水环真空泵加装制冷装置
3.1、大唐哈一热电厂真空泵加装制冷装置改造简述
经过调研及可行性研究后，哈一热电厂最终选用型号为CUWD50B5Y的真空泵制冷机，该制冷机制冷能力（50Hz/380V）：在冷冻水入/出口温度：12℃/7℃；冷却水入/出口温度：30℃/35℃条件下：USRT：46.9；165KW；141900Kcal/h。将原有真空泵密封水直接接入冷水机组，经制冷后送入真空泵；并将真空泵密封水流量引入该装置的保护控制部分，该装置可根据真空密封水来水温度对出水温度（即真空泵密封水入口）进行制冷降温调节。经过改造后，真空泵密封水冷却系统仍然保留原有的板式换热器，在冬季循环水温度较低的情况下，仍然可以采用板式冷却器冷却，在夏季循环水温度较高的情况下，制冷机可以切入冷却系统内运行。
3.2、大唐哈一热电厂真空泵冷却水加装制冷装置前后对比
对比试验工况的数据，真空泵在采用冷却装置时比切除冷却装置时机组真空值好，凝汽器的真空提高0.92kPa。
试验过程中，两种试验工况1、工况2：平均负荷分别为242.5MW、241.8MW，循环水温度分别为32.35℃、33.45℃，湿球温度变化1℃等边界条件影响，修正后：此负荷工况下采用冷却装置时比切除冷却装置时机组真空值提高约为：0.3kPa。
由于环境温度影响，机组负荷受机组真空影响较大，不能带到额定负荷，同时受循环水温变化等边界条件的影响，对试验结果也有一定的变数。建议在外界条件允许情况下，在接近额定负荷情况下重新开展此项对比试验。
依据节能工作手册得到：1KPA真空对供电煤耗的影响值为3.099 g/KWH计算，投入冷却装置时比切除冷却装置时机组真空值提高约为：0.3kPa，可降低机组煤耗约在0.9297克/千瓦时，基本达到可研时的预期效果。
四、结论
经过对比实验可以看出，水环真空泵冷却水加装制冷装置的改造是成功的，该改造项目投资小，投资回报相对较高，投资回收年限较短。并且该改造项目可以在不影响机组运行的过程中进行施工，当机组停运的时候只需简单的连接管道即可完成改造项目。施工简单，耗时短，对机组运行不造成影响，真空泵冷却水温度较高的机组建议加装制冷机进行冷却。
作者简介：
王曦明，男，生于1988年06月12日。目前就职于大唐黑龙江发电有限公司哈尔滨第一热电厂设备管理部，设备部汽机点检长。助理工程师职称，目前从事汽轮机辅机点检定修工作。
论文作者:王曦明
论文发表刊物:《基层建设》2016年9月下27期
论文发表时间:2016/12/8
标签：真空泵论文; 机组论文; 真空论文; 冷却水论文; 热电厂论文; 凝汽器论文; 温度论文; 《基层建设》2016年9月下27期论文;