水環(huán)真空泵是大型發(fā)電機(jī)組中廣泛采用的凝汽器抽氣設(shè)備，用來(lái)保證和維持凝汽器真空，而工作液的溫度直接影響到水環(huán)真空泵的工作效率。介紹了通過閉式冷凍水循環(huán)冷卻水環(huán)真空泵工作液，最大限度地保證了機(jī)組安全與高效運(yùn)行，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益。

　　目前火電站發(fā)電機(jī)組普遍采用水環(huán)式真空泵，用于抽除凝汽器內(nèi)難凝結(jié)的氣體，使凝汽器真空度保持在一定的范圍內(nèi)，保證機(jī)組高效、穩(wěn)定地運(yùn)行；但實(shí)際使用中，往往因被抽吸氣體的狀態(tài)和工作液的溫度導(dǎo)致水環(huán)真空泵工作性能不理想，機(jī)組不能維持穩(wěn)定和高效運(yùn)行。為此筆者對(duì)影響水環(huán)真空泵工作性能的因素進(jìn)行了分析，提出加裝工作液的輔助冷卻系統(tǒng)，使其工作效率有所提高，并延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命。

1、影響水環(huán)真空泵工作性能的因素

　　1.1、抽氣壓力影響

　　抽氣壓力是水環(huán)真空泵吸入口壓力(以凝汽器壓力為基礎(chǔ))，并且隨著凝汽器壓力的變化而變化(凝汽器抽氣口壓力一般在3.39～12kPa)。在一定條件下的抽氣量Vs、泵軸功率pp、等溫總效率ηp與抽氣壓力px之間的關(guān)系曲線即為水環(huán)真空泵的特性曲線，見圖1。

圖1　水環(huán)真空泵性能曲線

　　從圖1中可以看出，真空泵抽氣量、軸功率和等溫總效率隨著抽氣壓力的變化趨勢(shì)。

　　1.2、抽氣溫度的影響

　　對(duì)應(yīng)不同抽氣壓力，抽氣溫度為25～49℃(不考慮抽氣過冷度)時(shí)真空泵的特性曲線見圖2。

圖2　不同抽氣溫度下真空泵的特性曲線

　　從圖2中可以看出：抽氣溫度越低，抽氣量越大，但是根據(jù)凝汽器運(yùn)行工況，一般情況下抽氣溫度都會(huì)高于設(shè)計(jì)溫度(20℃)。由于抽氣壓力一般在10kPa以下；因此抽氣溫度對(duì)抽氣量影響不大。

　　1.3、工作液溫度的影響

　　圖3是不同工作水溫度下的真空泵特性曲線。

圖3　不同工作水溫度的真空泵特性曲線

　　從圖3中可以看出：工作液溫度對(duì)真空泵性能影響較大，特別是在抽氣壓力比較低的情況下影響更加明顯，而電站真空泵的抽氣壓力剛好在此范圍之內(nèi)。因此提高真空泵工作性能應(yīng)從改變工作液溫度著手，降低工作液溫度切實(shí)可行，且效果明顯。

2、水環(huán)式真空泵系統(tǒng)存在的問題

　　隨著水環(huán)真空泵工作時(shí)間的延長(zhǎng)，由于真空泵的功耗和水蒸氣釋放汽化潛熱都會(huì)造成工作液溫度不斷升高，而工作液溫度的升高使真空泵抽氣能力下降，進(jìn)而使凝汽器真空降低，影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起真空泵汽蝕，影響機(jī)組的安全運(yùn)行。工作液的設(shè)計(jì)

　　溫度為15℃，而實(shí)際運(yùn)行中均高于這一溫度。目前真空泵工作液通常用循環(huán)水冷卻，但循環(huán)冷卻水溫度受室外氣溫的影響，特別是夏天隨著循環(huán)水溫度升高，真空泵工作液溫度將遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)值。

　　工作液溫度升高會(huì)造成以下后果：

　　(1)破壞真空，降低機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。

　　隨著工作液溫度的升高，對(duì)應(yīng)的飽和壓力不斷升高，如30℃時(shí)水的汽化壓力為4.241kPa，40℃時(shí)水的汽化壓力為7.350kPa。當(dāng)水環(huán)真空泵抽吸壓力小于或等于工作液溫度對(duì)應(yīng)的飽和壓力時(shí)，部分工作液將會(huì)汽化，真空泵因抽吸自身工質(zhì)汽化產(chǎn)生的氣體而造成真空泵功率嚴(yán)重不足。不凝性氣體將造成傳熱惡化，并在凝汽器內(nèi)積聚，破壞凝汽器真空；水蒸氣中質(zhì)量分?jǐn)?shù)占1%的空氣能使表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)降低60%，從而降低機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。

　　(2)水環(huán)真空泵汽蝕。

　　真空泵在運(yùn)轉(zhuǎn)中，若局部區(qū)域工作液的絕對(duì)壓力降低到當(dāng)時(shí)溫度下的工作液汽化壓力時(shí)，工作液便在該處開始汽化并產(chǎn)生大量蒸汽氣泡。這些細(xì)微的氣泡極易破碎，破碎的過程中會(huì)對(duì)葉輪產(chǎn)生強(qiáng)烈的撞擊，久而久之葉輪穿孔，最終無(wú)法修補(bǔ)而被迫更換葉輪，嚴(yán)重影響設(shè)備安全、高效運(yùn)行。而工作液流量過高時(shí)也會(huì)產(chǎn)生尖銳的噪聲，需強(qiáng)制性地降低流量。

　　為了防止水環(huán)真空泵發(fā)生汽蝕，運(yùn)行中通常要求真空泵的抽吸壓力比工作液溫對(duì)應(yīng)的飽和壓力至少高出0.85kPa；如果工作液溫度為30℃，對(duì)應(yīng)飽和壓力4.241kPa，則真空泵抽吸壓力不能低于5.091kPa；但是如果工作液溫度為20℃，則真空泵抽吸壓力可降低至3.188kPa。

　　目前水環(huán)真空泵采用循環(huán)水冷卻，但循環(huán)水溫度夏天可能達(dá)到30 ℃以上，再加上一定的傳熱溫差，工作液溫度有可能達(dá)到40℃以上，嚴(yán)重地影響了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性和安全運(yùn)行，因此必須考慮降低水環(huán)真空泵工作液溫度。

3、水環(huán)式真空泵輔助冷卻裝置

　　水環(huán)式真空泵輔助冷卻裝置用以降低真空泵工作液溫度，主要配置一套成熟的制冷設(shè)備，工作液的溫度由其臨界溫度應(yīng)達(dá)值確定，輔助冷卻裝置根據(jù)這一設(shè)定值自動(dòng)調(diào)整。工作液輔助冷卻裝置與工作液冷卻器布置見圖4。該系統(tǒng)運(yùn)行方式靈活、工作穩(wěn)定，對(duì)原有設(shè)備及系統(tǒng)的運(yùn)行不會(huì)帶來(lái)負(fù)面影響。

1—壓縮機(jī)；2—冷凝器；3—節(jié)流閥；4—蒸發(fā)器；5—水泵；6—汽水分離器；7—換熱器；8—真空泵。

圖4　工作液輔助冷卻器布置圖

　　改造的主要特點(diǎn)：

　　(1)通過閉式冷凍水循環(huán)來(lái)冷卻水環(huán)真空泵工作液，最大限度保證機(jī)組安全與高效運(yùn)行，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

　　(2)保留原裝置循環(huán)冷卻水換熱器，當(dāng)制冷裝置檢修時(shí)，循環(huán)冷卻水換熱器投入工作，以保證系統(tǒng)運(yùn)行對(duì)原系統(tǒng)改動(dòng)小，施工方便；另外，冬季冷卻水溫度比較低時(shí)可以關(guān)閉制冷設(shè)備，改用循環(huán)冷卻水換熱器冷卻，從而減少電耗。

　　(3)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)緊湊，占地小。

　　(4)制冷系統(tǒng)技術(shù)成熟，運(yùn)行安全可靠。

4、改造收益

　　以某電廠300MW 機(jī)組為例，機(jī)組型號(hào)為C300-16.7/537/537亞臨界、單軸、雙缸雙排汽、中間再熱、抽汽、凝汽式汽輪機(jī)，水環(huán)真空泵型號(hào)為2BW43530MK4。對(duì)水環(huán)真空泵冷卻系統(tǒng)進(jìn)行改造后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試，其結(jié)果見表1。

表1　水環(huán)真空泵冷卻系統(tǒng)改造結(jié)果

　　對(duì)于300MW 機(jī)組，真空每提高1kPa，發(fā)電煤耗可降低約3.2g/(kW·h)，收益計(jì)算見表2。

表2　收益計(jì)算表

5、結(jié)語(yǔ)

　　對(duì)于汽輪發(fā)電機(jī)組來(lái)說，真空泵工作水溫度每降低1℃，可提高真空0.135kPa，相當(dāng)于降低了供電煤耗0.43g/(kW·h)。如按上述方案實(shí)施改造，能夠有效地降低真空泵工作水溫度，而且受外界環(huán)境的影響很小，能夠有效提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益。