真空泵工作水温对循环水系统优化运行目标值的影响_胡勇

图 3 抽气口与吸入室压力的差值和吸入室压力的关系
为防止真空泵汽蚀，需留出一定的汽蚀余量［4］，否则将 产生汽蚀，阻塞吸气空间，腐蚀叶片，严重影响真空泵出力。 真空泵吸气室压力应满足 px ≥［pv］= pv + 0． 85（ pv 为工作水 温对应的饱和蒸汽压力，kPa） ，考虑汽蚀余量的工作水温度 与凝汽器抽气口最低压力的关系如图 4 所示。
on the Target of Optimal Operation of Circulating Water System
HU Yong1 ，ZHUO Xun-jia2 ，HUANG Jin-tao2 ，LIU Xin-long2 ，JU Lin-cang2
（ 1 Electric Power Research Institute of Guangdong Power Grid Corporation，Guangzhou 510080，China； 2 School of Energy and Power Engineering，Xi’an Jiaotong University，Xi’an 710049，China）
图 6 2 机 3 泵时凝汽器变工况特性
由图 5 ～ 图 7 可知，随着机组功率的降低，凝汽器压力降 低存在一个拐点，此后受真空泵工作水温限制，凝汽器压力 不再降低（ 如图中的水平段） ； 循环水系统不同运行方式下， 拐点对应的负荷也不 同 ，在 某 一 循 环 水 入 口 温 度 下 ，1 机1 泵 、
[ ] px1
=
pk1 ″ －
GaPa（ pk″ － px） Gmix （ pk1 ″ － ps ）
1+
Ra Ps
（ 11）
（ pk1 ″ － ps ） Rs
2 计算及分析
图 1 水环式真空泵与凝汽器的连接示意图
图 1 中 px 为真空泵吸入室压力，p″k 为凝汽器抽气口压
力； pk 为凝汽器压力。在截面 1 － 1 和截面 2 － 2 之间由伯努
2 机 3 泵和 1 机 2 泵 3 种运行方式对应的拐点负荷逐渐增 大。 2． 3 工作水温对循环水系统优化运行目标值的影响
表 2 是某 330MW 机组循环水泵性能试验测试数据。 表 2 循环水泵性能试验测试数据
循环水泵组合 方式
1机1 泵 2机3 泵 1机2 泵
循环水泵流量 m3 / h 21 301 26 463 30 869
从图 4 可以看出，随着真空泵工作水温的降低，抽气口 最低压力也逐渐降低，到 20℃ 左右时，工作水温再降低，抽气 口最低压力下降的幅度很小，相反，当工作水温由 20℃ 增加
第4 期
胡 勇等： 真空泵工作水温对循环水系统优化运行目标值的影响
305
图 4 工作水温度与抽气口最低压力的关系
图 7 1 机 2 泵时凝汽器变工况特性
=
pk″ － ps pk1 ″ － ps
（ 7）
对饱和蒸汽变化前后有理想气体状态方程：
ps Vmix = Gs Rs Tmix
（ 8）
ps1 Vmix1 = Gs1 Rs Tmix1
（ 9）
结合式（ 7） ～ 式（ 9） 可得：
Gs1
=
Ga Ra Ps （ pk1 ″ － ps ） Rs
结合式（ 7） 和式（ 10） 整理得：
换到 2 机 3 泵运行） 对应的负荷会变化增大，而且随着工作水温的升高，切换负荷增大幅度也越大。
关键词： 真空泵； 工作水温度； 循环水系统； 优化运行
分类号： TK264． 1
文献标识码： A
文章编号： 1001-5884（ 2012） 04-0303-03
Influence of the Working Water Temperature of Water-ring Vacuum Pumps
使机组净增功率最大的值。 机组净增功率如下［3］：
ΔN = ΔNT － ΔNp
（ 1）
式中，ΔNT 为汽轮机组由于真空提高而增加的功率，kW； ΔNp 为提高真
空循环水泵多耗的功率，kW。
相邻的离散循环水 流 量 产 生 的 净 增 功 率 相 同 的 点 为 等 效 益 点 ，离
散优化原理就是在给定机组负荷和循环水入口温度下，找到等效益点，
pa Vmix = Ga Ra Tmix
（ 5）
pa1 Vmix1 = Ga Ra Tmix1
（ 6）
真空泵吸气室压力不会引起汽、气混合物温度 Tmix 的变
化，认为 Tmix1 = Tmix ，则饱和蒸汽的分压力 ps 也保持不变，即
ps = ps1 ，由式（ 5） 、式（ 6） 得：
Vmix1 Vmix
摘要： 基于离散优化原理，结合汽轮机背压修正曲线、凝汽器变工况计算和循环水泵性能试验数据进行循环水系统
优化； 建立了真空泵吸气室压力与凝汽器抽气口压力的关系模型； 给出了考虑真空泵工作水温度后的国产 330MW
机组循环水系统优化运行目标值，结果显示受真空泵工作水温的影响，循环水系统优化运行模式切换（ 1 机 1 泵切
收稿日期： 2012-02-27
作者简介： 胡 勇（ 1973-） ，男，江苏沭阳人，高级工程师，长期从事电厂汽轮发电机组主、辅机的节能优化研究工作。
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汽轮机技术
第 54 卷
将等效益点拟合成等效益线，从而划分出切换循环水泵组合 方式的运行区间。 1． 2 真空泵系统变工况模型
水环式真空泵与凝汽器的连接示意图如图 1 所示。
的汽、气混 合 物 流 速，m / s； ρmix 为 抽 吸 汽、气 混 合 物 密 度，
kg / m3 ； λ 为抽气管路沿程阻力系数； ζ 为管件局部阻力系数；
l 为管件长度，m； d 为管件内径，m。
由于凝汽器抽 气 口 汽、气 混 合 物 的 密 度 很 小，由 高 度 差
引起的压头很小，可忽略不计，在同一抽气管路内认为 v1 =
0前言
1 循环水系统优化及变工况数学模型
汽轮机冷端系统真空泵的极限抽吸压力取决 1． 1 离散优化原理
于工作水温，在我国南方地区，常因为夏季真空泵
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基于最佳真空的循环水系统优化运行，是一个综合汽轮机特性、凝
的工作水温高，限制了凝汽器真空的升高。受真 空泵极限抽吸压力的制约，即使增加循环水流量 也不能提高凝汽器真空。文献［1］考虑了凝汽器 缺陷对循 环 水 系 统 经 济 运 行 方 式 的 影 响，文 献 ［2］考虑了真空系统严密性及凝汽器清洁系数对 循环水系统优化运行目标值的影响，循环水系统 优化时很少考虑辅机真空泵工作水温的影响。本 文建立了真空泵吸气室压力与凝汽器抽气口压力 之间的关系，确定了真空泵工作水温对凝汽器最 低压力的限制，并在此基础上对循环水系统优化 运行目标值进行修正。
汽器特性、循环水 泵 特 性 以 及 抽 气 器 特 性 的 最 优 化 问 题 。 对 于 流 量 可
以连续调节的循环水系统，可以不断调节循环水流量以达到最佳真空，
但对于由定速循环水泵组成的循环水系统，不能连续调节流量，因此往
往不能达到理论上 的 最 佳 真 空，只 能 在 几 个 离 散 的 流 量 值 中 选 择 一 个
pk″ = pa + ps
（ 4）
其中，pa 为干空气分压力，Pa； ps 为饱和蒸汽分压力，Pa；
当真空泵吸气室压力由 px 变为 px1 时，引起真空泵抽吸
能力由 Gmix 变为 Gmix1 ，在真空严密性保持不变的情况下，可
认为漏空气量 Ga 不变。则在 px 变化前后，由理想气体状态 方程：
利方程有：
z1
+ pk ″ + v21 ρmix g 2g
=
z2
+ px + v22 ρmix g 2g
+λ
l d
v珋2 2g
+
ζ
v珋2 2g
（
1）
式中，z1 、z2 为截面 1、2 高度，m； pk ″、px 为截面 1、2 压力，即凝
汽器抽气口压力和真空泵吸气室压力，Pa； v1 、v2 为截面 1、2
（ 10）
2． 1 工作水温对凝汽器压力的影响
真空泵技术参数如表 1 所示。
表1
真空泵技术参数
项目
单位 数值
项目
抽吸混合物量 m3 / min 0． 566 吸气室压力
干空气流量
kg / h 40． 82 抽气温度
饱和蒸汽流量 kg / h 89． 81 工作水温
单位 kPa ℃ ℃
数值 3． 386
v2 ，由式（ 1） 整理得：
( ) pk″ = px +
λ
l d
1 2A2
+
ζ 2A2
Gmix Vmix
（ 2）
式中，Vmix 为汽、气混合物体积流量，m3 / s； Gmix 为汽、气混合物 质量流量，kg / s。
Gmix = Ga + Gs
（ 3）
其中，Ga 为干空气的流量，kg / s； Gs 为饱和蒸汽的流量，kg / s。
Abstract： Based on the discrete optimization theory and combined with the steam turbine back pressure fixed curve， condenser variable condition calculation and the data of circulating water pump performance test，the optimized operation of circulating water system was calculated； This paper deduced the relationship between the vacuum pump chamber pressure and the condenser bleeding point pressure； Considering the limit of working water temperature，the paper recounted the optimized operation of the circulating water system of a 330MW unit，result shows that the working water temperature has big influence to the optimized operation target of the circulating water system． when the circulating water pump combinations from 1 turbine 1 pump switch to 2 turbines 3 pumps running，the corresponding load of optimized operation mode will increase，and as the working water temperature increase，the greater range of switch load increased． Key words： vacuum pump； working water temperature； circulating water system； optimal operation
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真空泵吸气室压力 px 与凝汽器抽气口压力 pk″之间的关 系曲线，如图 2 所示，随着真空泵吸入室压力的升高，抽气口 压力也逐渐升高，并且抽气口压力与吸入室压力的压差越来 越小，如图 3 所示，当抽气口与吸入室压差降到一定数值时， 不足于克服管道阻力，真空泵将不能从抽气口吸气。
图 2 抽气口压力与吸入室压力之间的关系
循环水泵耗功 kW / h 1 465 2 079 3 062
图 5 1 机 1 泵时凝汽器变工况特性
时，抽气口最低压力迅速增加，工作水温的升高将严重影响 凝汽器真空的提高。 2． 2 工作水温对凝汽器变工况特性的影响
真空泵热交换器的冷却水采用海水，端差为 5℃ ，凝汽器 汽阻为0． 4kPa，考虑真空泵工作水温对凝汽器最低压力的限 制，得到循环水系统 1 机 1 泵、2 机 3 泵和 1 机 2 泵运行工况 下凝汽器变工况特性（ 如图 5 ～ 图 7 所示） 。
第 54 卷 第 4 期 2012 年 8 月
汽轮机技术 TURBINE TECHNOLOGY
Vol． 54 No． 4 Aug． 2012
真空泵工作水温对循环水系统
优化运行目标值的影响
胡 勇1 ，卓迅佳2 ，黄锦涛2 ，刘新龙2 ，巨林仓2
（ 1 广东电网公司电力科学研究院，广州 510080； 2 西安交通大学能源与动力工程学院，西安 710049）