摘要：凝汽器属于1000MW超超临界机组重要的辅机，火电厂的经济、安全运行直接受到其真空的好坏影响。基于此，本文将简单分析1000MW超超临界机组凝汽器抽真空系统存在的问题，并深入探讨凝汽器抽真空系统优化方案，希望研究内容能够给相关从业人员以启发。
关键词：1000MW超超临界机组；抽真空；凝汽器；蒸汽喷射
前言：通过多台大功率水环真空泵维持机组真空属于较为传统的抽真空系统，但这类抽真空系统在1000MW超超临界机组中的应用很容易在夏季工况出现问题，如因出力降低导致机组真空下降、因汽蚀导致真空泵性能下降，相关问题的针对性处理正是本文研究的关键所在。
1.1000MW超超临界机组凝汽器抽真空系统存在的问题
1.1工程概况
以某建设有1000MW机组的火电厂作为研究对象，该火电厂安装有超超临界参数、一次再热、变压直流、π型锅炉，以及超超临界、单轴、四缸、四排汽、一次中间再热、凝汽式气轮机，汽轮机THA工况、TRL工况设计背压分别为4.8kPa（a）、9.5kPa（a）。机组采用双背压运行的凝汽器，拥有采用并联方式的抽真空系统，循环水源取自附近水库，机组冷却水采用闭式冷却水系统。
1.2问题分析
火电厂所在地下降温度最高可达到43.2℃，且取自附近水库的水源在夏季时水温过高，投产以后火电厂1000MW机组的真空泵组存在接近50℃的最高工作水温，泵内在高真空状态下发生汽化，真空泵因此频繁出现叶片断裂事故，机组安全稳定运行受到了严重威胁。为保证1000MW超超临界机组的安全稳定运行，必须设法优化凝汽器抽真空系统，否则起泵汽蚀将导致真空泵使用寿命缩短，冷却水温最高季节与用电高峰期的重叠也会导致机组出力下降，无法满足当地用电需要。为保证机组凝汽器抽真空系统的可靠性和安全性，需针对性优化凝汽器抽真空系统[1]。
2.1000MW超超临界机组凝汽器抽真空系统优化方案
2.1优化思路
为解决夏季工况火电厂1000MW机组冷却水温高且水环真空泵汽蚀频发问题，优化存在两条道路，分别为提高汽蚀温度方案（提高真空泵入口压力）、制冷水方案（降低真空泵冷却水温度），其中制冷水方案的电耗高、占地面积大、系统复杂、维修工作量大，且具体应用的效果并不好，因此采用提高汽蚀温度方案，具体优化方案包括大气喷射器方案和凝汽器蒸汽喷射真空系统方案。
2.2优化方案
所谓大气喷射器方案，指的是将大气喷射器加装于1000MW机组凝汽器抽真空系统的水环真空泵前，大气喷射器可利用大气压与水环真空泵运行时吸入口间存在的压差，向喷嘴引入常温常压的大气以得到超音速，高度真空可由此混合室形成，被抽气体可由此吸入。混合两股气流后，进入水环真空泵前由扩压管负责升压，混合气体最终由水环真空泵抽走。在大气喷射器方案的具体实施中，每组抽真空系统应由水环真空泵与大气式喷射器组成，规格相同的抽真空系统需每台机组配置三套，在于凝汽器抽汽母管上并联三套系统，具体设计应以最大抽吸需求可由每套抽吸能力满足为依据，保证凝汽器抽真空以及维持真空需求可由任意两套抽真空系统满足。启动机组时，需存在同时运行的三套抽真空系统，以此实现快速建立真空，正常运行时的机组需同时运行“水环真空泵组+大气式喷射器”，两运一备的三套系统即可保证火电厂1000MW机组的安全稳定运行[2]。
所谓凝汽器蒸汽喷射真空系统方案，指的是基于常规抽真空系统，将凝汽器蒸汽喷射真空系统加装于水环真空泵前，防止汽蚀目的可基于真空泵入口压力提高实现，同时采用蒸汽作为驱动介质。
凝汽器蒸汽喷射真空系统方案在应用中可向射汽抽气器喷嘴驱入蒸汽，蒸汽的压力可由喷嘴转变为速度能，从喷嘴高速喷出的蒸汽可形成高度真空负压区于蒸汽室中，泄漏空气和不凝结气体的混合物可由凝汽器内吸入蒸汽室内，并最终进入扩散管，压力升高、流速度减慢的蒸汽进入冷凝器进行冷却，后一级的水环真空泵负责将冷凝后剩余的不凝结气体和少量水蒸气抽走。凝汽器蒸汽喷射真空系统方案在具体实施中需分为启动喷射系统和正常蒸汽喷射系统，正常蒸汽喷射系统由三套单元制蒸汽喷射器、水环真空泵、辅助设备、冷凝汽（管式换热器）、配套自动控制系统组成，一套启动喷射系统服务于一台机组，包括消音排空设备、启动蒸汽喷射器。凝汽器抽汽母管上并联三套单元制蒸汽喷射抽真空系统和一套启动蒸汽喷射抽真空系统。以单位时间最大抽吸需求准则设计启动蒸汽喷射抽真空系统，机组启动蒸汽喷射抽真空系统会在其启动时运行，以此实现快速建立真空，存在约8000kg/h的启动蒸汽耗量。系统蒸汽喷射器吸入口设计压力点为凝汽器的最低背压，动力介质采用辅助蒸汽，存在200kg/h的驱动蒸汽耗量（每台蒸汽喷射器）。凝汽器热井负责收集管式换热器的冷凝水，闭式水进行管式换热器的冷却水冷却。
2.3技术性对比
方案技术性对比可从系统、运行电耗、系统运行和提高真空、启动建立真空时间、系统布置占地面积和冷却水消耗量共五方面入手。基于系统对比可以发现，相较于仅需要串联一套大气喷射器于已有真空泵前的大气喷射方案，凝汽器蒸汽喷射真空系统方案需设置蒸汽喷射器及冷凝器于真空泵前，且需要同时提供冷却水、配置排汽管道和消声器、启动喷射器，因此在系统简单性方面大气喷射方案的优势明确；基于运行电耗进行对比可以发现，相较于改造前，大气喷射器方案会增加45%以上的常规真空泵电机功率，大气喷射器方案、凝汽器蒸汽喷射真空系统方案应用中的真空泵电机功率分别为240kW~260kW、50kW~70kW，后者在减少厂用电率方面优势明确；对于系统运行和提高真空可以发现，采用空气作为动力气源的大气喷射器很容易导致真空泵电机烧坏，这是由于冷凝器冷凝用于空气动力气源，抽吸负荷增加的水环真空泵会同时出现电流增加。在夏季和冬季，凝汽器蒸汽喷射真空系统方案的抽吸能力、运行均较为稳定，在提高真空度方面的优势也较为明显；对比启动建立真空时间可以发现，大气喷射器方案、凝汽器蒸汽喷射真空系统方案建立真空时间分别为60min、20min左右，后者的优势极为明显；对比系统布置占地面积和冷却水消耗量可以发现，两种方案基本不存在差别。
2.4经济性对比
为对比两种方案的经济性，可采用两种常用算法，即假定对外供电量不变、假定汽机进汽量相同，同时设定煤价、上网电价、年利用小时数为700元/吨、含税439.2元/MWh、5500h。假定对外供电量不变开展计算，可确定大气喷射器方案、凝汽器蒸汽喷射真空系统方案的年耗电费用分别为101.4万元、24.1万元，多耗蒸汽的燃料费用分别为15.4万元、39.5万元。假定汽机进汽量相同，机组会少发48kW的电量，两种方案总节省的电费为54.1万元。开展经济性对比可以发现，初投资方面凝汽器蒸汽喷射真空系统方案更高，但在投资回报率、运行收益方面该方面的优势也较为明显。
开展综合对比，可确定凝汽器蒸汽喷射真空系统方案能够更好服务于1000MW超超临界机组凝汽器抽真空系统优化，优化后方案的效果得以如期发挥。
结论：综上所述，1000MW超超临界机组凝汽器抽真空系统优化需关注多方面因素影响。在此基础上，本文涉及的优化方案、技术性对比等内容，则直观展示了凝汽器抽真空系统优化路径。为更好服务于1000MW超超临界机组，具体优化还需要考虑加装冷水机等途径，真空泵工作液温度对凝汽器真空带来的影响也需要引起业内人士重视。
参考文献：
[1]朱晓磊,钟达文,孟继安,李志信.1000MW火电机组凝汽器内乏汽流动与传热特性数值分析[J].汽轮机技术,2019,61(06):447-450.
[2]单龙辉.1000MW机组凝汽器真空系统优化[J].中国设备工程,2018(06):46-47.