辽宁大唐国际葫芦岛热电有限责任公司 辽宁葫芦岛 125000
摘要：根据本工程的技术条件，拟定了主机真空泵配置方案，并对单级真空泵和双级真空进行了选型比较，结果表明：双级真空泵与单级真空泵初投资基本相同，但运行电耗可以节省20%以上。
关键词：汽轮机、给水泵汽轮机、凝汽器、双级真空泵、单级真空泵
1 项目概况
葫芦岛市位于渤海之滨，地处辽宁省西南端，北部及东部分别与朝阳市、锦州市接壤，西与秦皇岛市为邻，东南濒临渤海辽东湾，素有“关外第一市”的美称。东距省会城市沈阳315 km，西距首都北京市480 km。城市环境优美，历史文化底蕴深厚，交通便利。辽宁大唐国际葫芦岛热电厂（2x350MW）工程建设地点位于辽宁省葫芦岛市北港工业园区，厂址位置(行政区范围)隶属于辽宁省葫芦岛市龙港区。
2 问题的提出
凝汽器是汽轮机组的重要辅机，凝汽器的真空高低，直接影响火电厂经济运行。
按本工程汽轮机背压与热耗关系，凝汽器背压每升高0.1kPa，机组煤耗约增加0.25g/kWh。凝汽器内的空气等不凝结气体在凝汽器管束周围表面形成气膜，严重影响凝汽器的传热性能，导致真空降低。维持凝汽器真空的重要设施是设置合理的凝汽器抽真空系统。目前，300MW以上的机组均采用效率较高、运行稳定性好的水环式真空泵，而不采用射汽抽气器、射水抽气器等。
机组的容量、类型及背压的不同，真空泵的配置方案以及选型也不尽相同。本方案旨在根据本工程的技术条件，拟定合理的真空泵配置方案，选择合理的真空泵型式，达到即满足使用要求又节省厂用电的目的。
3 凝汽器抽真空系统
按照《大中型火力发电厂设计规范》GB/T50660-2011规定，300MW级及以下容量的机组宜配置2台水环式真空泵或其他型式的抽真空设备，每台抽真空设备的容量应满足凝汽器正常运行抽干空气量100%的需要。
本工程每台机组设置1x100%容量汽动给水泵，给水泵汽轮机排汽进入主机凝汽器。主机凝汽器为单背压，推荐采用的真空系统见图3.0-1。
图3.0-1 主机抽真空系统图
4 真空泵选型
真空泵选型要根据拟定的系统选择合适的真空泵型式和具体型号。目前，火力发电机厂主要应用水环式真空泵。水环式真空泵是靠泵腔容积的变化来实现吸气、压缩和排气的，因此它属于变容式真空泵。主要用两种型式：单级真空泵和双级真空泵。
4.1 真空泵型式
图4.1-1 水环式真空泵原理图
4.1.1单级真空泵
如图4.1-1为水环泵的工作原理示意图，水环泵是由叶轮、泵体、吸排气盘、水在泵体内壁形成的水环、吸气口、排气口、辅助排气阀等组成的。
在泵体中装有适量的水作为工作液。当叶轮按图中顺时针方向旋转时，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（实际上叶片在水环内有一定的插入深度）。此时叶轮轮毂与水环之间形成一个月牙形空间，而这一空间又被叶轮分成和叶片数目相等的若干个小腔。如果以叶轮的下部0°为起点，那么叶轮在旋转前180°时小腔的容积由小变大，且与端面上的吸气口相通，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。
单级真空泵的极限抽真空能力大约为3.3kPa，在机组背压较低的机组，配置单级真空本泵，需要在泵前串联大气喷射器，如图4.1-2所示。大气喷射器以大气作为工作气体，通过喷嘴产生高速，使喷嘴后的压力降到3~4kPa，将凝汽器及其系统中的气体抽出并与工作气体相结合，经扩散管后压力约为10~13kPa，提高真空泵的入口压力。加装大气喷射器，可以提高真空泵的极限真空。
4.2 真空泵选型
真空泵选择的基础数据主要包括凝汽器的抽干空气量，真空泵的设计抽气压力，真空泵入口处的抽气温度。这些数据都可以根据HEI《表面式凝汽器标准》(以下简称HEI标准)计算获得。
4.2.1 主机真空泵选型
4.2.1.1 抽干空气量
1) 根据热平衡图，主汽轮机凝汽器排汽量为611t//h，给水泵汽轮机的排汽量为63t/h；
2) 凝汽器主排汽口数是1，给水泵汽轮机排汽口数是1；
3) 排入凝汽器的有效蒸汽流量：611t/h+63t/h=674t/h；
4) 根据凝汽器的排汽口数与有效蒸汽流量674t/h查HEI标准表9，得知凝汽器的抽干气量~52kg/h。
4.2.1.2 真空泵的设计抽气压力
根据HEI标准，真空泵的设计抽气压力为3.4kPa(a)或凝汽器设计压力，取二者中的较小值，也应结合汽轮机阻塞背压、凝汽器和抽真空设备的可能运行的压力范围来综合考虑。本工程汽轮机厂提供的阻塞背压约3.2kPa，在阻塞背压下汽轮机出力达到最大，低于阻塞背压蒸汽在叶片上做负功，会加剧汽轮机的振动，不推荐机组在3.2kPa以下带额定负荷运行。综合考虑，真空泵的设计抽气压力按3.4kPa比较合适。
4.2.1.3 真空泵的设计抽气温度
根据HEI标准，真空泵的设计抽气温度等于真空泵设计抽气压力对应的饱和蒸汽温度与设计抽气过冷度之差值。设计抽气过冷度等于0.25ITD与4.16℃之大者。对于大容量湿冷机组，凝汽器的ITD值不超过16.64℃，其设计抽气过冷度等于4.16℃。根据真空泵的设计抽气压力，可以计算得到设计抽气温度为21.02℃。
综上所述，主机真空泵选型参数见表4.2-1。
经核算，表4.2-2中的单级真空泵和双级真空泵，在2台真空泵全部投入的情况下，抽至33.86kPa的时间均小于30min。
由表4.2-2可知，两台泵的轴功率均在86kW左右。但据调研，单级真空泵在背压低于5.1kPa时，为了避免真空泵汽蚀，要投入大气喷射器。大气喷射器投入后，真空泵入口压力大约维持在10kPa，避免了真空泵汽蚀，增加了泵的抽吸能力，但同时也增加了泵的轴功率。通过查泵样本可知，大气喷射器投运后，2BW5353-OEL4的轴功率约106kW，耗电增加约26%。
4.3 经济性比较
从表4.2-2可知，无论选择双级真空泵还是单级真空泵，其设备的初投资大体相当，但在运行的电耗方面，双级真空泵比单级真空泵节省约26%。
5 结论
针对本工程的技术条件，无论选择双级真空泵还是单级真空泵，其设备的初投资基本一致，但在运行电耗方面，双级真空泵比单级真空泵节省20%以上。因此本工程采用双级真空泵经济型更好些。
参考文献：
【1】韩中和《火电厂汽机设备及运行》 中国电力出版社.2002
【2】王加璇、姚文达《电厂热力设备及运行》中国电力出版.2004
【3】罗思球《水环真空泵机组在凝汽器抽真空的介绍和应用》技术与应用.2004
论文作者:郑海
论文发表刊物:《基层建设》2017年第36期
论文发表时间:2018/4/4
标签：真空泵论文; 凝汽器论文; 汽轮机论文; 叶轮论文; 真空论文; 机组论文; 喷射器论文; 《基层建设》2017年第36期论文;