探析水環(huán)式真空泵冷卻系統(tǒng)對機組出力的影響說明

水環(huán)式真空泵冷卻系統(tǒng)的概況: 
大型發(fā)電機組的真空系統(tǒng)共,目前大多采用偏心水環(huán)是真空泵,優(yōu)點是其抽單位干空氣量的能耗較低,但實際運行中,常常會發(fā)生抽氣能力下降導致排氣壓力偏高的現(xiàn)象,通常都歸咎于凝汽器本身的問題,比如夏季水溫偏高,銅管結(jié)垢,垃圾堵塞,循環(huán)水流量偏小,一般不會懷疑真空泵有什么問題。 
例如我廠200MW機組,其凝汽器真空系統(tǒng)單機組配有2臺水環(huán)式真空泵,設計上為一運一備,目前因為真空系統(tǒng)及凝汽器性能惡化,2臺同時投運。 
機組在投運一段時間以后,排氣壓力明顯升高,在對凝汽器進行清洗和基礎查漏以后,真空值仍打不到設計標準。由于背壓上升,機組出力能力下降。對于運行經(jīng)濟性產(chǎn)生很大的影響,經(jīng)過現(xiàn)場測試和資料收集,缺人主要原因不單單是循環(huán)水溫度和凝汽器本身的問題,真空泵冷卻系統(tǒng)也存在著一定影響。個人認為,由于真空泵密封水溫度的波動,很容易導致泵內(nèi)流體企劃,嚴重影響真空泵的抽真空能力,造成凝汽器內(nèi)空氣聚集和背壓升高。 
在一次真空泵解體檢查過程中,發(fā)現(xiàn)葉輪已經(jīng)出現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象。正式了其密封水汽化的事實。我廠真空泵由閉式冷卻水進行冷卻,在設計上雖然真空泵密封用水不會達到飽和值,但在實際運行中,由于工業(yè)閉式冷卻水進行冷卻,在實際運行中,由于閉式冷卻水系統(tǒng)和真空泵本身板式換熱器因為結(jié)垢而增大端差,加上設計時密封水過冷度的安全余量較小,因此在運行一段時間后就會出現(xiàn)問題,現(xiàn)在對該機組真空系統(tǒng)的運行情況分析。 2 對機組出力影響的分析 
   水環(huán)式真空泵運行時,為了保持抽吸能力。其密封水必須保持一定的過冷度,如水溫升高,則真空泵密封水發(fā)生汽化,其極限抽真空值就是該溫度對應的飽和壓力。因此,凝汽器的壓力實際受兩個瓶頸的限制,shou先是循環(huán)水溫度和凝汽器的端差,其次是真空泵的極限抽吸能力,由于凝汽器及其整個真空系統(tǒng)或多或少的存在泄漏,隨著凝汽器內(nèi)空氣的聚集,這是后凝汽器的壓力手真空泵極限抽真空壓力的限制,與循環(huán)水入口溫度并無直接關系。    真空泵設計過冷度不小于4℃,如果過冷度G小,就會導致真空泵局部汽蝕,嚴重影響真空泵的抽吸能力。凝汽器設計參數(shù)為冷卻面積34000立方米,冷卻水流量72400立方米每小時,冷卻水溫度20攝氏度,冷卻水溫升9攝氏度左右,清潔程度95%以上,凝汽器背壓4.9KPA,凝汽器過冷度0.54℃。 
假設在設計點工作時,真空泵的壓力應該比凝汽器背壓約小于0.7KPA,以保持空氣的正常流動。4.2KPA對應的飽和壓力約為30攝氏度,考慮到真空泵正常運行所需要的4.2攝氏度的過冷度,也就是說,此時真空泵密封水應該低于25.8℃才能正常工作。以凝汽器入口水溫20℃為起點,經(jīng)過閉式水換熱器和真空泵板式換熱器的溫升,以及真空泵密封水進出口溫升,以及真空泵密封水進出口地溫升,這5.8℃顯然不大,還是理想狀況。因此,在實際運行中真空泵密封水很難保證4.2℃的過冷度,隨著密封水溫接近飽和,其抽氣能力也不斷下降,直到飽和汽化而喪失工作能力。 2.2 剛運行時的運行情況
機組剛投運時,真空系統(tǒng)運行比較正常。真空泵密封介質(zhì)用水有約1℃過冷度,密封水溫度39℃,其對應的壓力7KPA,此時真空泵工作壓力為7.5KPA,而凝汽器壓力8.1KPA,兩者直接有0.7KPA,真空泵抽吸能力正常,但過冷度小于設計值,可能會導致葉輪局部汽蝕,汽輪機排氣壓力對應的冷卻水進出口溫度和端差,不受真空泵極限壓力的制約。 2.3 投運一年后的運行情況 
   機組真空泵冷卻系統(tǒng)在運行一年后,閉式水冷卻器和真空泵本體熱交換器的端差明顯增大,尤其是真空泵的板式換熱器。 
   此時真空泵工作已經(jīng)出現(xiàn)異常,密封水溫度對應的飽和溫度為11.1KPA,已完全飽和汽化,在循環(huán)水入口溫度和溫升都基本不變的情況下,凝汽器壓力升到11.1KPA,兩者幾乎沒有壓差,而實際熱井出口溫度44攝氏度左右,對應飽和壓力只有8.5KPA,即此時凝汽器內(nèi)的蒸汽分壓僅為8.6kpa,可以斷定,此時凝汽器內(nèi)有大量不凝結(jié)氣體,約占凝汽器總?cè)莘e的22%,而凝汽器本身的性能變化并不大,與初投運時排氣壓力8.1kpa比,變化不大。 2.4 影響背壓和出力情況 
從剛投運時及投運1年后的真空系統(tǒng)運行情況的兩個比較,可以看出在循環(huán)水入口溫度均為25度,溫升也基本一致的情況下,兩者的排氣壓力相差3kpa,這實際上是由于真空泵密封水溫度的升高,特性曲線的惡化造成的,導致凝汽器內(nèi)積存大量空氣。 
資料顯示,在滿負荷運行時,排氣壓力相差1KPA,影響出力約為1%,則3KPA影響機組出力約為3%。就我廠而言就是約6MW甚**更多,考慮到低負荷時和氣溫較低的時候影響較小,即使降低1%處理計算,1年凈損失電量為14GWH以上。 預防和改進建議: 
   通過以上分析可以看出,我廠真空泵的冷卻系統(tǒng)存在先天不足,即過冷度不夠,幾乎沒有一點安全余量。而真空泵的工作壓力和凝汽器的壓力是一個動態(tài)平衡過程,不管循環(huán)水溫度的高度,真空泵的抽吸壓力必須低于凝汽器的壓力,才能把凝汽器內(nèi)的不凝結(jié)氣體抽走,因此真空泵密封水溫度必須低于排氣壓力對應的飽和溫度,否則就可能導致真空惡化,還會導致真空泵葉輪的氣蝕損壞,雖然理論上經(jīng)過閉式水冷卻器冷卻后的閉式水應該很干凈,真空泵密封用的也是干凈的除鹽水,設計的花惹起應該能班組真空泵的冷卻要求,但實際上在運行一段時間愛你后,這些換熱器大多數(shù)會產(chǎn)生明顯的水垢,導致端差加大,使得密封水溫度逐漸飽和。 
要解決這個溫度,建議采用以下三種方法: 
1 改造我廠冷卻水系統(tǒng)。因為我廠為冷卻塔式循環(huán)冷卻開始水,水質(zhì)較好。所以建議利用循環(huán)水直接冷卻真空泵,盡量減少中間環(huán)節(jié),這樣可以有效的降低真空泵密封水的溫度。 2 增加真空泵板式換熱器的冷卻面積,同時加大密封水的循環(huán)冷卻流量,從而進一步提高真空泵板式換熱器的出水溫度。 
3 密切監(jiān)視真空泵密封水的出水溫度,一旦發(fā)現(xiàn)換熱效果惡化,及時進行清洗。 
如果通過1 2項改進,尤其是**項,真空泵密封水的過冷度會達到6℃,可大大提高運行安全余量,確保真空泵冷卻系統(tǒng)的運行正常。希望會再以后的設計和實際運行中予以足夠的重視。