蒸汽喷射器抽真空系统在660MW机组真空系统优化节能研究及应用

学术论文 2017-07-14 09:37:15
    前言
    某发电公司 #3机组真空泵是某厂生产的2BW4-353型水环式真空泵,每台机组配3台,通常为2用1备。真空泵的工作液采用海水冷却,海水温度受到气候条件影响,温度变化较大,特别是夏天,海水最高温度能到32℃左右。此时真空泵的工作水温能到37℃,严重影响了机组的经济性和安全运行。鉴于此,我们改造应用了蒸汽喷射器抽真空系统,可以使凝汽器一直保持在相应工况下的设计最低背压,即凝汽器的真空保持在最高状态,从而达到節能效果。而且不受真空泵工作液温度过高问题导致的抽吸能力下降的限制,同时还能很好的解决真空泵由于气蚀引起的噪音和叶轮断裂、汽蚀问题。
    1 水环真空泵抽真空系统的局限性及改造的必要性
    工作液温度对真空泵抽气能力影响较大,特别是在压力较低的情况下(10kPa以下)影响更加明显,而电厂中真空泵的抽气压力刚好在此范围之内。冬季时压力可低至3.4kPa,真空泵的抽气能力严重下降。夏季时工作水温可以高达37℃,真空泵抽气能力在15kPa时便开始严重衰减。由此可以得出,工作液温度越高,真空泵的极限真空越差,极限真空下的抽气能力越差。
    当真空泵出力严重不足时,不凝性气体将造成传热恶化并在凝汽器内积聚破坏凝汽器真空,水蒸气中质量含量占1%的空气能使表面传热系数降低60%,从而降低机组经济性。凝汽器真空变差,则机组热经济性会显著下降。
    2 真空泵的汽蚀对水环真空泵抽真空系统的影响
    水环真空泵在汽蚀状态下工作,会造成泵的噪声、振动变大,气泡破裂的冲击叶轮,严重影响使用寿命。在夏季水温高时,某发电公司的水环真空泵长期在汽蚀状态下工作,不仅噪音大,而且每次检修解体,叶轮都有裂纹及汽蚀现象,平时真空泵也会常常出现电流大及出力不足等问题,检修工作量大、维护成本非常高。
    因此,无论从机组运行经济性还是安全性考虑,都需要对凝汽器的抽真空系统进行技术改造。
    在多方咨询及调研、对比后,并结合电厂的实际情况,对蒸汽喷射器抽真空系统进行了全面优化,优化后的配置为:
    (1)动力蒸汽源——辅汽联箱0.5MPa的动力蒸汽,耗气量约500kg/h。
    (2)冷凝器——混合式冷凝器。
    (3)冷却水源——凝结水,用水量约200T/h。
    3 优化后的方案的优势
    结合电厂的实际情况,经过全面优化的蒸汽喷射器抽真空系统,在保证抽气能力的前提下,节能降耗效果更加明显:
    (1)电厂的辅汽联箱是四台机组联通母管制,辅汽压力非常稳定。因此从辅汽联箱取更高压力的蒸汽(0.5MPa),使耗气量降低约了28%。
    (2)电厂的循环水为海水,腐蚀性强,易结海生物。采用表面式冷却器需使用钛管换热管,不仅造价高,而且存在管孔内海生物衍生及堵管的问题,影响换热效果,维护、清理工作量较大。经过技术人员的多方咨询及调研决定改用混合式冷却器,冷却水采用凝结水。这样从本质上解决了后续易发的问题,而且混合式冷却器没有换热管,后期几乎免维护。从能量回收角度,被蒸汽喷射器抽出的乏汽和动力蒸汽与凝结水混合后,被冷却成凝结水回收热井,乏汽潜热和动力蒸汽余热被全部回收。
    4 蒸汽喷射器抽真空系统主要设备构成
    某发电公司 #3机组设计的蒸汽喷射器抽真空系统包含如下内容:
    (1)蒸汽喷射器两台,分别抽吸凝汽器高压侧和低压侧,紧靠混合式冷凝器安装。
    (2)混合式冷凝器一台,竖直安装在6.4米层。
    (3)蒸汽稳压罐一台,安装在6.4米层混合式冷凝器旁边,用于稳定蒸汽压力,以及排污、疏水等。
    (4)小功率真空泵一台,在0米层原C泵基础上改造。
    (5)阀门、管路、仪表、窥窗等附件。
    5 改造效果分析
    负荷越低喷射器抽真空系统投运效果越好,550MW时新真空系统比原系统凝汽器平均真空提高了0.1kPa。400MW时新真空系统比原系统高压侧凝汽器真空降低0.2KPa,低压侧凝汽器降低0.93 Kpa,平均真空提高了0.55Kpa。达到预期效果。真空泵运行电流降低了346A,考虑使用凝结水作为冷却水,凝泵电流上升了7A,改造后综合电流下降了276A。
    6 收益分析
    该系统改造后经过初步计算,凝汽器提高真空的收益、节电收益、回收热量收益三项相加后每年的经济收益约为189万元。
    7 结束语
    蒸汽喷射器在660MW机组真空系统优化节能改造上的应用,主要解决了如下几个方面的问题:
    (1)现运行一台小真空泵,入口压力在-89kPa(不在气蚀点),彻底解决了真空泵在水温高时的气蚀问题。
    (2)由于解决了真空泵气蚀问题,从而降低了真空泵的维护费用。
    (3)凝汽器真空平均提高0.285kPa,使凝汽器的效率更优。
    工程达到的效果有如下几个方面:
    (1)原真空系统,运行两台大泵时,电流在421A;现运行蒸汽喷射器抽真空系统后,只运行一台小泵,电流74A,虽然凝泵电流上升了7A左右,但总电流降低了276A,节电效果非常好。
    (2)按负荷550MW做性能对比试验,投运蒸汽喷射器系统后,凝汽器真空提高了0.1kPa,凝汽器端差降低0.3℃。400MW时新真空系统比原系统高压侧凝汽器真空降低0.2KPa,低压侧凝汽器降低0.93Kpa,平均真空提高了0.55Kpa。在3号机的严密性达到优秀(高压侧110Pa/min,低压侧50Pa/min,平均80Pa/min)的情况下,能做出这样的数据,这说明蒸汽喷射器系统的抽气能力更强,效率更高。
    (3)使用蒸汽喷射器系统,虽然耗用约了0.5t/h的高压蒸汽,但是再经过蒸汽喷射器做完功之后,被混合式冷凝器冷却,将热量全部回收热井凝结水中。
    (4)前级的蒸汽喷射器和混合式冷凝器等设备均为静设备,几乎是免维护的,大大降低维护成本。
    (5)后级真空泵的工作压力(入口压力)升高至-89kPa,该压力避开了真空泵的气蚀压力,使真空泵的维护量更小,寿命更长。
    综上所述,蒸汽喷射器抽真空系统在节能方面起到很好的作用,同时对机组的安全稳定运行起到了保证性作用。系统改造后运行至目前未发现问题,具有很强的推广价值。
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