(大唐贵州发耳发电有限公司 贵州六盘水 553017)
摘要：机组运行中，凝汽器水环真空泵运行的好坏直接关系到其经济性。在机组运行中，汽轮机排汽凝结后产生会产生一部分的不凝结气体，这部分不凝气体不及时抽出，凝汽器真空就会下降，机组运行经济性下降。为提高凝汽器水环真空泵的抽吸能力，进而提高凝汽器真空度，提高组运行的经济性，同时，避免增启开式补充水泵，减少电耗，减少设备运行及检修维护费用，降低检修及运行维护工作量。故针对凝汽器水环真空泵冷却水源及设备运行运行工况，特对凝汽器水环真空泵冷却水源进行改造。在这里针对凝汽器水环真空泵冷却水源改造及效益进行分析，本文旨在简要介绍凝汽器水环真空泵冷却水源改造及效益情况，在凝汽器式火力发电厂生产过程中的操作和作用，以及改造后设备系统的运行维护、操作方法及相关注意的问题，为同类型机组的运行提供借鉴及参考。
关键词：凝汽器；水环真空泵；冷却水源；经济性
1 前言
火力发电厂是一次能源消耗的大户，降低火电厂的煤耗对于实现“十一五”节能减排目标有着十分重要的作用。节能降耗与企业的生存与发展密切相关，降低发电成本、提高机组运行经济性是火力发电企业的迫切需要。凝汽器真空度是影响火电厂成本的最主要因素之一，对汽轮机的运行经济性、安全性及调节都有很大的影响。在运行过程中，凝汽器真空度不仅受到自身运行参数（机组负荷、循环水流量、循环水温度等）的影响，而且还受到抽气设备工作状态的影响。现凝汽式大容量机组的抽气设备多数选用了水环真空泵，水环真空泵虽有抽气量大、节能、节水等优点，但也极易出现工作水温度高问题。水环真空泵工作水温度的高低，将影响水环真空泵的性能，进而影响凝汽器真空度。因此，找出对水环真空泵工作水温度影响的因素，并采取对策，保证水环真空泵工作良好，将对机组经济性产生积极地作用，对于提高机组的经济性具有重要的意义。
为提高水环真空泵的抽吸能力，进而提高凝汽器真空度，提高机组运行的经济性，同时，避免增启开式补充水泵，减少电耗，减少设备运行及检修维护费用，降低检修及运行维护工作量。故针对水环真空泵冷却水源及设备运行工况，特对水环真空泵冷却水源进行改造。在这里针对水环真空泵冷却水源改造及及效益进行分析，本文简要介绍水环真空泵冷却水源改造及效益情况、运行操作及注意事项，为同类型机组的设备系统改造提供借鉴及参考。
大唐贵州发耳发电有限公司（以下简称发耳公司）四台机组水环真空泵冷却水源改造后，其冷却水由变频冷却水泵提供，冷却水温度比环境温度平均低4℃，比之前本机循环水泵提供的冷却水温度低，水环真空泵抽吸能力提高，从而凝器汽真空度得到提高，保证了机组运行经济性。证明了水环真空泵冷却水源改造是提高机组经济的重要手段。
2 原因分析及对策
2.1 水环真空泵的工作原理
水环真空泵是以泵转动部分的机械作用排除泵体内气体，其工作原理为：偏心轮安装在充有适量工作水的椭圆形泵体内，带有若干前弯叶片的转子在泵体内旋转时，形成水环并在叶轮轮毂与水环间形成一个新月形空腔，转子每转动一周，转子上两个相邻叶片与水环间所形成的空腔，由小到大、再由大到小作周期性变化。当空腔由小变大时，产生真空，经进气口吸入气体；由大到小时，产生压力，气体被压缩并经排气口排出。由于每个相邻叶片与水环所构成的空腔均处于不同的容积变化过程，所以当转子转动时，泵的吸排气均为连续、不间断过程。由于在工作过程中，做功产生热量，会使工作水环发热，同时一部分水和气体一起被排走，因此，在工作过程中，必须不断地给泵供水，以冷却和补充泵内消耗的水，满足泵的工作要求。同时，在泵排气口一端接有汽水分离器，抽入的气和所带的部分水排入气水分离器后，气体由排气管排出，水由于重力作用留在分离器内并经回水管供至泵内循环使用。
2.2 工作水温度对水环真空泵及凝汽器真空的影响
从热力学角度可知，当水的温度达到其对应压力下的饱和温度时就会汽化。运行中的真空泵吸气腔的真空比凝汽器真空要高些，而形成水环的工作水受到真空泵叶轮做功，其温度要升高，所以在真空泵冷却水温度高的情况下，工作水就会汽化，真空泵将发生局部汽蚀，抽吸能力将下降。由道尔顿定律可知，工作水温度越高，水环真空泵所能抽吸的真空度就越低，同时工作水还起到冷却气体和密封工作腔等作用。因此，降低工作水温度可以提高水环真空泵的极限真空，工作水温度越低则极限真空越高，且在相同吸入口压力下的抽气量越大。
当水环真空泵抽气不足时，漏入凝汽器内的空气不能及时地被抽出，造成空气在凝汽器内积聚。空气积聚降低了凝汽器汽侧换热系数，进而影响凝汽器总的传热系数，随着空气积聚浓度的增大，汽侧放热系数减小，进而使传热系数减小，传热系数的减小又使凝汽器传热端差增大及真空度降低。
2.3 对水环真空泵工作水温度的影响
根据水环真空泵的工作原理得知，水环真空泵工作水是在冷却器、气水分离器、真空泵腔内闭式循环流动形成吸热放热循环。水环真空泵抽吸能力主要取决于工作水温度及流量，这两个参数的变化决定了水环真空泵系统的工作效率，而工作水的温度又取决于冷却器的冷却水温度情况。故真空泵工作水的冷却水温度决定了工作水的温度。
2.4 水环真空泵冷却水系统改造前情况
发耳公司四台机组的水环真空泵冷却水原设计由各台机组循环水泵提供或开式水补充水泵提供，改造前系统图如图1所示。真空泵冷却水由循环水泵提供时，循环水温度高，其温度比环境温度高4～5℃，导致真空泵的冷却效果差，真空泵抽吸能力减弱，凝器汽真空度低，机组运行的经济性差。真空泵冷却水由开式水补充水泵提供时，其水源均取自于工业水池，工业水池水温与环境温度接近。用开式水补充水泵供真空泵冷却水时，开式补开式水补充水泵参数为6kV、280kW，耗电量高，运行经济性差；另外单台开式水补充水泵流量1600m3/h，每台真空泵冷却水为30m3/h，每台机按两运一备计算，需要流量为240m3/h，这流量远远低于开式水补充水泵流量，故用开式水补充水泵供时，管道出口压力高，引起管道系统超压；大流量水泵在小流量工况下运行时，使泵体温升高，径向推力增大，导致设备损坏。变频冷却水泵参数为380V、150kW，流量为550m3/h，装有变频调节器。
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2.5 降低水环真空泵工作水温度的对策
根据水环真空泵冷却水系统情况，发耳公司对其冷却水系统进行改造，选择变频冷却水作为降低水环真空泵的工作水温的冷却水源，改造后系统图如图2所示中的红色部分。本改造就是分别在三台变频冷却水泵出电动口门前开口，加装一个手动门后引出汇集到一根母管上再经过两个手动门与开式补充水两根母管相连接。当夏天环境温度过高时，开启变频冷却水与开式补充水联络门，开启三台变频冷却水泵出口逆止门后手动门，就可实现1、2号机组的开式水补充水母管和3、4号机组的开式水补充水母管供水，为运行水环真空泵提供比循环水温度低的冷却水，达到了降低水环真空泵工作水温度的目的。
2.6 水环真空泵冷却水系统改造特点
本改造是通过开式补水母管与变频冷却水母管联通，将部分变频冷却水泵的水通过引接到1、2、3、4号机组的真空泵冷却水母管上，解决了机组因循环水温度高，引起水环真空泵的冷却效果差，其抽吸能力减弱，凝器汽真空度降低，机组经济性差的缺点。改造后水环真空泵内工作水温度得到大幅度降低，其抽吸能力增强，机组凝汽器真空度得到提高，机组运行的经济性提高。新加装的手动门用于系统检修时的隔离，防止某一个系统检修时供给水环真空泵的低温冷却水中断。同从三台变频冷却水泵出口门前开口引接是防止变频冷却水系统检修时保证水环真空泵冷却水供水的连续性，即当变频冷却水系统检修时，三台变频冷却水泵出口关闭进行隔离，这时可以任启动一台变频冷却水泵就可给水环真空泵的提供冷却水，由于冷却水用水量不大，只要一台小流量的泵即可满足水环真空泵运行的冷却水量，故启一台变频冷却水泵比启一台开式补充水泵节约电，解决了增启开式补充水泵运行的不利弊端。故本改造既实现节能降耗提高机组经济性，又能减少了设备运行维护费用、减少了运行、检修维护工作量。
2.7 改造后的系统运行方式及注意事项
水环真空泵工作水冷却水水源由低压开式水、开式补充水及变频器冷却水三路水源供给。为了最大限度节约厂用电量，冬天环境温度低时，冷却水水源采用低压开式水供给，夏天及环境温度高时，冷却水水源采用变频器冷却水供给，开式补充水水源一般不采用。变频器冷却水泵在正常运行方式下，一台运行两台备用，通过调节运行变频冷却水泵频率维持出口母管压力在规定范围。开式水补充水泵三台备用，当所有变频器冷却水泵有故障均不能运行时，则启动一台开式水补充水泵运行，给水环真空泵提供冷却水。
水环真空泵工作水冷却水水源由低压开式水切换至变频器冷却水供给后，要注意监视好变频冷却水母管压力在规定范围，加强对凝结水泵变频器、送风机变频器本体及变频器室内温度监视。若变频冷却水母管压力低或凝泵变频器、送风机变频器本体及变频器室内温度升高时，要及时提升变频冷却水泵频率。当运行变频冷却水泵频率达50Hz仍不能满足运行要求时，则增启一台变频冷却水泵运行。
2.8 水环真空泵冷却水源系统改造后效果
发耳公司四台机组的水环真空泵冷却水由变频冷却水泵提供后，其冷却水温度低，水环真空泵的冷却效果好，使其工作水的温度大幅度降低，保证其抽吸能力，凝器汽真空度得到提高，保证机组运行的经济性；另外，从变频冷却水母管引接，避免启开式水补充水泵，从而节约厂用电，减少设备运行维护成本。
发耳公司四台机组水环真空泵冷却水系统改造后，有效降低了水环真空泵工作水的温度，与改造前相比降温幅度平均为4℃。凝汽器真空变化明显，与改造前比凝汽器真空提高了0.32kPa，使供电煤耗下降1.088g/kWh。该公司地处环境温度高地区，机组在环境温度高的运行时间达4个月（2880h），全厂日平均负荷800MW，这4个月的发电量为230400万kWh，则全年节约标煤2506.75吨，每吨标煤按700元计算，节约燃料成本175.47万元。
3 结论
用水温较低的冷却水冷却水环真空泵的工作水，可以提高真空泵的抽吸能力，进而提高凝汽器真空度，提高机组运行的经济性。本改造提高了机组经济性的同时解决了增启设备运行的不利弊端，既能实现节能降耗提高机组经济性，又能减少了设备运行维护费用、减少了运行维护、检修维护工作量。通过现场实际运行数据，使得机组经济性提高，这改造在现场应用中起到了很好的效果，希望也可被国内同类型电厂所借鉴，节约更多能源。随着电力行业改革的发展，节能降耗与企业的生存与发展密切相关，降低发电成本已成为各发电厂提高电价竞争力的首要任务。火电厂作为耗能大户，更应增强节能降耗工作，火电厂的节能降耗工作既可以提高设备效率，又能降低损耗，并且大大减少了维修费用，直接和间接经济效益明显。
参考文献：
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