660MW真空系统优化改造方案摘要:基于火电机组安全和经济运行的特点和要求,某电厂对汽轮发电机组真空系统进行优化节能改造,改造方案主要是在原有真空系统上加装一套三级蒸汽喷射系统,主要目的是解决运行机组在夏季或者高负荷工况下凝汽器真空偏低和水环式真空泵叶轮汽蚀的问题,加装蒸汽喷射系统后一方面提高了机组经济性,另一方面有效降低水环式真空泵的维护费用｡经过真空系统优化改造方案后,运行实践证明,在机组节能和安全性效果方面表现显著,可供国内同类型机组参考和借鉴｡关键词:真空系统;真空泵;蒸汽喷射燃煤发电厂机组真空泵系统的功能是抽取凝汽器内的不凝结气体,如空气和不凝蒸汽,以确保凝汽器的换热效果,避免凝汽器真空低影响机组的经济性,以确保电厂安全､高效运行｡目前,水环式真空泵广泛应用于热力发电厂,但在实际运行中会受到冷却水温度的影响,水环式真空泵系统的抽吸能力也受此因素的影响,以至于凝汽器真空降低;另一方面,由于运行时真空泵吸入能力有限;真空泵叶轮表面局部水蚀加剧,泵体噪声增大,长期运行存在叶片断裂的安全隐患,再者,水环式真空泵运行时抽取的不凝结气体中含有较多的水蒸气和空气,很容易造成真空泵出口处汽水分离器液位过高｡综合上述情况,优化真空泵系统十分有必要性。
有研究表明:660MW火电机组循环水温度每上升5℃,真空度约下降1%,汽耗率增加1.5%~2.5%｡该电厂夏季循环水进/出口温度为32.8/42.2℃,凝汽器冷凝效果较差真空度明显下降;其次,真空系统中水环式真空泵密封水还存在溢流较大,经综合分析,原有真空系统对机组的经济性影响较大,为了提高机组经济性,该电厂通过对同类型机组真空系统改造方案进行考察和调研,最后比较下述三种改造方案:真空泵冷却器加装制冷装置;加装大气喷射器;加装蒸汽喷射系统,然后再结合该电厂原真空系统的实际运行情况,确定了在原真空系统基础上加装蒸汽喷射装置的最佳方案,并拟定改造计划｡1设备现状该电厂装机容量2×660MW,汽轮机为超临界､中间再热､三气缸､低压缸四排汽､凝汽式汽轮机,由东方汽轮机厂有限公司设计制造,其型号为N660-24.2/566/566｡凝汽器为双壳体､双背压､双进双出､单流程､横向布置表面式凝汽器,凝汽器由上海电气集团股份有限公司设计制造,其型号为N-41000型,其设计背压为5kPa(a)｡真空系统配置为:每台机组真空泵配备三台50%容量型号为2BW5353-0水环式真空泵,机组正常运行时,两台运行,一台备用｡确保两台真空泵的运行能满足汽轮机在不同负荷条件下抽出凝汽器A､B两侧内空气和不凝性气体的需要,并保证凝汽器的热交换｡机组启动或者真空系统泄露时,为加快抽真空速度,3台真空泵可同时运行｡水环式真空泵冷却水设计为低压水,真空泵分离器的补给水源包括除盐水和冷凝水,按照设计和运行要求凝结水源用于机组正常运行时水环式真空泵冷却水的补给水｡2蒸汽喷射真空系统原理喷射真空泵的内部构件主要有拉瓦尔喷嘴和扩压器组成,单级蒸汽喷射泵的结构如图1所示,其它各级的结构形式与此基本相同｡其工作过程可分为三个阶段:绝热膨胀阶段､混合阶段､压缩阶段｡在绝热膨胀阶段,工作蒸汽通过缩放喷嘴后,压力能转化为速度能,以极高的速度进入扩压器,同时工作蒸汽的压力在喷嘴出口处下降,形成真空把被抽气体吸入;混合阶段,被抽气体进入扩压器,在扩压器中,蒸汽与被抽气体发生碰撞､混合,进行能量交换,到扩压器喉部完成混合,两种气体达到同一速度;压缩阶段,经过扩压器喉部后,混合气速度降低,压力进一步上升,在扩压器出口达到大气压力或后一级喷射器的入口压力,把被抽气体排出｡图1单级蒸汽喷射泵的结构3真空系统优化改造技术方案在不改变原真空系统的基础上,加装一套蒸汽喷射真空系统,该系统主要由喷射器､换热器､水封及其管道阀门组成｡蒸汽喷射系统共设置三级喷射器,一级喷射器包括两台喷射泵,吸气口分别对应凝汽器A､B两侧,二､三级喷射器各只有一台喷射器,吸气口分别接自上级换热器汽侧,喷射器动力汽源为本机辅助蒸汽,每级喷射器对应一台表面式换热器,各级喷射器排汽排入换热器经冷却凝结后经水封独立疏水至凝汽器:蒸汽喷射真空系统换热器冷却水采用凝结水,进水取自化学精处理后,回水回至轴封加热器后,与轴封加热器并联连接｡机组启动期间由真空泵进行凝汽器抽真空,凝汽器抽真空前应先确认蒸汽喷射真空系统U型水封已注水完毕,当机组运行正常后,将真空系统切换为蒸汽喷射真空系统运行,停运真空泵｡蒸汽喷射真空系统运行期间应每半个月对备用真空泵进行试转,确保真空泵备用正常｡该电厂系统经过优化改造凝汽器真空低低低开关具备手动在线试验功能,在进行在线试验必须逐个进行,严禁同时进行两个真空低低低开关在线试验｡其中改造后蒸汽喷射真空系统设备规范如表1所示｡表 1 蒸汽喷射真空系统设备规范4改造后逻辑联锁和性能试验4.1逻辑联锁蒸汽喷射真空系统切除期间运行真空泵跳闸,备用真空泵联启:蒸汽喷射真空系统跳闸时备用一真空联启,当备用一真空泵启动失败或真空继续下降(>-82kPa)时备用二真空泵联启;真空泵启动,入口气动蝶A阀后真空高(≤-88kPa),入口气动蝶A阀联开;真空泵运行,入口气动蝶B阀前“切换阀真空满足”(≤-94kPa),喷射阀联开;当凝汽器真空>82kPa,备用真空泵自启｡汽水分离器水位≤130mm和>190mm时联锁开启和关闭补水电磁阀｡4.2性能试验经过加装蒸汽喷射装置后,维持辅助蒸汽压力0.9-1.2MPa､温度280~310℃､流量1.7~2.0t/h,在不同负荷工况下,投运原真空系统真空泵和投运蒸汽喷射真空系统进行抽吸效果试验对比分析,实验数据采用按每15min记录一次CRT上数据｡实验结果表明:在450MW负荷和660MW负荷时投运蒸汽喷射真空系统比投运原真空系统凝汽器真空度分别提高0.37kPa和0.19kPa左右,同时,降低了真空泵运行电耗｡5结语该电厂真空系统通过加装蒸汽喷射装置改造方案后,机组在启动时通过原真空系统建立真空;正常运行后通过切换至蒸汽喷射装置运行,可降低厂用电率,正常运行时两套系统可实现相互切换,互为备用;停机前必须将蒸汽喷射系统切换至原真空该系统运行｡减少原真空系统运行周期,可避免水环式真空泵长期运行叶轮汽蚀的问题,其次机组在夏季或者高负荷运行工况下采用蒸汽喷射装置运行,可提高凝汽器真空度,有利于提高机组经济性｡参考文献:[1]胡玉峰,黄辰光.真空系统节能改造在某电厂的应用[J].能,2020,39(10):18-20.[2]程晋瑞,孙坚,周卫东,等.凝汽器蒸汽喷射真空系统在电厂改造中的应用[J].中国电业(技术版),2015(11):100-102.[3]何刚,张宏波,陈光伟.某电厂真空系统改造经济性分析[J].东北电力技术,2020,41(06):38-40.[4]平艳梅,赵皓,钱烨,陈冰.新型凝汽器蒸汽喷射真空系统改造在节能提效上的应用[J].中国电力企业管理,2018(06):90-91.。
