双背压湿冷机组凝汽器汽测真空泵的选型说明和节能方案分析

【摘 要】本文以粤电大埔电厂为例，说明了对于双背压凝汽器选配真空泵的方法和节能方案比较。通过理论分析和真空泵方案的比较，详细阐述了真空泵在双背压湿冷机组中最节能的方案。

【关键词】双背压湿冷凝汽器；双母管双吸设计；真空泵选型；锥体双级真空泵经济分析

1 凝汽器汽侧抽真空系统的类型

当前，国内600MW机组及以上的汽轮机越来越多的使用高效的双背压的凝汽器，而双背压凝汽器汽侧的真空泵系统通常有三种类型：

第一种是按照平均背压做为设计点，凝汽器高低背压侧联通，中间用孔板或阀门调节，或单背压凝汽器的真空泵，采用2用1备的方案，如图1；

第二种是将高低压侧分别配置抽空设备，各配置1用1备真空泵，每个凝汽器配置4台。如图2。

第三种是高低压侧分别抽吸，只用一台作为备机使用，如图3。

2 双背压凝汽器采用双母管与单母管对真空泵系统要求的差异

双背压凝汽器采用双母管抽空系统后，高低压侧需要分别设置真空泵系统，相比原来的单母管抽吸系统设计，对真空泵系统有了不同的要求。

2.1 对真空泵的吸气压力要求不同。

高低压侧的真空泵应分别按照各自背压选择真空泵，这与单母管系统按照平均背压选择真空泵是不同的。低背压侧的真空较高，相当于提高了对真空泵气量和真空的要求。

2.2 确定干空气量的依据不同。

按照HEI标准（第11版）6.5.3.2和6.5.3.3章节的要求，双背压凝汽器应单独抽吸，并按照TABLE 6A确定真空泵的干空气抽气量，而不是像单母管设计一样按照TABLE 6B来确定。

3 凝汽器抽空设备干空气气量的确定

以广东粤电大埔电厂“上大压小”新建工程凝汽器的参数为例，确定双母管设置的真空泵的干空气气量。

3.1 凝汽器的参数如下表，根据HEI标准第六章的规定，我们可以每个凝汽器需要抽出的干空气和不凝气量和抽空的速度

每个壳体蒸汽的流量为：（1138.2408+110.358）/2=624.3t/h，那么每个主排气口的蒸汽流量为：624.3/2×2204= 687978.6 BL/H

每个壳体总的排气口数量为2个主排气口和1个小汽机排气口2+1=3，那么HEI标准双壳体凝汽器查表9A，那么HEI标准要求的气量为20SCFM=40.86kg/h，如果两运一备的方案，每台真空泵应不小于41kg/h，请见下表2：

3.2 建立真空阶段，真空泵要求的抽气速率的要求

根据HEI标准TABLE6的要求，见表3，凝汽器的总蒸汽流量为：

（1138.2408+110.358）t/hX2.204 = 2751912BL/h

真空泵所有泵的吸气量在33.86kpa时不应小于1050SCFM即3台真空泵气量应不小于1050/3×101.3/33.86×1.699=5337.1M3/H。同时应满足从大气压抽到10”hg.a（33.86kPa.a）不应超出30min的要求。

4 真空泵的配置方案经济性比较

因双背压凝汽器设置了双母管抽吸系统，这就要求低压侧的真空泵应满足低压侧对高真空的要求，同时应考虑到在机组部分负荷工况时，低压侧的真空会更高。见下面的凝汽器曲线图。

以图4某电厂双背压凝汽器性能曲线为例，不难看出，当机组负荷小于100%时，凝汽器的设计背压要小于100%负荷时的背压。而凝汽器通常都是在部分负荷工况运行的。

高低压侧分开抽吸，低压侧真空泵应满足低背压及部分符合时低压侧对高真空的要求，目前市场上，只有锥体双级真空泵可以满足此要求，圆盘类的真空泵需要增加大气喷射器才能达到这个要求。主要的原因分析如下：

4.1 极限真空

凝汽器的高低压侧分别抽吸方案，提高了电厂的发电效率，但对抽空设备真空泵的要求也相应的提高了。相同的冷却水温度下，凝汽器低压侧要求真空泵有更高的极限真空。

而由于高低背压分别抽气时，要求低背压侧的真空泵比平均背压低6.1-5.487=0.613 kPa.a=6.13mbar，锥体双级真空泵的极限真空因特殊的专利双级和GSV设计（图5），使其极限真空高于圆盘系列的真空泵（无论是单级或双级）7mbar，正好可以满足 凝汽器的高真空的要求。尤其是在大部分部分负荷时的工况，锥体双级真空泵的高极限真空优势更明显。

4.2为了提高真空泵的极限真空度，避免气蚀，还可以采取增加喷射器或冷冻机的方案，但是其效果并不理想。

4.2.1 喷射器方案

喷射器方案需要有一路引射气流，还要增加引射气流的气动蝶阀，压力开关，球阀等等，单独机组内部的控制逻辑已经比较繁杂（见下面的流程图），若在此基础上，还要进行高低背压分别抽吸，同时只配一台备泵，其控制逻辑则更加复杂，也增加了故障率。同时，因引射气流也需要真空泵抽走，真空泵的型号需增大才能满足此要求，按照我公司的产品数据，需要使用2BW4 403才能满足要求。

此外，增加大气喷射器，真空泵的有效气量也降低了，轴功率同时上升，是一种非常不节能的设计。

增加的喷射器后，根据大气喷射器的性能曲线可以查到，当吸气压力为5.487kpa.a时，喷射器排气口的压力即真空泵的吸气口压力约为13.5kpa. 此时真空泵的轴功率与直接使用真空泵的89.49KW上升到110.89KW（不含允许的偏差）.详见图10的选型计算。而锥体真空泵在相同的工况下的轴功率只有61KW.

综上所述，喷射器方案不可取。

4.2.2 降低循环冷却水水温方案

因为平圆盘真空泵结构上的原因，导致其无法满足要求，除了喷射器以外，还可考虑通过降低循环冷却水水温的办法。

此时又有多种措施，一种是如下图，取消换热器，直接用冷冻水做工作液，此方案的缺陷是由于目前主流冷冻机里含有油，可能会随着工作液循环进入系统。

冷冻机方案尽管可以降低真空泵的工作液温度，解决了平原盘真空泵的极限真空问题，但采购成本高，方案较复杂，运行也有很多隐患，因此使用的很少。

由此可见，锥体双级真空泵最适合于双背压凝汽器机组的工况条件。

4.3凝汽器抽空设备不同方案的比经济效益比较

4.3.1 下表4是以600MW电厂为例，对采购成本和消耗功率的比较。

从上表不难看出，对于双背压双壳体的600MW凝汽器，高低压侧分开抽吸配置真空泵的方案中如图3的配置方案采购成本最低，轴功耗最小；当然如果想要100%的备机，如图2的2开两备的方案也是一种不错的选择；而对于单壳体单背压的凝汽器，图4的方案与图1的方案采购成本差不多，但图4的方案功耗每年节约约10万元，同时有100%备机。

4.3.2 下表是以1000MW电厂为例，对采购成本和消耗功率的比较。

从上表不难看出，对于双背压双壳体的1000MW凝汽器，高低压侧分开抽吸配置真空泵的方案中如图3的配置方案采购成本最低，轴功耗最小；同样如果想要100%的备机，如图2的方案是最完美的选择。

5 结论

综上所述，对于600MW及以上凝汽器机组而言，不同的凝汽器型式，适用的真空泵方案是不同的。对于双背压的凝汽器而言，采用高低压分开抽的方案在节能和投资上更有优势，同时，采用高极限真空的锥体双级真空泵能够维持凝汽器更高的真空，从而保证凝汽器机组更高效。

参考文献：

[1]《HEAT EXCHANGE INSTITUDE STANDARDS FOR STEM SURFACE CONDENSERS，11th》

[2]《双背压凝汽器抽真空泵系统技术的改造》 曾华 《华电技术》2011年 3月