朱旭升，孫偉鵬，王振鋒

(華能海門電廠，廣東 汕頭，515071)

1 前言

華能國(guó)際電力股份有限公司海門電廠1#機(jī)組為超超臨界一次再熱1 000 MW凝汽式汽輪機(jī)組，機(jī)組原配備水環(huán)真空泵采用雙級(jí)真空泵。水環(huán)真空泵的作用是將不凝結(jié)氣體 （主要包括軸端汽封和處于真空狀態(tài)下運(yùn)行的各設(shè)備漏入的空氣和尚未凝結(jié)的低壓排汽等）從凝汽器中排出，以維持機(jī)組良好的真空狀態(tài)，進(jìn)而保證冷端良好的傳熱效果，確保機(jī)組高效運(yùn)轉(zhuǎn)。受冷卻水溫限制的影響，水環(huán)式真空泵運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，極限抽吸能力將進(jìn)一步受到影響，從而使得葉輪表面容易發(fā)生局部氣蝕現(xiàn)象，泵體運(yùn)行噪音逐漸增大，機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行周期下，極易導(dǎo)致葉片斷裂，威脅機(jī)組安全運(yùn)行。

2 技術(shù)原理及特點(diǎn)介紹

多級(jí)熱壓式回?zé)岢檎婵障到y(tǒng)的核心部件為蒸汽噴射器，技術(shù)原理是基于進(jìn)入蒸汽噴射器的動(dòng)力蒸汽通過動(dòng)力噴嘴形成高速動(dòng)能，使吸氣腔室產(chǎn)生真空來抽吸氣體，以達(dá)到抽真空目的。從能量角度來看，工作流體首先發(fā)生勢(shì)能或者熱能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能，通過與抽吸引射來的流體混合，并沿著各級(jí)蒸汽噴射器和三室冷卻器組成的系統(tǒng)流動(dòng)，其流動(dòng)速度逐漸減緩、趨于均勻，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)能復(fù)轉(zhuǎn)變?yōu)閯?shì)能。

三個(gè)蒸汽噴射器與三室冷卻器串并聯(lián)構(gòu)成多級(jí)熱壓式回?zé)岢檎婵障到y(tǒng)，其顯著特點(diǎn)是：

（1）完全不耗廠用電。采用低品質(zhì)過熱蒸汽作為動(dòng)力氣源，抽吸凝汽器的乏汽 （干空氣和水蒸汽）；

（2）屬于一級(jí)回?zé)嵯到y(tǒng)。采用凝結(jié)水作為冷卻水，冷凝器串聯(lián)在凝結(jié)水母管上，做功后的動(dòng)力蒸汽和凝汽器中抽出的乏汽的熱量，都回收加熱凝結(jié)水，達(dá)到提高進(jìn)入低加的凝結(jié)水溫度的目的；

（3）工質(zhì)全部回收。動(dòng)力蒸汽冷卻成的水通過疏水管道，回收熱井，實(shí)現(xiàn)工質(zhì)回收。

（4）系統(tǒng)采用熱泵抽汽裝置，無轉(zhuǎn)動(dòng)部件，系統(tǒng)全部為靜設(shè)備，可靠性高，維護(hù)低；

（5）蒸汽噴射器抽汽能力大，真空嚴(yán)密性適應(yīng)范圍廣，400 Pa/min都能適應(yīng)。

3 技術(shù)方案

熱力循環(huán)系統(tǒng)輔助蒸汽作為動(dòng)力蒸汽，動(dòng)力蒸汽通過蒸汽噴射器噴嘴時(shí)以超音速射流，從而產(chǎn)生真空，凝汽器中的不凝性氣體流入多級(jí)蒸汽噴射器系統(tǒng)，最終排向大氣。圖1為在華能海門電廠1#機(jī)組改造多級(jí)熱壓式熱泵回?zé)岢檎婵障到y(tǒng)的流程圖。

圖1 華能海門電廠1#機(jī)組改造多級(jí)熱壓式熱泵回?zé)岢檎婵障到y(tǒng)的流程圖

多級(jí)熱壓式熱泵回?zé)岢檎婵障到y(tǒng)包含如下內(nèi)容：

（1）三室冷凝器一臺(tái)，安裝在8 m層，凝汽器對(duì)面靠墻處。

（2）蒸汽噴射器三臺(tái)，分別安裝在三室冷凝器上。

（3）蒸汽穩(wěn)壓罐一臺(tái)，布置在冷凝器一側(cè)，用于防止蒸汽壓力波動(dòng)，排污、疏水等。

（4）儀表、閥門、管路等附件。

多級(jí)熱壓式熱泵回?zé)岢檎婵障到y(tǒng)由三臺(tái)蒸汽噴射器串聯(lián)工作，第一級(jí)蒸汽噴射器與凝汽器抽真空系統(tǒng)管道直接連接，引射的不凝性氣體與動(dòng)力蒸汽完成混合，進(jìn)入三室冷卻器第一級(jí)冷卻裝置冷卻，冷卻后的混合蒸汽進(jìn)入第二級(jí)蒸汽噴射器，引射的不凝性氣體與動(dòng)力蒸汽再次完成混合，進(jìn)入三室冷卻器第二級(jí)冷卻裝置冷卻，最后冷卻后的混合蒸汽進(jìn)入第三級(jí)蒸汽噴射器，引射的不凝性氣體與動(dòng)力蒸汽再次完成混合，進(jìn)入三室冷卻器第三級(jí)冷卻裝置冷卻，待充分冷卻后排至大氣。各級(jí)冷凝器的疏水經(jīng)U形水封管道回收到凝汽器熱井。

4 性能對(duì)比試驗(yàn)

為測(cè)試多級(jí)熱壓式熱泵回?zé)岢檎婵障到y(tǒng)在全工況下能否滿足要求，2018年3月下旬做了性能對(duì)比試驗(yàn)，分50%，75%，100%THA負(fù)荷三個(gè)工況分別做試驗(yàn)。在每一負(fù)荷下，采取水環(huán)真空泵先運(yùn)行，后切換至蒸汽噴射器運(yùn)行。通過以上設(shè)備的投切引起的數(shù)據(jù)變化來判斷兩套抽真空系統(tǒng)性能的差別。

圖2 華能海門1#蒸汽噴射器抽真空系統(tǒng)投運(yùn)數(shù)據(jù)記錄

圖2是性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄，試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析如下：

在500 MW工況下，切換后真空平均提高1.1 kPa，凝結(jié)水溫升高4℃，兩臺(tái)真空泵電流節(jié)約502 A。

在730 MW工況下，切換后真空平均提高0.4 kPa，凝結(jié)水溫升高2℃，兩臺(tái)真空泵電流節(jié)約502 A。

在983 MW工況下，切換后真空平均提高0.55 kPa，凝結(jié)水溫升高1.5℃，兩臺(tái)真空泵電流節(jié)約502 A。

以上數(shù)據(jù)說明在投運(yùn)多級(jí)熱壓式熱泵回?zé)岢檎婵障到y(tǒng)不僅可以替代兩臺(tái)水環(huán)真空泵運(yùn)行，節(jié)約廠用電，而且可以更好地優(yōu)化凝汽器真空，耗用的蒸汽抽氣做功后余熱也回收到凝結(jié)水中。

5 收益分析

5.1 節(jié)約廠用電

由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，兩臺(tái)水環(huán)式真空泵運(yùn)行時(shí)電流為502 A左右，電壓380 V，水環(huán)式真空泵運(yùn)行時(shí)的功耗為：250 kW。

投運(yùn)三級(jí)噴射器抽真空系統(tǒng)后，水環(huán)真空泵停運(yùn)功耗為：0 kW。

1#機(jī)組年運(yùn)行小時(shí)數(shù)按4 100 h計(jì)算，則全年可節(jié)省廠用電：250×4 100=102.5萬kW·h。以目前電廠上網(wǎng)電價(jià)0.42元/kW·h計(jì)算，則全年可節(jié)電費(fèi)用43.05萬元。

5.2 節(jié)煤效益

5.2.1 500 MW工況

（1）真空提高帶來的節(jié)煤收益

對(duì)于1 000 MW純凝機(jī)組真空每提高1 kPa節(jié)約煤耗1.5 g/（kW·h）。由試驗(yàn)數(shù)據(jù)表可知，按500 MW負(fù)荷工況考慮，改用蒸汽噴射器系統(tǒng)后，真空提高1.1 kPa。機(jī)組真空提高后煤耗下降1.65 g/kW·h。

（2）動(dòng)力蒸汽消耗對(duì)煤耗的影響

對(duì)于1 000 MW純凝機(jī)組，500 MW負(fù)荷下，每消耗1 t、0.4 MPa的動(dòng)力蒸汽影響煤耗增加0.12 g/kW·h。三級(jí)蒸汽噴射器運(yùn)行時(shí)，動(dòng)力蒸汽的消耗量按照3 t/h計(jì)算，將會(huì)影響機(jī)組煤耗增加0.36 g/kW·h。

（3）熱量回收加熱凝結(jié)水的節(jié)煤收益

由試驗(yàn)數(shù)據(jù)表可知，500 MW負(fù)荷下，三級(jí)蒸汽噴射器運(yùn)行時(shí)，凝結(jié)水溫度升高了4℃，凝結(jié)水流量為845 t/h。凝結(jié)水溫度升高可減少八段抽汽約5.8 t/h，折合煤耗可降低0.18 g/kW·h。

綜合上面三部分，則改造后煤耗下降1.65+0.18-0.36=1.47 g/kW·h。5.2.2 730 MW工況

（1）真空提高帶來的節(jié)煤收益

對(duì)于1 000 MW純凝機(jī)組真空每提高1 kPa節(jié)約煤耗1.5 g/（kW·h）。由試驗(yàn)數(shù)據(jù)表可知，按730 MW負(fù)荷工況考慮，改用蒸汽噴射器系統(tǒng)后，真空提高0.4 kPa。機(jī)組真空提高后煤耗下降0.60 g/kW·h。

（2）動(dòng)力蒸汽消耗對(duì)煤耗的影響

對(duì)于1 000 MW純凝機(jī)組，730 MW負(fù)荷下，每消耗1 t、0.4 MPa的動(dòng)力蒸汽影響煤耗增加0.09 g/kW·h。三級(jí)蒸汽噴射器運(yùn)行時(shí)，動(dòng)力蒸汽的消耗量按照3 t/h計(jì)算，將會(huì)影響機(jī)組煤耗增加0.27 g/kW·h。

（3）熱量回收加熱凝結(jié)水的節(jié)煤收益

由試驗(yàn)數(shù)據(jù)表可知，730 MW負(fù)荷下，三級(jí)蒸汽噴射器運(yùn)行時(shí)，凝結(jié)水溫度升高了2℃，凝結(jié)水流量為1 450 t/h。凝結(jié)水溫度升高可減少八段抽汽約5 t/h，折合煤耗可降低0.11 g/kW·h。

綜合上面三部分，則改造后煤耗下降0.60+0.11-0.27=0.44 g/kW·h。5.2.3 983 MW工況

（1）真空提高帶來的節(jié)煤收益

對(duì)于1 000 MW純凝機(jī)組真空每提高1 kPa節(jié)約煤耗1.5 g/kW·h。由試驗(yàn)數(shù)據(jù)表可知，按983 MW負(fù)荷工況考慮，改用蒸汽噴射器系統(tǒng)后，真空提高0.55 kPa。機(jī)組真空提高后煤耗下降0.825 g/kW·h。

（2）動(dòng)力蒸汽消耗對(duì)煤耗的影響

對(duì)于1 000 MW純凝機(jī)組，983 MW負(fù)荷下，每消耗1 t、0.4 MPa的動(dòng)力蒸汽影響煤耗增加0.07 g/kW·h。三級(jí)蒸汽噴射器運(yùn)行時(shí)，動(dòng)力蒸汽的消耗量按照2 t/h計(jì)算，將會(huì)影響機(jī)組煤耗增加0.21 g/kW·h。

（3）熱量回收加熱凝結(jié)水的節(jié)煤收益

由試驗(yàn)數(shù)據(jù)表可知，983 MW負(fù)荷下，三級(jí)蒸汽噴射器運(yùn)行時(shí)，凝結(jié)水溫度升高了1.5℃，凝結(jié)水流量為2 000 t/h。凝結(jié)水溫度升高可減少八段抽汽約3.7 t/h，折合煤耗可降低0.06 g/kW·h。

綜合上面三部分，則改造后煤耗下降0.825+0.06-0.21=0.675 g/kW·h。

改造后全年平均煤耗下降約 （1.47+0.44+0.675）/3=0.862 g/kW·h，按照單臺(tái)機(jī)組年發(fā)電量42億度計(jì)算，則每年節(jié)約標(biāo)煤約3 620 t，標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)以850元/t計(jì)算，則每年可實(shí)現(xiàn)節(jié)煤收益307.73萬元。

5.2.4 節(jié)省維護(hù)費(fèi)用

采用多級(jí)熱壓式熱泵回?zé)岢檎婵障到y(tǒng)后，無轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備，全部為靜設(shè)備，幾乎零維護(hù)。原水環(huán)式真空泵由于長(zhǎng)期備用，也大大降低了維修換件等維護(hù)成本。維護(hù)費(fèi)用不好量化，暫不計(jì)算收益。

6 結(jié)論

多級(jí)熱壓式熱泵回?zé)岢檎婵占夹g(shù)特點(diǎn)有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備，安全可靠性高；維護(hù)成本低，維護(hù)效率高；不消耗廠用電，節(jié)能效果佳；凝汽器真空嚴(yán)密性適用范圍廣，避免了夏季工況工作水溫對(duì)機(jī)組抽真空效率的影響，同時(shí)也解決了水環(huán)式真空泵因汽蝕產(chǎn)生的噪音大和葉輪裂紋甚至斷裂等安全問題，對(duì)降低供電煤耗，減少廠用電量有明顯作用，改造后經(jīng)濟(jì)效益明顯，投入產(chǎn)出比效果好。