罗茨-水环泵抽真空系统原理及改造效益

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罗茨-水环泵抽真空系统原理及改造效益

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某电厂#10机组采用C300/227.6-16.7/0.55-/537/537型亚临界、中间再热、双缸双排汽抽汽凝汽式汽轮机，原抽真空系统采用两台水环式真空泵。为解决真空泵汽蚀问题并实现节能降耗，该电厂对抽真空系统进行了改造，引入高效罗茨-水环真空泵组。改造后，系统能耗大幅降低，节电率达到近83.2%，同时提高了运行可靠性和经济性。

机组中水环泵的作用是造成罗茨泵所需的预备真空，因此要求该水环泵的最大允许排气压力，即是说，一方面要尽量提高水环泵的极限真空，另一方面，也要设法提高罗茨泵的最大允许排气压力。
一般情况，单级水环泵极限真空度不高，而我国生产的罗茨泵要求的预真空又较高，故实际上不用单级水环泵作为罗茨泵的前级泵，而用能提高极限真空度的双级水环泵作为前级泵使用，采用双级水环泵，还可以提高机组的极限真空度。

应用实例分析

机组概况

某电厂#10 机组为东方汽轮机厂制造的C300/227.6-16.7/0.55-/537/537 型亚临界、中间再热、双缸双排汽抽汽凝汽式汽轮机，于 2005 年 9 月 30 投产发电。该机组抽真空系统安装有两台广东佛山水泵厂生产的 2BW4 353-0 EK4 590 型水环式真空泵，用于抽吸凝汽器及真空系统内的空气及不可冷凝气体，正常运行时一运一备，电流约为220A。
为了有效解决真空泵汽蚀的问题，#10 机组在 2010 年 A 级检修时，为两台真空泵分别加装了大气喷射器，投运大气喷射器运行后，真空泵电流约为 250A。

改造的提出

某电厂#10 机组真空泵采用的是水环式真空泵，水环真空泵自身的特性决定了它易发生汽蚀现象，并且效率较低，总效率一般低于 30%，#10 机真空泵正常运行时电流220A左右，投入大气喷射器运行时真空泵电流约 250A，耗电量较高；而且电厂建设的设计部门在设计选型真空泵组时，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，真空泵配置的功率普遍较大，但在机组正常运行时，维持系统真空时有较大富余量，造成不必要的能耗。
为了完成节能降耗的目标，开始对原有的真空系统进行了改造，改造后不但可以有效解决水环真空泵汽蚀、抽汽性能下降和凝汽器真空下降问题，同样工况较以前水环真空泵运行电耗降低 80%。

改造方案

本次改造是在不改变原抽真空系统的设备及功能，在原抽真空母管上并联安装一台高效罗茨-水环真空泵组，确保系统安全可靠经济的运行。
1）机组启动时，按原运行方式将原有抽真空设备投入运行，快速建立真空。
2）机组运行正常、真空稳定情况下，高效真空泵组投入运行、原有抽真空设备切除做备用，此时蒸汽和不凝结气体进入罗茨泵，加压后经冷却器冷凝进入下级水环真空泵，由于提高了水环真空泵的入口压力，可保证水环真空泵高效稳定运行（见图 1、罗茨－水环真空泵组流程图）。
3）当机组真空系统发生严重泄漏，高效真空泵不能维持凝汽器真空时将原有抽真空设备期中一组投入运行满足真空要求。
4）高效真空泵组在检修或设备故障时，原有抽真空设备投入运行，确保真空要求。目前两台真空泵为一运一备方式，改造后机组正常运行时主要以高效真空泵组维持真空，实现一运两备，设备之间有可靠的联锁控制系统。
改造后机组的真空系统耗电量明显降低同时安全可靠性大幅提高。具体方案如下（见图 2 高效真空泵安装示意图）：
1）抽气管道安装，真空泵组就位后，从#111 水环式真空泵抽汽入口手动门前管道采用异径三通（273159273mm）接出一路φ159mm 管路接入罗茨泵入口，接入罗茨泵前串接一只手动阀（DN150）和速关气动阀（厂家提供）。
2）真空泵组水环泵工作水来自原水环式真空泵补水，从#111 水环式真空泵补水门前接出一路φ32mm 管道（材质 304），接入自动补水阀进入分离罐，接入补水阀前安装DN25 手动阀。
3）工作水冷却器冷却水管道安装，由闭冷水至热网密封水管道接出一路φ57mm 管道作为冷却器进水，由闭冷水回水母管接出一路φ57mm 管道作为冷却器出水，两路管路用 DN50 手动门作为隔离。
4）汽水分离罐排气管道安装，高效真空泵组汽水分离罐排气由一路φ89mm 管道接至#111 水环式真空泵汽水分离罐排气管路上。

改造后的效果

运行参数对比如下：
由以上表实测数据表明，在工况近似的情况下，改造后抽真空系统与原抽真空系统相比，均能满足维持凝汽器真空的要求，且改造后抽真空系统能耗水平仅是原有抽真空系统能耗水平的 16.8%，即节电率达到近 83.2%，每小时折合节约电量 1.732×380×183×0.85÷1000≈102kW.h，即每小时节约 102 度电。按年平均运行 6000 小时计算每年节约电量 61.2 万度。