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1、300MW汽輪機真空系統節能改造技術方案節能科技有限公司2015年概述目前電站汽輪機真空系統的抽真空設備主要是射水抽氣器和水環真空泵，特別是300MW及以上機組基本采用水環真空泵。這些抽真空設備，普遍存在以下問題：1）選型偏大設計選型時，主要考慮快速啟機的響應速度（30 分鐘內能達到啟機要求真空值）和最大的允許漏氣量作為選型原則，但在機組正常運行時，維持系統真空時有較大裕量。2）效率低水環真空泵的效率較低，液環真空泵總效率sms等溫指示效率0.920.95，反映實際壓縮過程與等溫壓縮過程的偏差。0.50.7，它反映葉輪攪動液體流動的損失。m0.980.99，機械效率。所以水環真空的效率很低，一2、般只有30%左右。3）水環真空泵抽氣性能受制于工作水溫度的變化水環真空泵的實際抽速Qt=Q15K，K=(P1-Pt)/(P1-P15)Qt水溫為t時的抽氣量m3/h Q15水溫為15時的抽氣量m3/hP1水環泵的吸入壓力KPa Pt水溫為t時的飽和蒸汽壓力KPaP15水溫為15時的飽和蒸汽壓力KPa K抽氣量修正系數當工作水達到 35以上，抽氣能力急劇下降 80%以上，這是因為工作水溫度升高到水環真空泵入口壓力下對應的飽和溫度時發生了汽化現象，真空泵主要應付于抽取汽化蒸汽，導致抽空氣能力大幅下降；同時，工作水溫度的升高對真空泵的極限真空值產生較大的影響這是因為極限真空值就是水環泵工作水溫度所對3、應的飽和壓力。這是夏季凝汽器端差較大的主要原因。4）水環真空泵受汽蝕現象影響大，設備維護成本高，也影響設備的安全運行，加裝大氣噴射器，雖然可以緩解水環真空泵的汽蝕，但并不節能，一般投入大氣噴射器后，水環泵電流會增大10%20%，同時整個大氣噴射-水環真空泵組的抽氣能力下降，約為單獨水環真空泵的60%左右的抽氣能力。一、汽輪機真空系統的真空泵性能參數及運行狀況以引進型300MW 濕冷機組為例，其抽真空設備一般配置2臺水環式真空泵，運行方式：一運一備，其型號基本都是353型水環真空泵，其銘牌參數如下：型 號： 2BE1 353抽 速： 4600 m3/h （88.3 m3/min）抽吸壓力： 3.4、3KPa101.3KPa（絕壓）；排汽絕壓： 101.3KPa電機額定功率： 110KW 正常運行電流： 140A隨著對機組泄漏的深入治理，300MW機組的真空嚴密性基本都達到優良水平，一般都小于200Pa/min，有的機組真空嚴密性只有幾十Pa/min，因此現有的水環真空泵在正常運行時，抽氣量的設計裕量太大，存在嚴重的大馬拉小車現象，具有較大的節能降耗空間。另一方面夏季氣溫升導致水環真空泵抽氣能力急劇下降、造成機組的真空降低，從而增加機組熱耗，影響機組的經濟性。二、羅茨水環真空泵組節能改造方案概述針對目前汽輪機抽真空系統中水環真空泵存在的上述問題,高效的羅茨水環抽真空泵組既可有效解決水環泵汽5、蝕、氣溫高時抽氣性能下降的問題，同時通過減少過大的設計裕量，可以節電 50%80%。本技術在貴州黔西電廠#3、#4機已成功應用，節能效果顯著。實施羅茨水環真空泵組改造，并不改變原有的兩臺水環真空泵，只是在抽真空母管上并接一臺羅茨水環真空泵組。羅茨水環真空泵組是由一臺羅茨真空泵和一臺水環真空泵串聯而成的。當羅茨水環真空泵組運行時，蒸汽和不凝結氣體經羅茨真空泵增壓后經級間冷凝器冷卻進入水環泵，由于羅茨真空泵的增壓和級間冷凝器的冷凝作用，使得水蒸汽基本在級間冷凝器內凝結，其汽化潛熱由級間冷凝器的冷卻水帶走，水環真空泵吸入的氣體基本都是不凝結氣體；同時羅茨真空泵的增壓，使水環真空泵的入口壓力提高一倍，6、可保證水環真空泵高效穩定運行。在機組啟動快速建立真空期間，使用原抽真空系統運行；在正常運行期間，切換到羅茨水環真空泵組而將原有的兩臺水環真空泵作備用，提高了運行的可靠性和經濟性。三、羅茨水環真空泵組改造方案可行性分析1、安全可靠性分析羅茨水環真空泵組改造方案是在原抽真空系統中，并入了一臺高效羅茨水環抽真空泵組，原有的兩臺水環真空泵仍然保留，確保系統安全可靠：1)汽輪機組啟動時，原有的兩臺水環真空泵按原運行方式投入運行；2)機組運行正常、真空穩定、真空嚴密性優良的情況下，高效羅茨水環真空泵組投入運行、原有兩臺水環真空泵作備用；3)機組真空系統發生嚴重泄漏，羅茨水環真空泵組不能維持凝汽器真空時，原7、有水環真空泵聯鎖投入運行滿足真空要求；4)羅茨水環真空泵組在停泵或設備故障時，原有水環真空泵聯鎖投入運行，羅茨水環真空泵組入口進氣門自動關閉，確保真空要求。5)目前兩臺水環真空泵為一運一備方式，經羅茨水環真空泵組改造后，機組正常運行時由羅茨水環真空泵組維持真空，實現真空泵的一運兩備，大大提高真空系統的安全可靠性：由原有的一運一備變為一運兩備。6）羅茨水環真空泵組的工作效率高，其抽吸的極限壓力值小于500Pa，比原有水環真空泵的極限壓力值（3300pa）約高一個數量級，符合真空泵選型設計的要求，因而其抽吸能力更強。2、 真空泵的抽氣量核算試驗測試表明：在真空嚴密性合格的情況下，正常運行中汽輪機凝8、汽器的漏氣量是非常少的。以300MW濕冷機組為例，在真空嚴密性為200Pa/min時，漏入的空氣量約20Kg/h。經計算，在背壓為5KPa時，真空嚴密性小于等于200Pa/min的情況下，只要選擇一臺實際抽氣量大于1650 m3/h的真空泵即可抽出漏入凝汽器真空系統的20Kg/h的空氣，維持系統的真空。300MW濕冷機組在夏季的背壓可能上升到12KPa，在真空嚴密性小于500Pa/min的情況下，只要選擇一臺實際抽氣量大于1863 m3/h的高效羅茨真空泵組即可抽出漏入凝汽器真空系統的50Kg/h的空氣，維持系統的真空。由于羅茨水環真空泵組的羅茨真空泵為干式真空泵，抽氣速率沒有水環真空泵的工作9、液水溫的影響，因此夏季羅茨水環真空泵組的可靠性更高。背壓5KPa真空嚴密性200Pa/m時漏入空氣量m3/h現水環真空泵額定抽速m3/h現水環真空泵額定功率KW現水環真空泵正常運行電流A羅茨水環真空泵組額定抽速m3/h羅茨水環真空泵組額定功率KW羅茨水環真空泵組正常運行電流A16504600110140216048.5483、 高效羅茨水環真空泵組節能效果一方面，現有300MW機組使用的水環真空泵，配置110KW電機，水環真空泵運行電流正常為140A。若選用滿足真空嚴密性200Pa/min抽氣量、總功率為48.5KW的羅茨水環真空泵組，其正常運行總電流為50A，以年運行7500小時計算，年節約10、電量約34萬KWH以上。另一方面，高效羅茨水環真空泵組具有強勁的抽吸能力，極限壓力(絕壓)可達500Pa以下，而且由于羅茨泵的增壓，使得水環泵入口壓力提高一倍以上，工作液水溫變化對羅茨水環真空泵組的抽氣性能的影響很小，避免原水環真空泵夏季氣溫高抽氣性能受工作液水溫升高而大幅下降的影響，減小凝汽器端差，提高機組真空；解決原水環泵汽蝕問題，大幅降低維修、維護成本。四、真空系統節能改造方案滿足在真空嚴密性小于200Pa/min的工況，選用抽氣量為2160 m3/h羅茨水環真空泵組。泵組配備一臺30 KW的羅茨泵及一臺18.5 KW的水環泵。1、方案設計要求 羅茨水環真空泵組是由一臺羅茨真空泵和一臺水11、環真空泵串聯而成的羅茨水環真空泵組。（1）設備要求1） 手動閥：入口抽氣管路上設手動閥一個，作隔離用；2） 氣動襯膠蝶閥：羅茨泵入口設氣動襯膠蝶閥一個，作泵組故障或泵組停機時快速隔離之用；3） 羅茨泵：配備的電機功率比標準配置功率高一級，以防變功況時出現過載現象；4） 水環真空泵：與羅茨泵抽速相匹配；5） 控制箱：設置泵組的電源、電流、運行操作及指示狀態，并向DCS提供相關狀態信號和DCS遠方控制信號；（2）聯鎖保護要求1） 羅茨泵有條件隨水環真空泵泵啟、停：當羅茨泵入口絕壓小于10KPa時，羅茨泵自動啟動；2） 泵組啟動、停止狀態聯鎖開啟、關閉羅茨真空泵入口氣動蝶閥；3） 泵組故障停機時向外12、發送故障信號，由用戶DCS發出聯鎖其他備用真空泵。2、設備系統流程如附圖1所示，真空泵組并接在抽真空母管上，通過管道與抽真空母管相連接，在羅茨真空泵入口抽氣管道上裝設一個手動閥和一個速關氣動閥，被抽吸的汽氣混合物進入羅茨真空泵增壓后，經過級間冷凝器冷卻后，進入水環真空泵，不凝結氣體經過水環真空泵壓縮后隨工作液一起排入汽水分離器，不凝結氣體經排氣管直接排大氣。水環泵工作液采用凝結水補水。3、相關專業設備及配套接口 （1）汽機專業 負責羅茨水環真空泵組的安裝，包括泵組冷卻水的管路連接。（2）電氣專業羅茨水環真空泵組有兩臺電機：羅茨真空泵電機、 水環真空泵電機。真空泵組設有控制箱一只，內設電流、電壓13、指示表各一塊，泵組啟停控制及保護等元件，設備使用電壓等級為380V。（3）熱控專業 為確保真空泵的啟停操作、監控，羅茨水環真空泵組設有電氣控制箱，并提供相關信號接口。羅茨水環真空泵組設置有以下保護：1）羅茨泵條件啟動閉鎖；2）羅茨水環真空泵組停泵或故障跳閘聯鎖關閉入口氣動門；3）羅茨水環真空泵組停泵或故障停泵聯鎖啟動一臺大水環真空泵；4）低真空低至某一值時（如絕壓10KPa）聯鎖啟動一臺大水環真空泵。4、方案實施（1）設備設計與制造我公司負責羅茨水環真空泵組的設計與制造。供貨周期60天，羅茨水環真空泵組成套設備包括：包括羅茨泵一臺、水環真空泵及配套汽水分離器一套、入口氣動閥一只、級間冷凝器一臺14、控制箱一只。與機組聯接管道、電纜由業主自行采購。（根據業主要求，我公司也可以采購） （2）設備安裝設備由供方負責發至用戶指定地點，由用戶自主安裝，（也可委托供方進行安裝）設備提供方負責技術指導。設備安裝盡量靠近抽氣口，由抽空氣母管通過管道引至羅茨水環真空泵組入口氣動門前，氣動門前加一個手動門。（3）設備調試 設備安裝完畢后，按照設備使用說明書，在供貨方技術人員指導下進行設備試運。1. 高效羅茨水環真空泵組試運 試運的目的：檢查機組各部件運轉正常，無異音，轉向正確，電流正常，無卡澀，在關閉進口手動閥狀態下，檢驗泵組的極限真空值，測試工作水溫升。2. 高效羅茨水環真空泵組投入運行a) 先記錄機組15、負荷、運行參數；b) 啟動羅茨水環真空泵組； c) 檢查真空低聯鎖保護已投入；d) 開啟羅茨泵進口手動閥、氣動門；記錄運行參數變化；e) 停運大水環真空泵，觀察凝汽器真空值變化、負荷變化；記錄運行參數變化；f) 記錄穩定運行工況下的參數。（4）設備運行校核與驗收在調試過程中，測試羅茨水環真空泵組的極限真空值達到設計值（關閉羅茨泵進口閥條件下，極限壓力小于500Pa）；在大水環真空泵停運行狀況下，羅茨水環真空泵組的抽氣能力能維持凝汽器真空值不低于原有大水環真空泵運行時的真空值。當上述兩個參數滿足時，即驗收為合格。（5）培訓供方負責對用戶運行人員和檢修人員培訓。五、羅茨水環真空泵組改造實例黔西電廠300MW機組安裝了48.5 KW羅茨水環抽真空泵組，經調試正常投入運行后，羅茨水環抽真空泵組的總電流為48 A左右，汽輪機凝汽器真空與投運原有大水環真空泵相比，真空保持一致，而原水環真空泵的電流為240A，節電約80%。（當地大氣壓為87Kpa）機組負荷凝汽器真空KPa單開B水環真空泵電流（A）單開羅茨水環真空泵組總電流（A）節電率250MW-81.512404880%300MW-80.7424048.779.7%注：后附黔西#3機羅茨水環真空泵組現場照片及DCS真空系統參數。附圖1 改造后真空系統圖