真空泵改造方案

300MW汽轮机

真空系统节能改造

技术方案

湖南大唐节能科技有限公司

2015年

概述

目前电站汽轮机真空系统的抽真空设备主要是射水抽气器和水环真空泵，特别是300MW及以上机组基本采用水环真空泵。这些抽真空设备，普遍存在以下问题：1）选型偏大

设计选型时，主要考虑快速启机的响应速度（30 分钟内能达到启机要求真空值）

和最大的允许漏气量作为选型原则，但在机组正常运行时，维持系统真空时有较大

裕量。

2）效率低

水环真空泵的效率较低，液环真空泵总效率η＝ηιs×ηω×ηm

ηιs——等温指示效率0.92～0.95，反映实际压缩过程与等温压缩过程的偏

差。

ηω——0.5～0.7，它反映叶轮搅动液体流动的损失。

ηm——0.98～0.99，机械效率。

所以水环真空的效率很低，一般只有30%左右。

3）水环真空泵抽气性能受制于工作水温度的变化

水环真空泵的实际抽速Qt=Q15K，K=(P1-Pt)/(P1-P15)

Qt—水温为t℃时的抽气量m3/h Q15—水温为15℃时的抽气量m3/h

P1—水环泵的吸入压力KPa Pt—水温为t℃时的饱和蒸汽压力KPa

P15—水温为15℃时的饱和蒸汽压力KPa K—抽气量修正系数

当工作水达到 35℃以上，抽气能力急剧下降 80%以上，这是因为工作水温度升

高到水环真空泵入口压力下对应的饱和温度时发生了汽化现象，真空泵主要应付

于抽取汽化蒸汽，导致抽空气能力大幅下降；同时，工作水温度的升高对真空泵

的极限真空值产生较大的影响——这是因为极限真空值就是水环泵工作水温度

所对应的饱和压力。这是夏季凝汽器端差较大的主要原因。

4）水环真空泵受汽蚀现象影响大，设备维护成本高，也影响设备的安全运行，加装大气喷射器，虽然可以缓解水环真空泵的汽蚀，但并不节能，一般投入大气喷射器后，水环泵电流会增大10%～20%，同时整个大气喷射-水环真空泵组的抽气能力下降，约为单独水环真空泵的60%左右的抽气能力。

一、汽轮机真空系统的真空泵性能参数及运行状况

以引进型300MW 湿冷机组为例，其抽真空设备一般配置2台水环式真空泵，运行方式：一运一备，其型号基本都是353型水环真空泵，其铭牌参数如下：

型号： 2BE1 353

抽速： 4600 m3/h（88.3 m3/min）

抽吸压力： 3.3KPa~101.3KPa（绝压）；

排汽绝压： 101.3KPa

电机额定功率： 110KW

正常运行电流： 140A

随着对机组泄漏的深入治理，300MW机组的真空严密性基本都达到优良水平，一般都小于200Pa/min，有的机组真空严密性只有几十Pa/min，因此现有的水环真空泵在正常运行时，抽气量的设计裕量太大，存在严重的大马拉小车现象，具有较大的节能降耗空间。另一方面夏季气温升导致水环真空泵抽气能力急剧下降、造成机组的真空降低，从而增加机组热耗，影响机组的经济性。

二、罗茨水环真空泵组节能改造方案概述

针对目前汽轮机抽真空系统中水环真空泵存在的上述问题,高效的罗茨水环抽真空泵组既可有效解决水环泵汽蚀、气温高时抽气性能下降的问题，同时通过减少过大的设计裕量，可以节电 50%~80%。本技术在贵州黔西电厂#3、#4机已成功应用，节能效果显著。

实施罗茨水环真空泵组改造，并不改变原有的两台水环真空泵，只是在抽真空母管上并接一台罗茨水环真空泵组。罗茨水环真空泵组是由一台罗茨真空泵和一台水环真空泵串联而成的。当罗茨水环真空泵组运行时，蒸汽和不凝结气体经罗茨真空泵增压后经级间冷凝器冷却进入水环泵，由于罗茨真空泵的增压和级间冷凝器的冷凝作用，使得水蒸汽基本在级间冷凝器内凝结，其汽化潜热由级间冷凝器的冷却水带走，水环真空泵吸入的气体基本都是不凝结气体；同时罗茨真空泵的增压，使水环真空泵的入口压力提高一倍，可保证水环真空泵高效稳定运行。

在机组启动快速建立真空期间，使用原抽真空系统运行；在正常运行期间，切换到罗茨水环真空泵组而将原有的两台水环真空泵作备用，提高了运行的可靠性和经济性。

三、罗茨水环真空泵组改造方案可行性分析

1、安全可靠性分析

罗茨水环真空泵组改造方案是在原抽真空系统中，并入了一台高效罗茨水环抽真空泵组，原有的两台水环真空泵仍然保留，确保系统安全可靠：

1) 汽轮机组启动时，原有的两台水环真空泵按原运行方式投入运行；

2) 机组运行正常、真空稳定、真空严密性优良的情况下，高效罗茨水环真空泵组投入运行、原有两台水环真空泵作备用；

3) 机组真空系统发生严重泄漏，罗茨水环真空泵组不能维持凝汽器真空时，原有水环真空泵联锁投入运行满足真空要求；

4) 罗茨水环真空泵组在停泵或设备故障时，原有水环真空泵联锁投入运行，罗茨水环真空泵组入口进气门自动关闭，确保真空要求。

5) 目前两台水环真空泵为一运一备方式，经罗茨水环真空泵组改造后，机组正常运行时由罗茨水环真空泵组维持真空，实现真空泵的一运两备，大大提高真空系统的安全可靠性：由原有的一运一备变为一运两备。

6）罗茨水环真空泵组的工作效率高，其抽吸的极限压力值小于500Pa，比原有水环真空泵的极限压力值（3300pa）约高一个数量级，符合真空泵选型设计的要求，因而其抽吸能力更强。

2、真空泵的抽气量核算

试验测试表明：在真空严密性合格的情况下，正常运行中汽轮机凝汽器的漏气量是非常少的。以300MW湿冷机组为例，在真空严密性为200Pa/min时，漏入的空气量约

20Kg/h。

经计算，在背压为5KPa时，真空严密性小于等于200Pa/min的情况下，只要选择一台实际抽气量大于1650 m3/h的真空泵即可抽出漏入凝汽器真空系统的20Kg/h的空气，维持系统的真空。

300MW湿冷机组在夏季的背压可能上升到12KPa，在真空严密性小于500Pa/min的情况下，只要选择一台实际抽气量大于1863 m3/h的高效罗茨真空泵组即可抽出漏入凝汽器真空系统的50Kg/h的空气，维持系统的真空。

由于罗茨水环真空泵组的罗茨真空泵为干式真空泵，抽气速率没有水环真空泵的工作液水温的影响，因此夏季罗茨水环真空泵组的可靠性更高。