王 武

（中海福建燃氣發(fā)電有限公司，福建莆田 351156）

1 系統(tǒng)概述

某聯(lián)合循環(huán)電廠規(guī)劃建設8 套390 MW 燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組，一期工程建設4 套機組，已于2010 年投產(chǎn)。機島設備采用東方電氣集團公司引進日本三菱技術生產(chǎn)的M701F3 燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組，一拖一單軸布置。余熱鍋爐為無錫華光鍋爐股份有限公司引進比利時CMI 公司技術設計生產(chǎn)的三壓、再熱、立式、無補燃、自然循環(huán)余熱鍋爐。

汽輪機凝汽器是由喉部、水室、殼體、及底部的滑動、固定支座等組成的全焊接結構，系單殼體、雙流程、表面式凝汽器。采用海水開式冷卻，海水取自福建東南處的湄洲灣海域。凝汽器參數(shù)：凝汽器背壓5.2 kPa，凝汽器進口冷卻水溫度20.69 ℃，空氣泄漏質(zhì)量流量12 kg/h，排入凝汽器乏汽量366.9 t/h，抽空氣處氣體過冷度4 ℃，循環(huán)水壓力0.2 MPa。

每臺機組凝汽器配置2 臺水環(huán)式真空泵，總共8 臺真空泵機組。啟動時，兩泵同時運行，快速建立真空，正常運行時，一運一備，維持凝汽器真空。

水環(huán)式真空泵由佶締納士機械有限公司生產(chǎn)，型號為TC-11 雙級錐體水環(huán)真空泵（表1）。

2 系統(tǒng)存在的問題

2.1 機組正常運行中，真空泵余量過大

凝汽器真空泵的作用是抽走凝汽器中泄漏進去的干空氣以及不凝結氣體，以維持凝汽器的高真空。在凝汽器真空機組設計選型時，根據(jù)HEI 標準，真空泵的抽氣能力需按照HEI 標準中泄漏量考慮100%的裕量來選型。實際在我國電廠設計中，會進一步擴大真空機組的抽氣裕量。另外，考慮到每年燃氣電廠開停機次數(shù)多，為了縮短開機時凝汽器建立真空的時間，真空泵的抽氣量也會往大抽氣量機型選型。根據(jù)統(tǒng)計佶締納士機械有限公司承接的電廠真空泵項目中，國內(nèi)燃氣電廠的凝汽器真空機組都存有高達100%以上的抽氣余量。

表1 真空泵相關參數(shù)

電廠機組設計工況條件下（入口壓力4.9 kPa，冷卻水溫20 ℃），現(xiàn)有機組TC-11 單泵出力高達65 kg/h。在凝汽器嚴密性良好的情況下，根據(jù)經(jīng)驗，350 MW 燃氣發(fā)電機組凝汽器干空氣泄漏量不足20 kg/h，真空泵抽氣裕量已經(jīng)高達250%。由于真空泵容量過大，給整個凝汽器系統(tǒng)帶來許多弊端，會造成真空泵振動、噪聲大、能耗高，容易發(fā)生氣蝕，降低機組運行的安全性和經(jīng)濟性。

2.2 水環(huán)式真空泵的極限

由水環(huán)式真空泵的工作原理可知，當真空泵水環(huán)溫度達到凝汽器壓力下對應的飽和溫度時，泵內(nèi)水環(huán)開始汽化，不但使真空泵的抽吸能力急劇下降，達到極限能力，長時間運行還會引起真空泵葉片汽蝕損傷。此時若想再次提高水環(huán)式真空泵的極限，就必須不斷降低水環(huán)溫度，這顯然需要較高的運行成本，經(jīng)濟性較差。

3 節(jié)能改造方案

3.1 綜合考慮的因素

（1）現(xiàn)有真空泵有較大的抽氣裕量，可以用小功率的真空泵替代。

（2）同時兼顧每次開機時快速建立真空需要大抽氣量。

（3）考慮異常工況，凝汽器嚴密性異常。

3.2 研究思路

（1）保留現(xiàn)有的TC-11 真空泵，在原有真空系統(tǒng)上并聯(lián)一套具有合適抽氣量、高效低功率的小泵作為高真空維持系統(tǒng)使用，如圖1 所示。

（2）開機時，3 臺真空泵同時啟動，達到極限出力后，2 臺大泵關閉，1 臺小泵維持。

（3）實際需求抽氣量可通過實際測量確定，現(xiàn)有的大泵TC-11功率為110 kW，預計采用羅茨—水環(huán)泵組維持，額定功率29.5 kW。

（4）在常規(guī)羅茨—水環(huán)泵組基礎上，采用雙級串聯(lián)冷卻，設兩個冷卻器，一級冷卻器冷卻水來自復用水（淡水），采用管式換熱器；二級冷卻器冷卻水來自中央空調(diào)冷凍水（除鹽水），采用板式換熱器，使泵組在高溫季節(jié)或低負荷時，表現(xiàn)出比原配真空泵更高的真空值，使得凝汽器的真空更接近其應達真空值。

圖1 凝汽器真空系統(tǒng)改造示意

3.3 研究改造的基本原則

（1）在不影響改造后真空效果前提下，盡可能利用原有設備，減少改造工作量。

（2）保持現(xiàn)有系統(tǒng)不變，現(xiàn)有的參數(shù)應保持不變，凝汽器真空甚至有所提高。

（3）保持真空泵的土建、基座位置不變。

3.4 改造可靠性分析

（1）機組啟動時，按原運行方式將原有抽真空設備投入運行，用以建立真空。

（2）機組運行正常、真空穩(wěn)定情況下，高效真空泵組投入運行、用以維持真空，原有抽真空設備切除做備用。

（3）機組真空系統(tǒng)發(fā)生嚴重泄漏，羅茨—水環(huán)泵組不能維持凝汽器真空時，將原有抽真空設備其中1 臺或2 臺投入運行以滿足真空要求。

（4）羅茨—水環(huán)泵組在檢修或設備故障時，原有抽真空設備自動投入運行，確保真空要求。

（5）改造后機組正常運行時主要以羅茨—水環(huán)泵組維持真空，均為一運二備運行方式，設備之間有可靠的聯(lián)鎖控制系統(tǒng)。改造后機組真空系統(tǒng)的安全可靠性不會降低，故真空系統(tǒng)改造安全可靠。

4 改造后節(jié)能效果

從電廠3#機改造后的羅茨—水環(huán)泵組試運參數(shù)對比分析（表2），項目實施后，每臺機組年節(jié)省費用約20 萬元，可將優(yōu)化改造前耗電費用降低86.1%，大幅降低凝汽器抽真空系統(tǒng)廠用電消耗，項目執(zhí)行情況良好，成效顯著。主要收益如下。

表2 真空系統(tǒng)改造前后運行參數(shù)對比

（1）單泵運行電流降低155 A。原TC-11 真空泵電機功率110 kW，運行電流180 A，新增羅茨—水環(huán)泵組2BW6-2600 電機功率29.5 kW，高真空狀態(tài)下軸功率約18 kW，運行電流約25 A。

（2）節(jié)水。改造前耗水量90 m3/h，改造后15 m3/h。

（3）真空泵出現(xiàn)氣蝕的狀況減少，設備運維成本降低，大部分時間開小泵，小泵維修費用和損耗費用都比原大泵低。

（4）在未影響原有真空度的情況下，增加1 臺真空泵，機組運行可靠性增加。

5 總結

本次凝汽器真空系統(tǒng)改造，不僅達到了高效節(jié)能的目的，還徹底解決水環(huán)真空泵的極限真空問題，使得水環(huán)泵真空泵的抽氣性能不再受工作水溫度制約。在高溫季節(jié)或低負荷時，表現(xiàn)出比原配真空泵更高的真空值，使得凝汽器的真空更接近其應達真空值。技改后，原配真空泵長期在備用狀態(tài)下，而不必作任何的檢修計劃，節(jié)省了大量檢修工作量和維護費用。該節(jié)能改造項目具有很高的推廣價值。