罗茨水环真空泵组在330MW机组节能改造中的应用

罗茨水环真空泵组在 330MW机组节能改造中的应用

刘玉泽 马驰原 武瑞林

内蒙古国华准格尔发电有限责任公司 内蒙古自治区 鄂尔多斯市 010300

摘要：本文结合准格尔电厂真空系统现状，对罗茨水环真空泵组在330MW机组节能改造中的应用进行了优劣对比，并分析其改造后效果。

关键词：罗茨真空泵；330MW机组；改造

引言

随着我国更加重视节能和减少排放的工作，建设高效和无害环境的发电厂已成为电力公司管理中的一个重要因素。目前，在提高真空系统的能源效率方面有一些成功的例子，解决办法是基于这样一个事实，即在该单元正常运行期间，真空系统抽取的气量可由罗茨泵压缩后再经过水环泵，通过罗茨泵的压缩特性来实现节能。罗茨水环真空泵组的特点是干式无油、低能耗和高真空，因此被证明适合于电厂凝汽器抽真空的应用，本研究还将探讨在330MW单元真空系统应用中对罗茨水环真空泵组进行选择、处置和控制的问题，并将探讨如何处理和控制这些问题。通过合理设计，凝汽器的正常真空水平将保持不变，以实现节能。

1电厂真空系统现状

某发电厂的汽轮机#8是北京汽轮电机有限公司N330-17.75/540型的一个再热凝汽式汽轮机，额定功率为330MW。#8号机器的凝汽器吸附系统有两个100%的水环真空泵，可在凝汽器启动时为凝汽器制造真空。

在该单元正常运行期间，两台真空泵一运一备运行，真空泵发动机的运行电流约为220A，凝汽器的真空保持在大约-85千帕[1]。真空度稳定，真空泄漏率约为54帕/分。

水环式真空泵组的缺陷及改造的必要性：

（1）原设计主要用于汽轮机泵组启动初期和快速建立真空，对于抽真空机组在27分钟内达到6.3千帕，单台干空气泵出力不小于75千克/小时的启动要求，已抽干空气量为52千克/小时的运行工况下，实际运行情况下，由于凝汽器中只有少量凝析气，真空泵接近空载运行，水环真空泵维持系统所需真空度有较大裕度，浪费能源消耗。

（2）水环真空泵的特点决定了其效率较低，其总效率在高水温高真空度时约为50%。

（3）原来的真空泵是一个水环式真空泵。它的抽气能力受到工作水温度的严重影响。在水温较高的情况下，它的抽气能力迅速下降，而水环泵容易发生汽蚀。夏季水环泵进水口温度通常为40℃；容易发生汽蚀和噪音增加。

（4）工作水冷却器是一个板热交换器，冷却水从开式水中抽取，由于板式换热器板片与板片之间的间隙较小，通道经常被阻塞，造成冷却效果变差，水环真空泵工作用水的温度太高，导致真空泵效率降低，在严重情况下会出现凝汽器真空下降。

从改善单位经济、减少工厂能源消耗、增加经济效益和保护设备的整体角度来看，有必要优化吸入系统的转化。

2真空泵组改造方案概述

近年来，在真空泵组转换的实践中出现了若干选择，包括增加蒸汽喷射器，使用一个真空提高装置，以及在水环真空泵中增加一个空气喷射器，在实际应用和性能比较之后，决定用一组罗茨水环泵对该电厂进行改造。

2.1罗茨水环真空泵组的主要特点

对罗茨水环真空泵的改造并没有改变原来的两个水环真空泵，而是在原先的真空泵旁边安装了一套高效率的真空泵组，其总面积约为4平方米。主管并连接到这一组罗茨水环真空泵。罗茨水环真空泵组由两台罗茨真空泵和一台水环真空泵组成。当运行罗茨水环真空泵时，蒸汽和干空气经罗茨真空泵加压进入级间冷却器，由级间冷却器冷却后进入水环真空泵，降低了水环泵的进气温度使得水环泵效率提升，同时罗茨真空泵的增压使水环真空泵的进口压力加倍，保证了水环真空泵的高效稳定运行[3]。

在发电装置起动中迅速建立真空状态期间，使用原先的吸入系统运行；在正常运行期间，两台原先的水环真空泵通过改换为一组罗茨水环真空泵组，置于备用状态，这提高了可靠性和运营成本。

对于某发电厂的第4号机组，正常运行的汽轮机凝汽器的气体损失很小。在标准真空强度测试中，真空下降率低于80帕/分，而在更大的范围内，当真空强度为200帕/分时，泄漏的空气量估计约为20千克/小时。

2.2方案可行性分析

按照真空度在5kPA时对应200PA/min的真空漏率下，可以通过从凝汽器真空系统中抽取20kg/h的空气来维持系统的真空，办法是选择一个实际抽水能力大于1650M3/h的真空泵。

到了夏天，极端的背压可能达到10千帕，并且凝汽器漏率小于500帕/分钟，通过从凝汽器真空系统中抽取50公斤/小时的空气，可以保持系统的真空状态，办法是从罗茨水环真空泵中选择一组有效抽水能力超过2900M3/h的真空泵。最大吸入能力为5300M3/h，可在正常工作条件下和极端工作条件下满足要求。由于罗茨水环真空泵组中的罗茨泵是一款干式真空泵，干式泵的抽气速度不受水温影响，因此罗茨水环真空泵组在夏季运行工况中比水环真空泵可靠性更高。

2.3热工逻辑需要修改的内容

热控制专业的额外要素：水环泵、罗茨泵和气动门控制设备；测量部分的开关量点和模拟量点的增加；在DCS运行画面中增加罗茨水环泵系统的图像；制作逻辑系统，增加罗茨的罗茨水环泵的联锁逻辑系统。

（1）罗茨水环泵组增加联锁开关，原真空泵处于备用状态时投入运行。当任一罗茨泵和水环泵跳闸，或凝汽器真空值小于-70KPa时，联锁启动一台真空泵。10秒后，A真空泵工作正常，B真空泵不同时启动。如果真空泵启动后继续下降或真空泵跳闸，则联锁启动B真空泵。

（2）罗茨水环泵组的启动条件是泵组入口真空值大于-75KPa。罗茨水环泵组启动顺序为：启动（前级泵）小水环真空泵→延时30秒自动启动两台罗茨泵→启动罗茨泵后自动打开入口气动蝶阀。罗茨水环泵组的关闭顺序为：关闭罗茨水环泵组入口气动蝶阀→停止罗茨泵→停止小水环真空泵。

（3）当罗茨水环泵组的气水分离器中的水位低到150毫米时，就会发出低水位警报。同时，向补水气动阀门发送一个信号，该工艺控制补水入口处的气动阀门打开，气体分离器开始补水[3]。当分离器的水位达到300毫米时，就会发出信号使得气动阀门关闭，停止补水。

2.4真空系统优化改造后的节能效果

2019年，某发电厂对两组真空泵和入口处管道系统进行了改造，取得了良好的运营效果，并改善了各单位的安全和经济状况。

原单位使用的水环真空泵的正常工作电流约为220A；罗茨水环真空泵组的正常工作电流仅为30A。电流大约减少190A，节能效果是显而易见的。

新的罗茨水环真空泵组比现有的两个水环真空泵大约少85%的电力消耗，从而减少了工厂的电力消耗。机组全年运行5500小时，使用电压线路U=0.38千伏，则年节约电量21万元，与翻修费用相比，投资费用可用不到三年收回。

表1改造前、后参数对比（2019-9-8）

3结语

罗茨水环真空泵组节电效益可达80%以上，非常适合用作机组维持正常运行的凝汽器真空。既能保证机组安全要求，又能满足节能减排要求。

参考文献

[1]曾辉,樊锐锋,李亚康. 660MW火电机组罗茨真空泵出力下降分析[J]. 热电技术,2019,(04):22-24.

[2]刘守斌,杨日尧. 高效罗茨水环真空泵组在空冷机组的应用[J]. 电工技术,2019,(14):153-155.

[3]熊楚林. 罗茨真空泵在600MW机组节能改造中的应用[J]. 设备管理与维修,2019,(08):85-86.