蒸汽喷射真空系统在600MW机组中的应用

蒸汽喷射真空系统在600MW机组中的应用

王新宇1刘炎2孙鼎文3崔光明4

(辽宁清河发电有限责任公司辽宁铁岭112003)

摘要：介绍辽宁清河发电有限责任公司#1机组采用蒸汽喷射真空系统对原凝汽器抽真空系统进行的节能改造，通过改造，提高了机组的真空，降低了机组的煤耗及电耗，提高了机组的效率及安全稳定性。

关键词：蒸汽喷射；真空系统；600MW机组；应用

目前，广泛应用于凝汽式汽轮机发电机组抽真空系统的真空设备，主要是水环式真空泵机组。由于设计时以快速建立真空为目的，同时还要兼顾机组主辅设备可能出现的漏气问题，随着环境温度的升高，水环真空泵的汽蚀现象加重，抽吸性能急剧下降，导致水环真空泵的振动和噪音，进而使凝汽器真空变差，机组效率大大降低，本文介绍的一种凝汽器蒸汽喷射真空系统解决了以上问题，并在辽宁清河发电有限责任公司#1机组凝汽器真空系统改造中取得了良好的效果。

1.电厂真空系统

辽宁清河发电有限责任公司为2600MW、2200MW燃煤发电机组，#1机组凝汽器为双背压双壳体单流程表面式，设计背压：额定工况平均背压5.5kPa（a），夏季工况平均背压11.8kPa(a)。机组真空系统配置三台鹤见真空工程（上海）有限公司生产的双级液环式真空泵，真空泵型号为200EVMA。机组启动时，三台泵同时运行，快速建立真空；机组正常运行后，真空泵二运一备。

1.1凝汽器

该机组的凝汽器是表面式的热交换器，冷却水在管内流动与管外的排汽进行热交换，使排汽凝结成水，同时再通过水环真空泵使凝汽器形成真空。凝汽器采用双背压设计，即两个凝汽器在运行中处于两个不同的压力下工作。当循环水进入第一个凝汽器后吸收热量，水温升高，然后再进入第二个凝汽器(第一个凝汽器出口水温即为第二个凝汽器的入口水温)。由于凝汽器的特性主要取决于冷却水的温度，不同的水温对应不同的背压，于是在两个凝汽器中形成了不同压力，即低压凝汽器和高压凝汽器。

凝汽器两个壳体底部为连通的热井，上部布置有低压加热器、小汽机排汽管、减温减压器和低压侧抽气管等。凝汽器抽空气管布置在其管束区中心以抽吸其内的不凝结气体。高、低压凝汽器中的抽空气管采用串联结构，不凝结气体由高压侧流向低压侧，最后由低压凝汽器冷端引向真空泵。

1.2真空泵

#1机组真空系统配置三台鹤见真空工程（上海）有限公司生产的双级液环式真空泵，真空泵型号为200EVMA。机组启动时，三台真空泵同时运行建立真空，正常运行时，二运一备。

2.存在问题

1）水环真空泵在运行中泵体内发生汽蚀现象，泵体振动大，泵叶轮产生裂纹，事故率增加，设备运行可靠性大大降低。

2）随着泵运行时间的增长，泵的转子轴向间隙的增大，泵抽吸能力降低，凝汽器真空下降，影响机组运行经济性。

3）设备检修周期短，每次机组计划检修均对泵实施全面检查，对泵转子裂纹部位进行焊补处理，更换易损件，检修维护成本高。

4）真空泵工作时密封水温度受开式循环冷却水影响，其极限抽气能力受制于密封水温度对应的蒸汽饱和压力，夏季抽吸能力下降，冬季入口压力低易汽蚀。

3.改造方案

国内针对凝汽器真空系统和水环真空泵的改造方案大致有以下几种，分别是更换叶轮为不锈钢耐磨材质方案、冷却水方案、大气喷射器方案和蒸汽喷射真空系统方案。我公司内部专家评审队伍针对上述几种改造方案进行了调研和论证，最终确定采用上海赛迩福电力技术有限公司具有专利知识产权的蒸汽喷射真空系统方案作为我公司凝汽器真空系统的改造方案，原因如下：

1)更换叶轮为不锈钢耐磨材质方案：只能增加叶轮的耐磨系数，未从根本上解决水环真空泵的汽蚀问题。

2)冷却水方案可在一定程度上缓解水环真空泵的汽蚀问题，改善凝汽器夏季的换热效率，但对提高凝汽器的真空度基本没有效果。该方案管路布置较复杂，投资回收年限长,且增加电耗。

3)加装大气喷射器改造方案可解决水环真空泵的汽蚀问题，并可提高凝汽器的真空值约0.1~0.3kPa，但是会加大水环真空泵负载，使配套电机的电流变大，进而发烫，严重影响水环真空泵的安全稳定运行。该方案在解决水环真空泵汽蚀的同时又带来了新的问题，且投资回收年限较长，国内改造的案例普遍反映效果不佳。

4)采用蒸汽喷射真空系统方案可彻底解决水环真空泵的汽蚀问题，并可提高凝汽器的真空值为0.16~0.6kPa。同时降低真空泵电耗80%以上，该方案的投资回收年限很短，且经济效益持续稳定。

4.蒸汽喷射真空系统

考虑到系统稳定性、经济性。我公司最终确定采用凝汽器蒸汽喷射真空系统独立运行方案，即在原凝汽器真空系统的凝汽器高低压侧各自加装一套凝汽器蒸汽喷射真空系统，仅运行一台新加小功率真空泵。蒸汽喷射泵动力汽源采用辅汽联络母管辅助蒸汽。蒸汽喷射泵后置冷凝器的冷凝水返回凝汽器热井，蒸汽喷射泵后置冷凝器冷却水源为开式水。改造后凝汽器蒸汽喷射真空系统独立运行维持机组真空。机组启动时，原三台泵同时运行，机组正常运行时，蒸汽喷射系统投入运行，仅运行一台小功率真空泵。蒸汽喷射系统故障退出运行时，原真空泵系统投入，维持机组安全运行。

作为核心部件，蒸汽喷射泵的原理与电厂经常使用的射水抽汽器相似，只是动力介质由水改为动力蒸汽。蒸汽喷射泵的设计以水环真空泵入口的最低背压值作为喷射泵入口的压力值，以凝汽器夏季工况的最大背压作为喷射泵的出口压力值，用出口压力比上进口压力来定义蒸汽喷射泵的压缩比，确保蒸汽喷射泵出口压力值所对应的饱和蒸汽温度比水环真空泵工作液温度高6.5C以上，这样就能避免工作液的气化，消除汽蚀问题。由于喷射泵运行不受环境温度及冷却水影响，抽吸能力始终保持高水平，即可提高凝汽器真空。同时，蒸汽喷射泵后置冷凝器可以将全部动力蒸汽和部分凝汽器内的可凝结蒸汽凝结成水，使水环真空泵入口的汽气混合物的体积流量大幅度降低，以此为小功率真空泵选择提供依据，从而降低电耗。

考虑到我公司辅汽的压力波动比较频繁，在动力蒸汽管道上设置调节阀以调节动力蒸汽的压力，平衡蒸汽的压力波动。

改造后凝汽器蒸汽喷射真空系统见图1：

图1改造系统简图

5.改造效果

机组负荷在300MW时，凝汽器蒸汽喷射真空系统（辅汽压力0.8MPa，温度260℃）与原真空系统运行方式对比，在相同的试验条件下，投入凝汽器蒸汽喷射真空系统运行,凝汽器A侧真空提高0.87kPa（如图1所示），凝汽器B侧真空提高0.78kPa（如图2所示），凝汽器两侧真空平均提高0.825kPa。600MW机组真空每提高1kPa对应煤耗下降数，本机组按照2.4g/kwh计算，降低煤耗为：0.825×2.4=1.98g/kwh，根据年发电量25亿，煤价550元/t计算，每年可以节约272万元。

同时，投入原真空系统维持真空时，A、B、C真空泵同时运行，两台真空泵所耗电流为360A。投入凝汽器蒸汽喷射真空系统后，系统维持真空的同时仅有一台小真空泵D运行，运行电流为74A，此时真空泵A、B、C投入备用状态。由此可见，对比原真空系统，年运行小时按照6000小时，电价按照0.38元/kwh计算，每年可以节约电能费用约34万元，

凝汽器蒸汽喷射真空系统在运行过程中仅消耗700kg/h的辅助蒸汽，辅汽压力为0.8MPa,温度为260℃，计算可得每年消耗辅汽的费用约24万元。

综上所述，本次改造项目每年可以带来直接经济收益282万元，所以凝汽器蒸汽喷射真空系统在节省电耗与提高系统可靠性等方面有显著的改善效果。

图1（凝汽器A侧真空对比）

图2（凝汽器B侧真空对比）

6.结束语

凝汽器蒸汽喷射真空系统在电力系统属于新技术，能从根本上解决火电厂凝汽器原真空系统所普遍存在的真空泵汽蚀问题以及夏季真空低等问题。因此我公司在技术上论证了改造方案的可行性后决定尝试采用该新技术进行原真空系统的节能改造。投运的效果也证实了我们的选择是正确的。现在我公司#1机组在正常运行时投运蒸汽喷射真空系统，真空系统仅投运凝汽器蒸汽喷射真空系统即可满足维持机组真空得要求。仅运行一台小功率真空泵，系统的电耗也得到降低，同时还能提高凝汽器的真空，能带来巨大的经济效益。

参考文献：

[1]哈尔滨汽轮机厂有限责任公司．CCLN600-25/600/600型汽轮机说明书．

[2]李建刚．汽轮机设备与运行[M]．北京：中国电力出版社，2010

[3]杨善让.汽轮机凝汽设备及运行管理[M]．北京：水利电力出版社，1993

作者简介：

王新宇，1978年5月出生，1997年10月参加工作，本科学历，就职于辽宁清河发电有限责任公司生产技术部汽机专业。