一種真空泵節(jié)能技術(shù)思路簡(jiǎn)述

一、 前言 

在火電廠中，抽真空系統(tǒng)設(shè)備主要用于建立和維持凝汽器真空，目前應(yīng)用在火電廠中的抽真空設(shè)備主要是射水（汽）抽氣器和水環(huán)真空泵，其中水環(huán)真空泵應(yīng)用較廣泛。一臺(tái)300MW級(jí)別火電機(jī)組的真空泵組電動(dòng)機(jī)額定功率約為100-200 KW左右，額定電壓380V，占用廠用電相對(duì)較少。但隨著G家節(jié)能減排要求力度的加大，特別是在火電廠中高電壓等級(jí)的輔機(jī)設(shè)備大多已進(jìn)行了系統(tǒng)優(yōu)化、選型優(yōu)化、變頻、雙速、機(jī)械性能優(yōu)化改造等節(jié)能措施，火電廠輔機(jī)節(jié)能降耗的空間越來越小。如何對(duì)諸如真空泵等小型輔機(jī)進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)或改造，實(shí)現(xiàn)對(duì)火電廠節(jié)能工作的深度挖潛和“細(xì)扣”應(yīng)是今后工作的重點(diǎn)。 

二、 目前火電廠真空泵系統(tǒng)存在的問題 

1、功率選型偏大 

真空泵及其系統(tǒng)在設(shè)計(jì)選型時(shí)，出于考慮機(jī)組啟動(dòng)時(shí)的抽真空速率（一般為30分鐘內(nèi)要求達(dá)到某個(gè)真空值）和**大的允許漏氣量作為選型原則。 

按照抽氣時(shí)間公式：t=2.3×（Ｖ／Ｑ）×ｌｇ（ｐ１／ｐ２） 

其中：t—抽氣時(shí)間min       Ｖ—真空系統(tǒng)容積m3 

Ｑ—真空泵的抽氣速率m3/min ｐ１—真空系統(tǒng)初始?jí)毫?ｐ2—真空系統(tǒng)抽氣終壓力 

由上式可以看出，對(duì)于一定容積（V）的容器，在初終參數(shù)（ｐ１，ｐ２）確定情況下，抽氣時(shí)間與抽氣率Q成反比，要在較短時(shí)間內(nèi)完成抽氣則抽氣率Q應(yīng)較大，而抽氣率Q的大小反應(yīng)了真空泵的軸功率大小。 

因此，為保證機(jī)組啟動(dòng)時(shí)能快速建立真空，設(shè)計(jì)時(shí)真空泵軸功率及電機(jī)功率選型往往較大。而在機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行中，凝汽器中漏入的不凝結(jié)氣體量較小，遠(yuǎn)小于真空泵的設(shè)計(jì)抽氣量。經(jīng)了解有試驗(yàn)研究表明：300MW機(jī)組在真空嚴(yán)密性試驗(yàn)達(dá)到優(yōu)秀值狀態(tài)下的漏氣量?jī)H有10kg/h左右，其對(duì)應(yīng)-97kPa真空下的容積為30m3/h，而配備的真空泵抽氣能力達(dá)到3000-4000m3/h，目前的真空泵組配臵存在著“大馬拉小車”的狀況，泵組電耗較大。 2、效率低 

真空泵組的效率指真空泵抽氣做功所消耗的軸功率與電機(jī)輸入的電功率之比，也可以用真空泵總效率公式η＝ηιs×ηω×ηm表示。 

Ηιs—等溫指示效率0.92～0.95，它反映實(shí)際壓縮過程與等溫壓縮過程的偏差。 

Ηω—0.5～0.7，它反映葉輪攪動(dòng)液體流動(dòng)的損失。 Ηm—0.98～0.99，泵機(jī)械效率。 

經(jīng)過計(jì)算可知，真空泵的效率可低**45%，實(shí)際運(yùn)行中，水環(huán)真空泵的效率可能更低。 

3、真空泵出力受工作水溫度的變化影響較大 

實(shí)際運(yùn)行中，水環(huán)真空泵的出力（即是抽氣能力）受工作水溫度升高的影響較大，這是因?yàn)楸弥圃鞆S提供的性能參數(shù)往往是以工作水溫在15℃工況下測(cè)取的數(shù)據(jù)。當(dāng)工作水溫度偏離設(shè)計(jì)值時(shí)，抽氣能力下降較快。有研究表明，當(dāng)工作水達(dá)到35℃以上，抽氣能力急劇下降80%及以上，這是因?yàn)楣ぷ魉疁囟壬叩秸婵諌毫ο碌娘柡蜏囟葧r(shí)發(fā)生了汽化現(xiàn)象。同時(shí)，因?yàn)檎婵毡脴O限真空值就是工作水溫度所對(duì)應(yīng)的飽和壓力，所以工作水溫度的升高還對(duì)真空泵的極限真空值產(chǎn)生較大的影響。為解決此問題，華北電力大學(xué)曾提出增設(shè)水環(huán)真空泵輔助冷卻系統(tǒng)，應(yīng)用冷凍水來使工作水降溫。但是其系統(tǒng)復(fù)雜，制冷系統(tǒng)經(jīng)過多級(jí)換熱后才產(chǎn)生作用，傳熱效果顯著下降。雖然，原理上可解決工作水溫度高導(dǎo)致真空泵抽氣能力下降的問題，但是，真空泵所需的循環(huán)工作水流量較大，達(dá)4—13噸/小時(shí)，所需的制冷量大幅提高了能耗。這種技術(shù)僅是降低了真空泵工作水溫度，維持真空泵的原有抽氣出力，但系統(tǒng)本身不能降低真空泵的能耗，相反還增加了制冷系統(tǒng)功耗。 

綜上，火電廠中真空泵組存在為滿足機(jī)組啟動(dòng)要求而功率選型較大，在正常運(yùn)行過程中，泵效低下，電耗較大的特點(diǎn)。同時(shí)，也可以看到，真空泵在不同的運(yùn)行階段所需的功率不同。 

三、真空泵節(jié)能改造技術(shù)探討分析 

1、改造途徑 

可以通過抽真空系統(tǒng)改造、運(yùn)行方式優(yōu)化等多種方法來降低真空泵組電耗，其中系統(tǒng)改造可以采用相鄰機(jī)組共用真空泵等方式，但存在著切換風(fēng)險(xiǎn)較大，系統(tǒng)管道較長(zhǎng)等不利因素，方案的安全可靠性較差。而運(yùn)行方式優(yōu)化節(jié)能量有限，無法減少正常運(yùn)行中真空泵電機(jī)的較高電耗。 

針對(duì)真空泵在不同的運(yùn)行階段所需的功率大小不同這一特點(diǎn)，可以考慮針對(duì)正常運(yùn)行階段加設(shè)小功率真空泵的思路進(jìn)行節(jié)能改造。即在保留原大功率真空泵組的基礎(chǔ)上，并聯(lián)安裝一臺(tái)小功率的真空泵，用于在正常運(yùn)行階段，用較小的電耗維持凝汽器真空。原泵組仍然在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)用于快速建立真空，在機(jī)組正常運(yùn)行、真空嚴(yán)密性較好的情況下，緩慢并聯(lián)投入小真空泵，切除原大功率真空泵，從而實(shí)現(xiàn)火電廠中真空泵的節(jié)能。 2、改造方案 

經(jīng)調(diào)研了解，小型抽真空泵中，羅茨-水環(huán)真空泵組等可滿足使用要求。羅茨-水環(huán)真空泵組廣泛應(yīng)用于化工、鋼鐵、石油、紡織、印染、造紙等行業(yè)，抽氣能力幾乎不受工作水溫度或大氣溫度變化的影響。泵組的工作效率高，其抽吸的極限真空值小于400 pa，比常規(guī)水環(huán)真空泵的極限真空值（3300pa）高10倍，其抽吸能力較強(qiáng)。 

當(dāng)機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，把原真空泵切換到小功率羅茨-水環(huán)真空泵組運(yùn)行，可實(shí)現(xiàn)以小代大的節(jié)能目的。目前300MW機(jī)組配套使用的真空泵多為2BE353型，其在工作水溫度為15℃時(shí)**大設(shè)計(jì)抽速為89m3/min，即5340m3/h，但它在工作水溫度升高到30度時(shí)的**大有效抽速降到40%，即抽速為2136m3/h（593L/S），考慮裕量和抽氣中水蒸汽含量，可選擇一臺(tái)抽速為600L/S的真空泵組,電機(jī)功率可選20kw-40kw，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于原真空泵組電機(jī)功率。 

設(shè)備安裝原則是盡量靠近凝汽器抽氣口，當(dāng)凝汽器抽氣口附近無合適的安裝場(chǎng)地時(shí)，選在兩臺(tái)主真空泵抽氣母管中間下方安裝，如附圖1、2所示。附圖1   改造后真空泵系統(tǒng)圖