引言

廣州某垃圾焚燒發(fā)電廠兩臺汽輪機為東汽N25一3.8型中溫、中壓凝汽式汽輪機,于2009年投入運行。汽輪機凝汽器原真空系統(tǒng)為射水抽氣系統(tǒng),系統(tǒng)配置功率偏高,日常清理、維護工作量較大。后于2015年加裝一套常規(guī)水環(huán)真空泵抽氣機組,降低凝汽器抽真空系統(tǒng)電耗約20%,提高系統(tǒng)可靠性的同時減少了日常清理、維護工作量。2016年,該廠又采用某凝汽器真空維持系統(tǒng)專利技術(shù)對抽氣系統(tǒng)再次進行節(jié)能改造,主要內(nèi)容為取消射水抽氣系統(tǒng)并新裝一臺新型高效羅茨一水環(huán)真空泵組作為機組正常運行時凝汽器真空維持抽氣器,以解決常規(guī)水環(huán)真空泵運行效率低問題,同等工況下高效羅茨一水環(huán)真空泵組可較常規(guī)水環(huán)真空泵運行電耗減少70%以上。

1常規(guī)水環(huán)真空泵介紹

常規(guī)水環(huán)真空泵是由葉輪、泵體、吸排氣盤、吸氣口、排氣口、輔助排氣閥等組成的。葉輪被偏心地安裝在泵體中,當葉輪旋轉(zhuǎn)時,進入水環(huán)泵泵體的水被葉輪拋向四周,由于離心力的作用,水形成了一個與泵腔形狀相似的等厚度的封閉水環(huán)。葉輪輪轂與水環(huán)之間形成了一個月牙形空間,而這一空間又被葉輪分成與葉片數(shù)目相等的若干個小腔。如果以葉輪的上部09為起點,那么葉輪在旋轉(zhuǎn)前1809時,小腔的容積逐漸由小變大,壓強不斷降低,且與吸排氣盤上的吸氣口相通,當小腔空間內(nèi)的壓強低于被抽容器內(nèi)的壓強,被抽氣體不斷被抽進小腔,此時處于吸氣過人。當吸氣完成時與吸氣口隔絕,小腔的容積逐漸減小,壓強不斷增大,此時處于壓縮過人,當氣體壓強大于排氣壓強時,被壓縮的氣體從排氣口被排出。在泵的連續(xù)運轉(zhuǎn)過人中,不斷地進行著吸氣、壓縮、排氣過人,從而達到連續(xù)抽氣的目的。

水環(huán)真空泵受工作液飽和蒸汽壓的限制,其工作效率較低,較好的也僅可達到50%左右。

2羅茨一水環(huán)真空泵介紹

羅茨一水環(huán)真空泵的結(jié)構(gòu)及工藝流人如圖1所示。

圖1羅茨-水環(huán)真空泵組示意圖

圖1中第一級羅茨真空泵是一種雙轉(zhuǎn)子的容積式真空泵,在泵腔內(nèi)有兩個形狀對稱的轉(zhuǎn)子。兩個轉(zhuǎn)子相互垂直地安裝在一對平行軸上,由傳動比為1的一對齒輪帶動做彼此反向的同步旋轉(zhuǎn)運動。在轉(zhuǎn)子之間、轉(zhuǎn)子與泵殼內(nèi)壁之間保持有一定的間隙,可以實現(xiàn)高轉(zhuǎn)速運行。由于轉(zhuǎn)子的不斷旋轉(zhuǎn),被抽氣體從吸氣口被吸入到轉(zhuǎn)子與泵殼之間的空間v0內(nèi),再經(jīng)排氣口排出。

整套羅茨-水環(huán)真空泵組工藝流程為:來自汽輪機凝汽器的蒸汽和不凝結(jié)氣體進入羅茨真空泵,加壓后經(jīng)冷卻器冷凝部分回流羅茨泵,其他不凝結(jié)氣體和少量蒸汽進入下級小功率水環(huán)真空泵,經(jīng)水環(huán)真空泵后排入汽水分離罐。由于提高了小功率水環(huán)泵的入口壓力,同時進入水環(huán)泵的蒸汽量也大幅減少,可保證小功率水環(huán)泵高效穩(wěn)定運行。

3抽氣系統(tǒng)改造情況

3.1原抽氣系統(tǒng)情況簡介

汽輪機凝汽器原抽真空系統(tǒng)為典型射水抽氣系統(tǒng)。配套射水抽氣器型號為Cs-7.5-25,設(shè)計抽氣量25kg/h:射水泵型號為K0w200/345-45/4Z,電機功率45kw。系統(tǒng)設(shè)置為一用一備,實際運行功率約為40kw。

3.2常規(guī)水環(huán)真空泵抽氣系統(tǒng)改造情況

2015年,為減少系統(tǒng)電耗和檢修維護工作量并改善機組真空,凝汽器抽真空系統(tǒng)加裝一臺常規(guī)水環(huán)真空泵抽氣系統(tǒng)。配套水環(huán)真空泵為NAsHY315s-8,設(shè)計抽氣量15.5kg/h(冷卻水溫25℃時),配套電機功率37kw。

改造后從實際運行情況來看,相比射水抽氣系統(tǒng),系統(tǒng)電耗降低約20%,抽真空效果也更好。本次改造節(jié)電效果較為明顯,但分析來看,原射水抽氣系統(tǒng)配置不太合理,較為經(jīng)濟的射水抽氣系統(tǒng)配置方式應(yīng)為一大一小配置,抽氣量大的作為啟動抽氣器,抽氣量小的作為維持抽氣器。

另外,從近一年的運行情況來看,水環(huán)真空泵也存在以下問題:

(1)水環(huán)式真空泵抽氣能力隨工作液溫度升高而降低。

(2)因主要以機組快速啟動的響應(yīng)速度(30min內(nèi)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,造成常規(guī)水環(huán)真空泵配置功率偏高。

3.3羅茨-水環(huán)真空泵組改造情況

3.3.1改造方案

2016年,為進一步降低抽氣系統(tǒng)電耗,#1機組實施高效真空泵組應(yīng)用改造。實施方案為取消原射水抽氣系統(tǒng),加裝一臺高效羅茨-水環(huán)真空泵組,設(shè)計抽氣量10kg/h,極限抽氣壓力可達0.4kPa,配套電機總功率15kw。

3.3.2運行情況

(1)運行方式:在機組啟動建立真空期間使用常規(guī)水環(huán)真空泵運行,保證機組快速建立真空:在汽輪機正常運行期間,切換高效真空泵組運行,降低系統(tǒng)電耗:當機組嚴密性不好或其他原因?qū)е履髡婵諢o法維持時,自動聯(lián)鎖啟動常規(guī)水環(huán)真空泵運行,確保機組安全運行。

(2)運行效果:改造竣工后投入高效真空泵運行正常,實際運行功率約為9.9kw,節(jié)電效果十分可觀。常規(guī)水環(huán)真空泵和高效真空泵組熱季的多次短期運行對比情況證明,高效真空泵組相比常規(guī)水環(huán)真空泵在機組真空嚴密性試驗結(jié)果較好的情況下,對提高機組真空有一定效果,工作液冷卻水溫度越高越明顯。

3.4注意事項

(1)因羅茨真空泵結(jié)構(gòu)特點所限,不適合在過大工作壓差下運行,因此高效真空泵組不能作為汽輪機啟動抽氣器使用。

(2)高效真空泵組設(shè)計抽氣量較小,因此必須嚴格做好機組真空嚴密性管理,及時消除機組負壓區(qū)域漏點。

(3)改造常規(guī)水環(huán)真空泵可能長時間處于備用狀態(tài),須定期進行啟動試驗并做好評估,確保設(shè)備備用正常。

4結(jié)語

改造后的實際運行經(jīng)驗和數(shù)據(jù)證明,在機組真空嚴密性較好的情況下高效真空泵組運行穩(wěn)定可靠,節(jié)電效益可達70%以上,非常適合用作機組正常運行的凝汽器真空維持抽氣器。與常規(guī)大功率水環(huán)真空泵抽氣系統(tǒng)組合使用,合理設(shè)置運行方式和熱工聯(lián)鎖邏輯,既能保證機組安全和快速啟動,又能滿足深度節(jié)能減排要求。