高 峰

（廣州環(huán)投增城環(huán)保能源有限公司，廣東廣州 511335）

0 引言

廣州某環(huán)保電廠兩臺(tái)汽輪機(jī)為廣重企業(yè)集團(tuán)生產(chǎn)的N22－3.8/390 型冷凝式汽輪機(jī)，每臺(tái)汽輪機(jī)配置了兩臺(tái)CDS 系列水環(huán)式真空泵，電機(jī)功率30 kW，最大排出壓力20 kPa。自2018年1 月投入運(yùn)行以來，水環(huán)真空泵一直存在運(yùn)行噪聲大、泵體及軸承振動(dòng)值偏大的現(xiàn)象。為降低生產(chǎn)現(xiàn)場的噪聲污染、提高汽輪機(jī)真空系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性，2019 年10 月對2#汽輪機(jī)真空系統(tǒng)進(jìn)行改造，加裝了一套羅茨—水環(huán)真空泵組。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)使用該泵組替代原有大功率水環(huán)真空泵運(yùn)行。

1 水環(huán)真空泵現(xiàn)狀及存在問題

水環(huán)式真空泵由圓柱泵體和裝有固定葉片的轉(zhuǎn)子等組成，轉(zhuǎn)子相對泵體偏心安裝。工作液隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用下沿著泵體形成同心液環(huán)。由于泵體和轉(zhuǎn)子偏心安裝，形成了體積逐漸增加和逐漸減少的腔體，因此分別形成了真空區(qū)和壓力區(qū)。通過這種方式氣體被吸入或排出（圖1）。

圖1 水環(huán)真空泵工作原理

（1）受到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的限制，水環(huán)真空泵一直存在汽化工況，特別是葉輪及中間圓盤易發(fā)生汽蝕而受損，因此這類部件往往采用耐磨材料例如不銹鋼來抵抗汽蝕；或者用犧牲吸氣量來減緩汽蝕磨損速度。導(dǎo)致真空泵長期運(yùn)行電耗較高，不利于節(jié)能，且運(yùn)行噪聲振動(dòng)大的現(xiàn)象仍然存在。

表1 2#汽輪機(jī)水環(huán)真空泵運(yùn)行噪聲及振動(dòng)情況

（2）受工作液飽和氣壓的限制，真空泵所能達(dá)到的最高真空度取決于工作液的飽和蒸汽壓，隨著工作液溫度升高真空泵抽氣能力會(huì)逐漸下降，導(dǎo)致機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性和真空泵的安全性受到影響。

（3）水環(huán)真空泵在設(shè)計(jì)選型時(shí)，一方面需要滿足機(jī)組快速建立真空，另一方面需考量機(jī)組最大允許漏氣量，所以真空泵配置的功率普遍較大。其結(jié)果是機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，因維持系統(tǒng)真空有較大富余量，長期運(yùn)行下來真空泵能耗高、不經(jīng)濟(jì)。

2 羅茨—水環(huán)真空泵組簡介

羅茨—水環(huán)真空泵組主要包括羅茨泵、水環(huán)泵、冷卻器、汽水分離罐等設(shè)備。羅茨真空泵是一種容積式真空泵，其工作原理與羅茨鼓風(fēng)機(jī)相似，因壓縮比較低不能單獨(dú)使用，為保障其運(yùn)行安全及提高極限真空度，通常與水環(huán)泵串聯(lián)組成泵組使用。

蒸汽和不凝結(jié)氣體進(jìn)入冷卻器，經(jīng)冷卻器冷卻后通過羅茨泵加壓，然后進(jìn)入下級(jí)水環(huán)泵，最后經(jīng)水環(huán)泵后排入汽水分離罐。由于提高了水環(huán)泵的入口壓力，可保證水環(huán)泵高效穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)極大地提高水環(huán)泵效率和極限真空。

圖2 羅茨—水環(huán)真空泵與原真空泵的運(yùn)行參數(shù)對比

3 汽輪機(jī)真空系統(tǒng)節(jié)能降噪改造情況

3.1 改造方案

2019 年10 月，為解決原真空系統(tǒng)汽蝕噪聲大、能耗高的問題，在不改變原真空系統(tǒng)設(shè)備及功能的前提下，在2#汽輪機(jī)組抽真空母管上并接了一套高效羅茨-水環(huán)真空泵組，其設(shè)計(jì)抽氣量為10 kg/h，正常運(yùn)行條件為入口真空不低于-87 kPa、汽輪機(jī)真空嚴(yán)密性試驗(yàn)下降速率不超400 Pa/min。

3.2 運(yùn)行模式

（1）機(jī)組啟動(dòng)階段。在機(jī)組啟動(dòng)建立真空期間使用原有的大功率水環(huán)真空泵運(yùn)行，保證機(jī)組快速建立真空。

（2）機(jī)組帶正常運(yùn)行階段。當(dāng)機(jī)組并網(wǎng)后接帶負(fù)荷達(dá)到8 MW以上，真空維持在-87 kPa 以上時(shí)，可投入羅茨-水環(huán)真空泵組并將原真空泵停作備用。

3.3 羅茨—水環(huán)真空泵運(yùn)行的聯(lián)鎖保護(hù)

（1）羅茨—水環(huán)真空泵組運(yùn)行時(shí)，可選擇原大功率真空泵作為聯(lián)鎖備用泵（一臺(tái)為優(yōu)先備用，另一臺(tái)為次優(yōu)先備用）。

（2）當(dāng)羅茨—水環(huán)真空泵組出現(xiàn)變頻器故障、羅茨泵過載或（小功率）水環(huán)泵過載時(shí)，聯(lián)鎖啟動(dòng)優(yōu)先備用的大真空泵，如果啟動(dòng)失敗則啟動(dòng)次優(yōu)先備用真空泵。

（3）當(dāng)機(jī)組嚴(yán)密性不好或其他原因?qū)е履髡婵諢o法維持時(shí)，如果真空降至-88 kPa 時(shí)聯(lián)鎖啟動(dòng)優(yōu)先備用的大真空泵；如果真空繼續(xù)下降至-87 kPa，則聯(lián)鎖啟動(dòng)次優(yōu)先備用的大真空泵，確保機(jī)組安全運(yùn)行。

3.4 改造后運(yùn)行效果

2019 年10 月改造竣工后，11 月初完成單體調(diào)試，11 月14日完成動(dòng)態(tài)整體調(diào)試并成功投入運(yùn)行。至今已連續(xù)安全運(yùn)行近半年時(shí)間，在真空嚴(yán)密性下降速率不超400 Pa/min 的條件下，羅茨—水環(huán)真空泵組運(yùn)行穩(wěn)定，節(jié)電效果明顯，完全可以滿足機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)維持真空需要（表2、圖2）。由于羅茨—真空泵組運(yùn)行噪聲較小，替代原大功率真空泵運(yùn)行時(shí)現(xiàn)場噪聲下降明顯，噪聲污染得到了有效控制，改造非常成功。

表2 羅茨—真空泵組與原真空泵運(yùn)行情況對比

3.5 運(yùn)行注意事項(xiàng)

（1）羅茨—水環(huán)真空泵組適用于機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)維持系統(tǒng)真空，在機(jī)組啟、停過程中不能替代原大功率真空泵運(yùn)行。

（2）由于原大功率真空泵長期作為備用泵，應(yīng)定期對其進(jìn)行試運(yùn)檢查，確保設(shè)備備用正常，性能可靠。

（3）機(jī)組真空嚴(yán)密性合格是羅茨—水環(huán)真空泵組安全高效運(yùn)行的前提條件，羅茨泵的工作電流的高、低直接反映出機(jī)組真空嚴(yán)密性試驗(yàn)下降速度的快、慢，因此必須嚴(yán)格做好機(jī)組真空嚴(yán)密性管理，確保真空嚴(yán)密性合格。

4 結(jié)語

目前環(huán)保電廠配備的汽輪機(jī)單機(jī)容量一般都在50 MW 以下，機(jī)組正常運(yùn)行且機(jī)組真空嚴(yán)密性試驗(yàn)下降速率不超400 Pa/min 的條件下，非常適合使用羅茨—水環(huán)真空泵組維持機(jī)組真空，其節(jié)電效益可達(dá)70%以上；同工況下羅茨—水環(huán)真空泵組可小幅度提高機(jī)組真空約150 Pa。與原有大功率水環(huán)真空泵搭配使用，既能滿足機(jī)組快速啟動(dòng)的要求，又能滿足機(jī)組正常維持真空安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求，為同類型環(huán)保電廠進(jìn)行汽輪機(jī)真空系統(tǒng)節(jié)能、降噪改造提供了參考。