浅析高效真空泵在燃气电厂中的推广与应用

【摘 要】珠海电力一期建设两套M701F4燃机-蒸汽联合循环机组，每台机组凝汽器配置2台水环式真空泵，总计4台真空泵组，启动时机组2台真空泵同时运行，快速建立真空，正常运行时，一运一备，维持凝汽器真空，但在机组正常运行时，维持系统真空时有较大富余量，建立真空不能与维持真空混为一谈，因此，把建立真空的真空泵用作维持真空的真空泵显然是浪费能耗的。

【关键词】高效真空泵；凝汽器；真空度

在设计选型时，主要考虑快速启机的响应速度（30分钟内能达到启机要求真空值）和最大的允许漏气量作为选型原则，根据HEI标准，真空泵的抽气能力需按照HEI标准中泄漏量考虑100%的裕量来选型。海油珠海电力的凝汽器真空机组也有100%的抽气余量，单台水环式真空泵功率达90 kW。

因此，从保护设备（消除汽蚀工况）、提高机组经济性、降低厂用电率、增加经济收入，减少维护工作量等方面出发，在凝汽器抽真空系统增设高效真空泵可提高凝汽器真空系统的经济性，实现节能降耗。

汽轮机凝汽器是由喉部、水室、壳体、及底部的滑动、固定支座等组成的全焊接结构，系单壳体、双流程、表面式凝汽器。采用海水开式冷却，海水取自厂区西南处的十字沥海域。

每台机组凝汽器共配置2台水环式真空泵，总共4台真空泵机组。启动时，两泵同时运行，快速建立真空，正常运行时，一运一备，维持凝汽器真空。

水环式真空泵由佶缔纳士机械有限公司所生产，型号为TC-10E双级锥体真空泵。参数如下表：

一、珠海电力系统现状

1、机组正常运行中，真空泵余量过大

凝汽器真空泵的作用是抽走凝汽器中泄漏进去的干空气以及不凝结气体以维持凝汽器的高真空。在凝汽器真空机组设计选型时，根据HEI标准，真空泵的抽气能力需按照HEI标准中泄漏量考虑100%的裕量来选型，而实际在我国电厂设计中，会进一步扩大真空机组的抽气裕量；另外，考虑到每年燃气电厂开停机次数多，为了缩短开机时凝汽器建立真空的时间，真空泵的抽气量也会往大抽气量机型选型。根据统计佶缔纳士机械有限公司承接的电厂真空泵项目中，国内燃气电厂的凝汽器真空机组都存有高达100%以上的抽气余量。

珠海电力机组设计工况条件下（入口压力4.9kPa，冷却水温20℃），现有机组TC-11E单泵出力高达65kg/h，在凝汽器严密性良好的情况下，根据经验，460MW燃气发电机组凝汽器干空气泄漏量不足20kg/h，真空泵抽气裕量已经高达250%。由于真空泵容量过大，给整个凝汽器系统带来许多弊端，会造成真空泵震动、噪音大、能耗高，容易发生气蚀，降低机组运行的安全性和经济性。

2、水环式真空泵的极限

由水环式真空泵的工作原理（图1）可知，当真空泵水环温度达到凝汽器压力下对应的饱和温度时，泵内水环开始汽化，不但使真空泵的抽吸能力急剧下降，达到极限能力，长时间运行还会引起真空泵叶片汽蚀损伤。此时若想再次提高水环式真空泵的极限，就必须不断降低水环温度，这显然需要较高的运行成本，经济性较差。

二、高效真空泵达到的预期效果

电力工业是节能减排的重点领域之一，面对环境压力，国家对节能减排的要求日益严格。在“十三五”期间，要完成新的节能减排目标，难度将会进一步加大。发电企业要想在日益激烈的市场竞争中保持良好的发展优势，就必须采取有效措施，大幅度降低机组的运行成本，而节能降耗是一个重要的手段。

为此，我司计划对真空系统进行了针对性的节能改造，在原有真空系统上并联一套具有合适抽气量、高效的水环-罗茨真空泵组作為高真空维持系统使用，如图2。在机组启动和停运的过程中，利用原水环式真空泵抽速快的特点快速建立真空，当机组真空系统趋于稳定后则运行水环-罗茨真空泵维持高真空度并停运原水环式真空泵。此运行方式极大地减少了机组用于真空系统的能量消耗。广东多家燃气电厂均已做了改造，此次调研的目的就是了解水环-罗茨真空泵组的运行情况、品牌的产品质量和技术专利、设备的安装施工、改造的费用和工期等，便于我司下阶段开展真空系统升级改造工作。

三、已投入高效真空泵电厂运营情况分析

1、广东省三家同类型电厂真空系统改造情况

真空系统改造后的运行方式：

（1）当机组进行启机安排时，整个启动过程使用大真空泵运行，当机组负荷达到稳定负荷260MW，真空稳定时就投入罗茨-水环泵组运行，停运大真空泵并投入联锁备用，若机组真空降低（>11kPa）或罗茨-水环泵组故障，则大真空泵联锁启动。

（2）当机组进行停机安排时，停运过程中一直保持罗茨-水环泵组运行，除非真空有较大变化时才启动大真空泵，特别留意轴封由自密封转成辅汽供应这个阶段当轴封压力下降时真空值的变化。

（3）根据经验当机组真空严密性较差时（>0.2kPa/min），罗茨-水环泵组将无法维持较好真空运行，此时应切换至大真空泵运行，并立即排查真空系统泄漏点。

通过数据分析，我们认为采用上述运行方式后，可以确保机组真空系统改造后的安全可靠运行。

2、节能效果测算

从两家电厂的数据测算，真空系统改造后，节能效果显著且机组真空并未发生降低。

四、结语

根据以上的数据情况总结建议，此项方案具有广泛的适用性，目前珠海电力两台台机组的真空严密性均低于0.25kPa/min，达到优良的标准，进行真空系统的优化改造，一方面有很好的节能效果，另一方面也有助于进一步提高凝汽器真空度。罗茨-水环泵组的选型应适当增加余量，优先选罗茨泵11kW，水环泵11kW电机，总功率22kW的泵组或者罗茨泵18.5kW，水环泵11kW电机，总功率29.5KW的泵组。罗茨-水环机组的安装方式拟采用地脚螺栓直接固定，底部浇筑水泥增加刚性。这种安装方式工期较短、成本较低，完全可以满足泵组的安装要求。

参考文献：

[1]杨宇林，中海油珠海天然气发电有限公司机务检修规程（第二部分）；

[2]M701F4燃气-蒸汽联合循环机组运行维护手册（汽机分册）。

（作者单位：中海油珠海天然气发电有限公司）