(徐州华润电力有限公司)
摘要：汽轮机设备在启动和运行过程中，都需要将凝汽器和汽水管路中的不凝结气体及时抽出，以维持凝汽器的真空，改善传热效果，提高汽轮机设备的热经济性。机组抽真空系统在机组正常运行时抽吸不凝结气体流量远小于凝汽器建立真空阶段抽吸空气流量，因此机组在正常运行期间可以使用小功率真空泵替代大功率真空泵维持机组真空来实现节能降耗的目的。
关键字：凝汽器 真空 热经济性 节能降耗
1、机组概况
徐州铜山华润电厂百万机组为上海汽轮机制造的N1000-26.25/600/600（TC4F）型超超临界、一次中间再热、单轴、四缸四排气抽汽凝汽式汽轮机。该机组抽真空系统共配置三台50%容量的型号为AT3004E水环式真空泵，每台真空泵分别抽吸高、低压侧凝汽器。真空泵运行时，能满足汽轮机在各种负荷工况下，抽出凝汽器内的空气及不凝结气体的需要。机组启动时，三台真空泵并列运行，能够快速建立真空达到机组启动要求。机组正常运行时两组运行一组备用，备用真空泵通过抽真空联络管电动门对运行真空泵进行备用。真空泵正常运行时电流约160A。
2、改造的原因
目前我厂采用的是水环式机械真空泵，在设计选型时，主要考虑快速启机的响应速度和最大的允许漏气量作为选型原则，但在机组正常运行时，维持系统真空有较大余量，把建立真空的真空泵用作维持真空的真空泵显然是浪费能耗的。因此，增设真空维持系统，从提高机组经济性、降低厂用电率、增加经济收入等方面出发，对原有的真空系统进行技术改造是很有必要的。
3、改造的可行性
我厂原运行的水环式机械真空泵除了具有工作稳定、系统故障率少、维修方便等优点外水环式机械真空泵启动性能好，在低真空时抽气能力很大，机组启动时可快速建立所需真空。但因为受到其结构上的限制，其效率低，一般只能达到30%。若对原真空系统进行改造，增设罗茨-水环真空泵，利用罗茨真空泵启动快、耗功少、抽速大、效率高的特点来达到节能的目的。同时该罗茨真空泵与前级水环泵串联组成罗茨泵组，节能效果显著，在其他电厂都有很多成功案列，借鉴度高。在机组正常运行时罗茨-水环真空泵不仅能节能降耗，又能保证机组真空系统的安全稳定运行。
4、系统改造内容
根据铜山华润1000MW机组实际情况，本次改造是在不改变原抽真空系统的设备及功能前提下，分别在原高、低压侧凝汽器抽真空母管上并联安装一台罗茨-水环真空泵组，确保真空系统安全可靠经济运行。
4.1、罗茨真空泵工作原理
工作原理图
工作原理：罗茨真空泵是一种无内压缩的真空泵，通常压缩比很低，故真空泵需要前级泵。靠泵腔内一对叶形转子同步、反向旋转的推压作用来移动气体而实现抽气的真空泵。罗茨真空泵具有一对同步高速旋转的鞋底形转子的机械真空泵，此泵不可以单独抽气，前级需配水环泵等可直排大气。
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。由于吸气后转子与泵壳之间的空间是全封闭状态，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，转子与泵壳之间的空间与排气侧相通时，由于排气侧气体压强较高，则一部分气体返冲到转子与泵壳之间的空间中去，使气体压强突然增高。当转子继续转动时，气体排出泵外。
4.2、系统改造内容
本次改造是在原抽真空母管上并联安装一台罗茨-水环真空泵组，机组启动时，按原来运行方式将原有抽真空设备投入运行。快速建立真空。在机组正常运行时，真空稳定情况下，罗茨-水环真空泵组投入运行，原抽真空设备切除并投入备用。此时蒸汽和不凝结气体进入罗茨真空泵，加压后经换热器冷凝进入下级水环真空泵，由于提高了水环真空泵的入口压力，可以保证水环真空泵高效稳定运行。
当机组真空系统发生严重泄漏，罗茨-水环真空泵组不能维持凝汽器真空时将原有抽真空设备投入运行能满足真空要求。当罗茨-水环真空泵组在检修或设备故障时，原有抽真空设备投入运行，确保真空要求。目前原三台机械真空泵为两运一备方式，改造后机组正常运行时主要以罗茨-水环真空泵组维持真空，实现两运三备。设备之间有可靠的联锁控制系统。改造后机组的真空系统耗电量明显降低同时安全可靠性大幅提高。我厂DCS真空系统（见图）：
DCS真空系统
5、改造后具体方案
5.1、抽气管道安装，高效罗茨-水环真空泵组安装就位后，从水环式真空泵入口抽气管道接出一路管道接入罗茨泵出口，接入罗茨泵前串接速关气动阀和一只手动阀。
5.2、高效罗茨-水环真空泵组工作水来自原水环式真空泵补水，从水环式真空泵补水门前接出一路管道，接入自动补水阀进入分离罐，接入补水阀前安装补水手动阀。
5.3、工作水冷却器冷却水管道安装，由开式水管道至水环真空泵冷却器水管道接出一路管道至罗茨-水环真空泵组冷却器进水，由冷却器回水母管接出一路管道作为冷却器出水，两路管路均用手动门作为隔离。
5.4、汽水分离罐排气管道安装，高效罗茨-水环真空泵组汽水分离器罐排气由管道直接排至大气。具体安装示意图如下：
高效真空泵安装示意图
6、具体联锁控制系统如下
6.1、罗茨真空泵机组逻辑
6.1.1、罗茨真空泵机组入口蝶阀：自动打开条件为“罗茨泵运行”与罗茨真空泵机组入口蝶阀后“真空值等于或高于-95kpa”延时30s。自动关条件为“水环泵停止”或“罗茨泵停止”任一条件来。
6.1.2、罗茨泵：启动允许条件为“水环泵运行”。自动启动条件为“水环泵运行”与入口蝶阀后“真空值高于或等于-90kpa”。自动停止条件为“罗茨泵电机故障”或“水环泵停止”或入口蝶阀后“真空值低于-90kpa”或“罗茨真空泵机组入口蝶阀关信号与水环泵停止”任一条件来。
6.1.3、水环泵：启动允许条件为“汽水分离器液位在80mm-200mm之间”。停止允许条件为“罗茨真空泵机组入口蝶阀关信号”与“罗茨泵停止”。自动停止条件为“水环泵电机故障”。
6.1.4、高液位：230mm，正常液位：130mm，低液位：40mm，补水电磁阀开启：低液位，补水电磁阀关闭：正常液位，高液位与低液位报警。
6.2、与原机械真空泵联锁逻辑
罗茨泵停止后且与原水环式真空泵联锁按钮投入，自动联启机械真空泵。
7、改造后的效果
运行参数对比效果
（#5A/#5B/#5C:原水环式真空泵，#51、#52：罗茨-水环真空泵组）
由以上实测数据表明，在机组负荷近似相同的情况下，改造后抽真空系统与原抽真空系统相比，均能满足维持凝汽器真空的要求，且改造后抽真空系统能耗水平仅是原有抽真空系统能耗水平的34.6%，即节电率达到近65.4%，每小时折合节约电量1.732×380×106×0.85除以1000约等于59kwh即每小时节约59度电，按年平均运行6000小时计算每年节约电量35.4万度。
8、结论
徐州铜山华润百万机组抽真空系统技术改造后，系统能耗大幅降低，节电率达到近65.4%，大大减少了原水环真空泵的运行时间，降低了设备维护成本，提高了机组真空运行的可靠性和经济性，达到节能降耗的目的。
参考文献：
[1] 火力发电厂节能手册 李青 潘焰平 宋淑娜 编著。
[2] 徐州华润电力有限公司.2×1000MW运行规程汽机部分。
[3] 《汽轮机设备与系统》，徐州华润电力有限公司，上海交通大学。
[4] 《罗茨真空泵使用说明手册》，淄博景曜真空设备有限公司。
作者简介：
蔡军 徐州华润发电有限公司 发电部 三期集控副值
论文作者:蔡军
论文发表刊物:《电力设备》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/13
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