大气喷射器与水环式真空泵的配套应用.doc

大气喷射器与水环式真空泵的配套应用与射水抽气器等抽空气设备相比，水环式真空泵在较低的真空下具有较高效率地抽送大量气体的能力。大气喷射器是配置在水环式真空泵的进口管道上的一个前置射气抽气器，它的一端开口朝向大气，利用真空泵负压与大气压形成压差而产生的空气射流，在喷射器内获得比真空泵更低的抽吸压力，从而消除真空泵“极限抽吸压力”对凝汽器压力改善的限制。从真空泵的实际运行情况来看，没有配置大气喷射器的真空泵运行噪声较大，叶轮容易出现汽蚀损坏。而配置大气喷射器的一期真空泵的运行噪声却很小，从未发现有叶轮汽蚀的问题。分析其原因，主要是因为二期真空泵的吸入区处于极限真空状态，局部汽化后的水随着叶轮旋转，压力升高而气泡破裂，在叶轮表面发生局部的水锤作用，运行噪声很大。在长期水锤作用下，真空泵叶轮也容易损坏。而真空泵投运大气喷射器之后，泵抽吸的空气流量大大增加，真空泵吸入区的压力远高于密封水温度所对应的“极限抽吸压力” ，不会出现“汽蚀”现象，真空泵的运行状况也就较为平稳。 当真空泵内的密封水温度能始终低于凝汽器循环水出水温度加上正常端差所得出的“理想排汽温度”时，就算没有配置大气喷射式抽气器，真空泵的“极限抽吸压力”也不致于对凝汽器压力的下降形成制约。例如，对300MW 机组单压凝汽器或600 MW 机组的高压凝汽器来说，凝汽器本身的压力水平较高，只要真空泵的密封水冷却器效果符合要求，一般还不致于出现抽吸压力的限制，在这种情况下，大气喷射器确实可以认为是真空泵组可有可无的“选配件” 。对双背压凝汽器中的低压凝汽器来说，低压凝汽器出口的循环水温度较低，其“理想排汽温度” 所对应的凝汽器压力也就较低。在机组低负荷运行阶段，容易出现真空泵的“极限抽吸压力” 高于凝汽器压力应达值的情况，建议在机组设备选型时，最好为低压凝汽器真空泵配置大气喷射器，以彻底消除真空泵密封水温度升高对低压凝汽器真空改善的限制作用。对运行机组，有必要经常检查真空泵的运行情况，发现密封水温度偏高之类情况后，应采取有效措施予以消除。在浙江金华燃机电厂的一 台联合循环机组汽轮机上，笔者发现了因水环式真空泵的密封水温度偏高而致使“极限抽吸压力”对凝汽器真空形成制约的情况。在往真空泵汽水分离罐中不断补充温度较低的补充水后，降低了泵内密封水温度，立刻产生了良好的效果，在同样的额定负荷正常运行条件下，可使凝汽器压力降低约1 kPa。 综上所述，水环式真空泵是否需选配大气喷射器要根据其与凝汽器等设备的运行匹配要求来决定。对基建选型阶段的600 MW等级以上机组的双背压凝汽器低压凝汽器，建议在真空泵组选型时配置大气喷射器。对已投运的机组，首先应从提高冷却器冷却效果等方面着手，努力降低密封水温度，消除因真空泵抽吸能力不足而对凝汽器真空改善的制约。若采取常规措施后仍无法彻底消除问题，则在水环式真空泵入口加装大气喷射器也是较为可取的方案，还可以解决真空泵的运行噪声和汽蚀问题。 大气喷射器与水环泵配套在北仑电厂应用实例： 在进行北仑电厂一、二期机组双背压凝汽器夏季真空测试过程中，发现没有配置大气喷射器的二期机组存在着因真空泵极限抽吸能力不足的问题，影响了低负荷运行阶段凝汽器真空的改善。对真空泵运行情况进行综合分析后，提出了为适应凝汽器需要而在水环式真空泵入口选配大气喷射器的考虑依据。 凝汽器真空设备的作用是在机组启动期间，使凝汽器能在较短时间内建立起真空，在正常运行条件下，维持凝汽器的真空。水环式真空泵组是一种性能优越的凝汽器抽真空设备，具有使用安全、操作简便、运行经济、工作可靠等特点，所以在国内300、600 MW火电机组上得到了广泛地应用。图1 配置前置大气喷射式抽气器的真空泵组系统构成图 水环式真空泵组一般由SZ水环真式空泵、水环直联式真空泵、双级水环真空泵、直联式双级旋片真空泵、直联式水环真空泵、SZB水环式真空泵、SK水环真空泵密封水循环泵、密封水冷却用的热交换器以及汽水分离罐等设备组成。大气喷射器装置是在抽气器需要高度真空的情况下投入运行，制造厂家往往作为选配件。电厂设备选型招标时，有些电厂出于简化系统、便于运行控制等方面的考虑，往往不考虑选配该大气喷射器装置。北仑发电厂600 MW 机组凝汽器为双背压型式，高、低压凝汽器分别配备两套100容量的水环式真空泵组。在抽空气装置构成方面不同的是：一期机组的水环式真空泵进口管道上接有一个前置大气喷射器旁路，如图1所示；而二期机组没有选配前置大气喷射抽气器。 在对一、二期机组凝汽器夏季真空测试的过程中，发现没有配置大气喷射器的二期机组水环式真空泵存在着极限真空抽吸能力不足的问题，影响了低负荷运行阶段凝汽器真空的改善。这使笔者对凝汽器与水环式真空泵之闻的匹配运行要求有了新的认识。 北仑发电厂一、二期机组的凝汽器中作为循环冷却水的海水首先流过低压凝汽器，再进入高压凝汽器，由于流经两只凝汽器的海水温度不同，所以两只凝汽器的真空也有差异。在海水进水温度不变的情况下，随着机组负荷的降低，凝汽器热负荷减小，高、低压凝汽器的真空是逐步改善的。在各个负荷阶段，高、低压凝汽器之间将形成平均约1 kPa的压力差。当然，双背压凝汽器的这一正常工作规律是以良好的传热性能为基础的，而凝汽器内积聚的空气能否被及时抽出则是保证凝汽器能正常工作的先决条件。通过试验测取了一、二期机组夏季变负荷过程中高、低压凝汽器压力随负荷变化状况，试验结果如图2和图3。 图2 配置大气喷射器机组凝汽器压力变化的曲线图图3 未配置大气喷射器机组凝汽器压力变化的曲线图 机组试验时，海水温度约26 ，二期机组额定负荷时的高、低压凝汽器压力分别比一期机组低139 kPa和133 kPa左右，这主要是因为二期机组的凝汽器冷却面积、循环水流量都较一期机组要大，所以理应获得较好的凝汽器真空。 从图2、3中的凝汽器压力变化曲线进行比较的结果来看，机组负荷降低过程中，二期机组高、低压凝汽器压力的降低幅度远不如一期机组高压凝汽器压力那么大。降至350 MW负荷时，它们的高压凝汽器压力已十分接近，而二期机组的低压凝汽器压力反而要比一期机组高出约0.9 kPa。试验反映出二期机组降负荷过程中，凝汽器压力的降低趋势受到了某种制约。 对试验数据进行分析后发现：二期机组从额定负荷时降至350 MW负荷的过程中，随着凝汽器热负荷的降低，低压凝汽器循环水出水温度从33 降至30左右。若以凝汽器运行端差为412来推算，则凝汽器内的“理想排汽温度” 应从37降至34左右，相应的低压凝汽器压力应从6.2 kPa降低至5.3 kPa左右。然而实际试验时，低压凝汽器压力却始终维持在6 kPa左右，甚至还出现了略微上扬的趋势。在机组降负荷时，测试数据表明二期机组高、低压凝汽器运行端差是逐渐增加的，反映了凝汽器内部已出现传热不断恶化的情况。由于凝汽器内积聚的空气对传热性能有严重的影响，所以有必要对二期机组抽空气装置的运行状况进行深入地分析。 二期机组真空泵密封水都采用开式水(海水)作为冷却水，由于冷却器存在着换热端差，所以流经冷却器后供给真空泵的密封水温度要高于海水温度，加上泵轮旋转的耗功以及凝汽器内抽气(汽)传递的热量，真空泵内的水温肯定要高于冷却器出口的补充水温。检查后发现了机组的真空泵密封水冷却器存在脏垢，真空泵的密封水温度普遍较高，二期机组低压凝汽器真空泵密封水箱的温度高达35.5 ，对应的汽化压力为5.8 kPa，可认为这就是真空泵在当时运行条件下的“极限抽吸压力” 。在机组负荷降低过程中，真空泵内的工作水温度及真空泵的“极限抽吸压力”均保持不变，凝汽器内积聚的空气就只能在这一压力数值以上被抽出。随着热负荷的降低，凝汽器压力有下降的趋势，但由于受真空泵“极限抽吸压力”的制约，二期机组低压凝汽器压力也只能维持在6 kPa左右而无法得到改善了。随着机组负荷的降低，凝汽器内的传热逐步恶化，凝汽器运行端差持续上升。一一般来说，高压凝汽器由于自身的排汽温度较高，较少会受到真空泵“极限抽吸压力”的制约，但从图3的高压凝汽器压力变化曲线来看，在高负荷阶段的凝汽器压力还有所降低，而在450 MW 以下负荷时，也基本保持在6.5 kPa不变了， 这反映出在低负荷运行阶段，二期机组高压凝汽器压力的降低趋势也会受到真空泵“极限抽吸压力”的