罗茨水环真空泵组在9E联合循环机组节能改造中的应用

罗茨水环真空泵组在 9E 联合循环机组节能改造中的应用

唐华民

珠海深能洪湾电力有限公司， 广东 珠海 519000

摘要：介绍了某9E联合循环机组N60-5.6/0.56/527/255型双压凝汽式汽轮机在真空系统上的节能技术改造，在原有真空泵组的基础上并接一套小型的罗茨--水环真空泵组。机组正常运行中利用罗茨--水环真空泵组替代原有真空泵组维持凝汽器真空，以降低厂用电率，提高机组发电效率。

关键词：罗茨水环真空泵 凝汽器真空 节能改造

0 引言

某厂建有2套180MW的9E蒸汽-燃气联合循环发电机组，其中汽轮发电机组为哈尔滨汽轮机厂有限责任公司生产的型号为：N60-5.6/0.56/527/255 型双压凝汽式汽轮机。凝汽器型号为N-6200-10型，单壳体、双分流、表面式，冷却面积为6200 m2 ，凝汽器背压为7.4KPa，额定乏汽流量为210t/h。每台机组配置2台100% 容量AT-1006型双级锥体水环式真空泵，机组启动初期为了快速建立真空，通常采取两台真空泵组并列运行，机组正常运行时两台真空泵组一用一备，运行电流80A左右。双级锥体水环式真空泵名牌参数如表一所示。

表一 双级锥体水环式真空泵

1 原真空泵组运行状况

从多年的运行情况来看，虽然机组的真空严密性较好，基本都达到低于 100Pa/min的优良水平，但也呈现真空严密性变差趋势，真空泵组叶轮等也出现一定程度的汽蚀损坏。水环式真空泵存在着以下几个缺点：

1. 选型偏大。

该厂在汽机真空泵设计选型时，主要考虑满足机组快速启动的响应速度（3 0分钟内能达到机组启动要求真空值）和最大的允许漏气量作为选型原则，以适应二班制、启动频繁等各种运行工况。在机组正常运行时，凝汽器真空主要依靠大量循环冷却水冷却做功后排入凝汽器的乏汽，使乏汽迅速冷凝，原蒸汽空间形成高度真空；少量不凝结气体及漏入凝汽器的空气靠真空泵组抽出。故机组正常运行时，利用原真空泵组维持系统真空有较大富余量，真空泵配置的功率偏大。AT-1006型双级锥体水环式真空泵由两级叶轮组成；低真空运行期间，位于第二级的排气汇集管里的逆止阀处于打开状态 ，允许第一级的排出物直接排到外面的大气排气分离器，只有第一级具有抽吸功能；第二级叶轮处于空转状态，轴功率损耗大。

2）水环真空泵性能、出力受制于工作水温度的变化。

据相关研究表明，当工作水达到35℃以上，抽气能力急剧下降 80 %左右，而该厂地处珠江出海口，夏季平均气温高达33℃，且该厂循环水系统为闭式循环，水温比开式循环高2~3℃，夏季真空泵冷却器冷却水的温度达到32℃以上，导致水环真空泵的抽气性能下降较大，这也是夏天高负荷时该厂凝汽器真空经常降至-90kPa以下的主要原因。

3）水环真空泵设备的内部机械性能（如裂纹问题） 受汽蚀现象影响大，设备维护成本高，常年低负荷运行影响设备的安全运行。

该厂原配备的真空泵组为单水环真空机组，在5kpa左右的入口压力下，水环真空泵会出现汽蚀现象，长期低真空运行下，水环泵叶轮易出现蜂窝状的汽蚀损坏。

2 真空系统节能改造方案

利用机组大修期间，在原配备的真空泵组基础上，在抽真空母管上并接一套罗茨--水环真空泵组。罗茨水环真空泵组是由一台气冷罗茨真空泵和一台水环真空泵串联而成的。并在原有真空泵组逻辑保护的基础上，窜入相应的逻辑条件确保各真空泵组间的连锁启停功能。罗茨水环真空泵组系统组成如图一所示，气冷罗茨真空泵作为装置的主泵，在较低的入口压力时有较大的抽气速率，但不能单独使用，必须与前级真空泵串连。水环真空泵作为气冷罗茨真空泵的前级泵，由水环真空泵先把入口压力抽到气冷罗茨真空泵允许的入口压力，再启动气冷罗茨真空泵，形成气冷罗茨真空泵+水环真空泵串联运行状态，气冷罗茨真空泵排出的气体由水环真空泵抽走。

表二、罗茨水环真空泵组名牌参数 图一 罗茨水环真空泵组系统图

3. 真空系统节能改造安全可靠性分析

本改造方案是保持原配备真空系统设备及相关逻辑保护功能不变的基础上，并接了一套罗茨水环真空泵组，系统采用PLC 控制，可实现远程和就地操作。在机组启动建立真空期间使用原配备真空统运行；在机组正常运行期间，投运运罗茨水环真空泵组，将原真空泵停运作备用；当真空系统发生严重泄漏或罗茨水环真空泵组设备故障检修时，投运原有真空泵组以满足机组真空要求。改造后机组正常运行时主要以罗茨水环真空泵组维持真空，实现一运两备，设备之间有可靠的联锁保护功能，大大提高了真空系统运行的安全可靠性。

4. 真空系统节能改造的经济分析

4.1 运行功耗降低

真空系统节能改造后，机组正常运行时利用水环罗茨真空泵组（额定功率26KW，运行电流23A）替代原配备的AT1006型水环真空泵组 (额定功率55KW，运行电流80A)，同样工况下较节能改造前真空泵组每小时运行电耗降低了32kW · h，达到节能的效果，节省了运行成本。

4.2提升凝汽器真空度（提高汽机的发电量）

水环罗茨真空泵组具有强劲的抽吸能力，在高真空时抽气量比水环真空机组大幅提高，通过降低凝汽器干空气的分压，使得极限真空度比水环真空机组更高，从而提升了凝汽器真空度。且水环罗茨真空泵组受工作水温度和大气温度变化的影响极小，能快速将空气抽出真空系统外，使凝汽器的传热性能提高，进而提高机组的热效率。其节能效果与真空系统严密性呈反比关系，即真空严密性越差，则节能效果越大，特别是在真空系统泄漏量较大时，效果将更加明显。该厂机组真空系统节能改造前后数据如表三。

五、结论

这种由罗茨泵+水环真空泵组合的高效真空泵组，在发电厂已得到广泛应用，技术成熟可靠，节能效果明显，符合国家节能减排的要求。同时降低了水环真空泵汽蚀问题等的检修周期和费用。罗茨泵+水环真空泵组进一步提高了凝汽器的真空度，节能效果显著；同时真空系统由一用一备变成一用两备，提高了真空系统的安全可靠性。

参考文献：

[1]N60-5.6/0.56/527/255型汽轮机产品使用说明书.哈尔滨汽轮机厂有限责任公司.

[2]宋 哲.罗茨-水环真空泵组在电厂节能改造中的应用.电力安全技术改造，2015，（12）.

[3]韩爱国.应用罗茨–水环真空泵对天然气发电厂真空系统进行技改.电力系统装备，2018,（05）.

[4]沈士一等．汽轮机原理．北京：中国电力出版社.

作者简介：唐华民（1989—），男，广西人，工学学士，珠海深能洪湾电力有限公司运行助理工程师。