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


四、該技術(shù)的安全可靠性分析 
任何技術(shù)改造及新技術(shù)應(yīng)用必須將安全可靠性放在**位,該改造方案在原真空組的基礎(chǔ)上并聯(lián)安裝小功率真空泵,當(dāng)真空系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重泄漏時(shí),可聯(lián)鎖啟動(dòng)原大功率真空泵,可以確保機(jī)組安全。同時(shí),多設(shè)臵一臺(tái)小功率真空泵,抽真空系統(tǒng)備用泵增多,系統(tǒng)的安全可靠性較原系統(tǒng)更高。 
五、該技術(shù)的節(jié)能效果簡(jiǎn)要分析 
據(jù)廣東順德某電廠類似節(jié)能技術(shù)應(yīng)用的初步情況,原單臺(tái)大功率真空泵運(yùn)行中電流為228A,小功率真空泵并聯(lián)安裝使用后,在保持機(jī)組真空不變的情況下,小功率泵運(yùn)行電流僅為48A,節(jié)能效果達(dá)到78.9%,節(jié)電量較為可觀。同時(shí)還可減少大功率真空泵的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間,延長(zhǎng)使用壽命,確實(shí)是一種可推廣的“短小快”的節(jié)能技術(shù)。另一方面,該技術(shù)還提出了一種解決輔機(jī)運(yùn)行功率過剩情況的節(jié)能方法與思路。在節(jié)能降耗工作中,有一定的指導(dǎo)意義。