加装大气喷射器的水环式真空泵工作特性分析
陈晓东
(神华国华宁海发电有限责任公司,浙江宁波315800)
摘 要 凝汽器水环式真空泵在低负荷运行阶段和密封水温度升高的情况下会出现极限抽吸能力不足的问题,影响了机组真空的改善。通过对真空泵工作原理及工作特性的研究分析,提出了在凝汽器水环式真空泵入口加装大气喷射器的改造方案。
关键词 水环式真空泵 大气喷射器 工作特性
1 前言
国华宁海电厂一期4×600ＭＷ机组的真空系统均配置三台纳西姆工业(中国)有限公司制造的双吸双排液环式真空泵,该真空泵的特点是抽吸能力强,运行可靠性高,在真空为零,进口手动阀全开的情况下启动,电机不会过载,最大工作电流约为280Ａ。机组正常运行时,两台运行,一台备用,两台泵并列运行的极限抽吸背压为3.3ｋＰａ(对应冷却水温15℃)。为了改善低负荷运行状态下的机组真空及真空泵的运行工况,达到节能减排的目的,在3号机3Ａ真空泵入口加装大气喷射器进行可行性试验,并就试验结果进行分析比较,为此技术的应用提供了可靠的技术依据。
2 影响极限抽吸压力的因素
水环式真空泵转轮是偏心安装的,泵运行时,离心力将壳体内的水压向壳体的内表面并随着叶轮的旋转形成偏心圆的水环,叶片及两端的侧板形成密闭的空腔,当密封的空腔容积逐渐扩大时,形成高度真空,将凝汽器内的气体吸入,在密封容积逐渐缩小时,气体压力升高,然后从排气孔排出,叶轮每转一圈就重复一次由扩容到收缩的过程。与射水抽气器等抽空气设备相比,水环式真空泵在较低的真空下具有较高效率地抽送大量气体的能力,这是它的突出优点,但是在机组低负荷运行状态和真空泵密封水温度升高的情况下会对其极限抽吸压力的限制产生直接影响。
没有加装大气喷射器的真空泵由于受到“极限抽吸压力”的影响,导致真空泵可能会产生叶片断裂事故,这种事故大多发生在冬季低负荷工况下,由于循环水温度较低,使得真空泵在超过“极限抽吸压力”状态下运行,在吸入区的极限真空环境下,局部汽化后的水随着叶轮旋转,压力升高而气泡破裂,在叶轮表面发生局部的水锤作用,运行噪声很大且会使叶片产生很大的拉应力,最终长时间运行会导致叶片的断裂。
当真空泵内的密封水温度能始终低于凝汽器排气温度时,真空泵的“极限抽吸压力”不会对凝汽器压力的下降形成制约,但是在机组低负荷运行阶段很容易出现真空泵的“极限抽吸压力”高于凝汽器压力的情况,如果真空泵密封水温度升高很容易就会对凝汽器的真空产生制约,通过往真空泵汽水分离罐中不断补充温度较低的补充水后,降低了泵内密封水温度,在同样的额定负荷条件下,可使凝汽器压力降低约1ｋＰａ。真空泵入口压力随密封水温度变化的曲线见图1。从两条曲线变化情况可以看出,真空泵投运大气喷射器后的抽吸压力可以比不投运大气喷射器的抽吸压力低约4ｋＰａ。即使出现真空泵内的密封水温度高于汽轮机低压缸排汽温度的情况,也不会形成因真空泵极限抽吸压力过高而对凝汽器真空改善造成制约的情况
。
图1 真空泵抽吸压力随密封水温度变化曲线
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热电技术 2009年第4期(总第104期)
3 加装大气喷射器的优点及应用
3.1 优点
ａ. 加装大气喷射器作为前置抽气器,可以提
高真空泵组的抽吸真空度,防止因真空泵密封水温度升高而制约低负荷运行阶段凝汽器真空改善情况的发生。
ｂ. 加装了大气喷射器之后,水环式真空泵内的抽吸压力大大提高了,可以减轻因泵内气蚀而造成叶片的损坏,降低真空泵的运行噪声,有助于延长真空泵的使用寿命。
ｃ. 在真空系统漏空气量不大的情况下,单台真空泵对凝汽器内积聚空气的抽吸效果能与两台未经改造的真空泵相当,可节省出一台真空泵的用电量
。
图2 加装了大气喷射器的水环式真空泵
3.2 控制逻辑
在ＯＭ上有一个模块(ＡＩＲＥＪＥＣＴＯＲＩＮＬＥＴＶＬＶ),将该模块投入后,图2中的气动门3会开启
同时气动门2会关闭,然后可以启动真空泵,这样带前置大气喷射器的真空泵便投入了。真空泵的组态控制逻辑见图3。
3.3 工作原理
在大气喷射器投入且真空泵运行后,由于3号门开启,其连接管道与汽水分离器的顶部的大气相连,由于泵的入口处为负压,有一部分空气便通过3号门进入到大气喷射器内与从凝汽器抽来的气体相混合,通过缩放喷嘴加速形成高速气流,从吸气管进入到真空泵内,从而可以达到提高其“极限抽吸压力”,改善凝汽器压力并减轻了真空泵的汽蚀的可能性,达到稳定运行的目的
。
图3 真空泵的组态控制逻辑图
4 在不同负荷工况下试验的数据比较
4.1 机组负荷600ＭＷ时真空泵3Ｂ、3Ｃ运行
两台真空泵电流都在212Ａ左右。凝汽器Ａ、Ｂ压力分别为8.46ｋＰａ和8.52ｋＰａ,试验步骤是开启3Ａ真空泵;投入大气喷射器;停运3Ｂ真空泵停运3Ｃ真空泵;停运大气喷射器。
ａ. 开启3Ａ真空泵,不投入大气喷射器,真空泵3Ａ电流为231Ａ。三台真空泵运行,凝汽器Ａ、Ｂ压力分别为8.36ｋＰａ和8.45ｋＰａ;与初始状态相比,凝汽器压力降低0.09ｋＰａ。
ｂ. 投运3Ａ真空泵的大气喷射器运行,真空泵3Ａ电流从231Ａ增至257Ａ。此时凝汽器Ａ、Ｂ压力分别为8.33ｋＰａ和8.41ｋＰａ。与初始状态相比,凝汽器压力降低0.12ｋＰａ。ｃ. 停运3Ｂ真空泵,保持3Ａ、3Ｃ两台真空泵运行,3Ａ真空泵投入大气喷射器。凝汽器Ａ、Ｂ压力分别为8.39ｋＰａ和8.46ｋＰａ。与初始状态相比,凝汽器压力可以降低0.07ｋＰａ。
ｄ. 停运3Ｃ真空泵,仅保持3Ａ真空泵投运大气喷射器的状态下运行,测得凝汽器Ａ、Ｂ压力分别为8.52ｋＰａ和8.57ｋＰａ。与初始状态相比,凝汽器压
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力升高了0.06ｋＰａ。最后停运真空泵3Ａ的大气喷射器,真空泵电流从257Ａ下降至233Ａ,凝汽器Ａ、Ｂ压力为8.50ｋＰａ和8.55ｋＰａ,即基本保持不变。
从试验结果可知,机组600ＭＷ负荷时,与原先两台真空泵投运的情况相比,投运3Ａ真空泵的大气喷射器对凝汽器压力的降低幅度为0.07ｋＰａ。即使少投运一台真空泵,也不会引起凝汽器压力大的变化。3台真空泵同时投入运行时,凝汽器压力降低幅度也仅为0.12ｋＰａ。
4.2 机组负荷450ＭＷ时真空泵3Ａ、3Ｂ运行
两台真空泵电流分别为228Ａ和211Ａ。凝汽器Ａ、Ｂ侧压力分别为7.67ｋＰａ和7.70ｋＰａ.此试验步骤为投运大气喷射器;停运3Ｂ真空泵;停运大气喷射器;3Ａ切至3Ｂ运行;3台真空泵运行且投入大气喷射器。
ａ. 投运3Ａ真空泵的大气喷射器运行,真空泵3Ａ电流从228Ａ增至250Ａ。此时凝汽器Ａ、Ｂ压力分别为7.58ｋＰａ和7.61ｋＰａ。与初始状态相比,凝汽器压力可以降低0.09ｋＰａ。
ｂ. 停运3Ｂ真空泵,仅保持3Ａ真空泵投运大气喷射器的状态下抽吸,测得凝汽器Ａ、Ｂ压力分别为7.74ｋＰａ和7.77ｋＰａ。与初始状态相比,凝汽器压力升高了0.07ｋＰａ。
ｃ. 停运3Ａ真空泵的大气喷射器,真空泵3Ａ电流从252Ａ降至231Ａ。此时凝汽器Ａ、Ｂ压力分别为8.03ｋＰａ和8.08ｋＰａ。与初始状态相比,凝汽器压力升高了0.38ｋＰａ。
ｄ. 将真空泵从3Ａ切换至3Ｂ单泵运行,真空泵3Ｂ电流为214Ａ。此时凝汽器Ａ、Ｂ压力分别为7.87ｋＰａ和7.91ｋＰａ。与初始状态相比,凝汽器压力升高了0.21ｋＰａ。
ｅ. 最后,将三台真空泵都投运,并投入真空泵3Ａ的大气喷射器,凝汽器Ａ、Ｂ压力分别为7.53ｋＰａ和7. 58ｋＰａ。与初始状态相比,凝汽器压力降低了0.13ｋＰａ。
从试验结果可知,机组450ＭＷ负荷运行时,与原先两台真空泵投运的情况相比,将3Ａ真空泵的大气喷射器投运,对凝汽器压力的降低幅度不大,仅为0.09ｋＰａ。而少投运一台真空泵,仅让带大气喷射器的真空泵3Ａ单独运行,则凝汽器压力还不会有大的变化,若是停运了大气喷射器,则凝汽器压力会大幅度升高0.38ｋＰａ。另外,在投运三台真空泵运行的情况下,凝汽器压力降低数值约为0.13ｋＰａ,变化幅度也很小。
4.3 机组负荷300ＭＷ时真空泵3Ａ、3Ｂ运行
两台真空泵电流分别为228Ａ和212Ａ。记录凝汽器Ａ、Ｂ压力分别为7.09ｋＰａ和7.10ｋＰａ,试验步骤同上.
ａ. 投运3Ａ真空泵的大气喷射器运行,真空泵3Ａ电流从228Ａ增至251Ａ。凝汽器Ａ、Ｂ压力分别为6.81ｋＰａ和6.82ｋＰａ。与初始状态相比,凝汽器压力可以降低0.28ｋＰａ。
ｂ. 停运3Ｂ真空泵,3Ａ真空泵投运大气喷射器运行,测得凝汽器Ａ、Ｂ压力分别为7.09ｋＰａ和7. 09ｋＰａ。该凝汽器压力数值与初始状态一致。
ｃ. 停运3Ａ真空泵的大气喷射器,真空泵3Ａ电流从252Ａ降至231Ａ。此时凝汽器Ａ、Ｂ压力分别为7.73ｋＰａ和7.84ｋＰａ。与初始状态相比,凝汽器平均压力升高了0.69ｋＰａ。
ｄ. 将真空泵从3Ａ切换至3Ｂ单泵运行,真空泵3Ｂ电流为215Ａ。此时凝汽器Ａ、Ｂ压力分别为7.63ｋＰａ和7.66ｋＰａ。与初始状态相比,凝汽器压力升高了0.56ｋＰａ。
ｅ. 最后,将三台真空泵都投运,并投入真空泵3Ａ的大气喷射器,凝汽器Ａ、Ｂ压力分别为6.69ｋＰａ和6. 71ｋＰａ。与初始状态相比,凝汽器压力降低了0.40ｋＰａ。
从试验结果可知,机组300ＭＷ负荷运行时,与原先两台真空泵投运的情况相比,将3Ａ真空泵的大气喷射器投运,可以使凝汽器压力降低0.28ｋＰａ。而少投运一台真空泵,仅让带大气喷射器的真空泵3Ａ单独抽吸,则凝汽器压力还不会有大的变化,若是停运了大气喷射器,则凝汽器压力会大幅度升高0.69ｋＰａ。另外,若是将三台真空泵一起投运,则凝汽器压力降低幅度可达到0.4ｋＰａ,具有较明显的改善效果。
5 结束语
从600ＭＷ、450ＭＷ、300ＭＷ这三个负荷工况投运真空泵3Ａ大气喷射器的测试数据来看,在600ＭＷ、450ＭＷ负荷工况时投运大气喷射器对凝汽器真空改善的效果不大;而在300ＭＷ负荷工况投运大气喷射器则可以使凝汽器压力降低0.28ｋＰａ,折合机组煤耗率降1ｇ/ｋＷ·ｈ。从不同负荷工况真空泵切换运行方式的试验结果看出,在高负荷阶段凝汽器压力受真空泵抽吸的影响较小,而在450ＭＷ负荷以下,真空泵投运台数以及大气喷射器是否投运却都会对凝汽器压力产生重大的影响。
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热电技术 2009年第4期(总第104期)