汽轮机真空系统抽气装置的选择.doc

汽轮机真空系统抽气装置的选择连云港宇泰电力设备有限公司 穆道江 摘要 本文介绍了射水抽气器、射汽抽气器和机械式水环真空泵的工作特点和特性分析，为正确选择抽气装置给出了理论依据。关键词：真空系统 抽气装置 射水抽气器 射汽抽气器 机械式水环真空泵0 前言汽轮发电机组真空系统的抽气装置有许多不同型式，如射水抽气器、射汽抽气器和机械式水环真空泵等。国外汽轮机工程技术人员对不同型式的抽气装置都做个深入的研究，并在大量实验室和电厂试验的基础上总结出了多种技术方法。虽然过去曾有一些文章介绍穿亲子装的比较和选择，但均已过时。本文将以最新的资料对不同型式的穿亲子装进行技术经济比较，减少厂用电或厂用汽，提高汽轮机组运用的最经济效果。1 抽气装置容量的选择 目前国内外汽轮机组抽气装置容量的确定大都采用美国热交换器协会（HEI）最新版（表面式凝汽器标准）推荐的技术方法。抽气装置的设计容量不应小于HEI的规定，应保证在各种运行变工况下，有足够的抽气能力。从HEI标准确定漏入汽轮机组空气量的计算中科院看出，由凝汽器中抽出的汽气混合物量与汽轮机低压缸的排汽量、辅助汽轮机的排汽量及排汽口数目、凝汽器壳体数目有关。也就是说漏入的空气量不单与排汽量大小有关，而且与排汽口数目、凝汽器壳体数目有关。显然这些数目愈多，漏入的空气量也就愈多。这一观点抛弃了过去那种只与排汽量有关的粗糙近视公式（如别尔曼公式）。由于HEI标准给抽气装置容量计算带来了满意的经济效果，所以被世界各国所公认。 当采用多壳体凝汽器时可选用并联抽气器或串联抽气方式，当采用多背压单壳体或多背压壳体时，可按每一压力凝汽器壳体或每一壳体的一个压力确定抽气装置的总设计容量；对核电汽轮机组和空冷系统汽轮机组，除按HEI标准选定空气量外还应考虑特殊的要求，确定总设计量。2 对真空系统严密性的要求 对大容量机组真空系统严密性的要求，不能采用评定中、小机组真空系统严密性的标准或公式。 国标固定式汽轮机技术条件规定，功率100MW200MW汽轮机组的真空下降速度不大于399.95Pa/min，现在对大型汽轮机组又提出了更严格的要求，如300MW以上汽轮机组的真空下降速度不大于199.98Pa/min。真空系统的严密性是影响汽轮机组年运行小时、停机率，乃至机组提前进行大修的重要因素之一。真空系统不严密，漏入的空气量就猛增，导致抽气设备合理的设计容量遭到破坏。抽气装置的设计设计抽吸空气量应等于或大于HEI标准计算的数值，即GVC= -GH式中 C- 储备系数GV- 抽气装置设计抽吸空气量，kg/hGV- 按HEI标准计算的漏入空气量，kg/h 近些年来对不同国家制造的机组统计表明，由于设计、制造、安装和运行管理水平的差异，储备系数C=13，从而直接影响了机组的热效率。个别先进国家的机组C1，但运行效果令人满意。评价真空系统抽气设备的主要技术指标有：极限真空、抽空气量、抽气速度、抽气压力和最大背压值。对使用不同位置不同型式真空系统的抽气设备，其性能指标也不同。3 几种真空系统抽气装置3.1 射水抽气器射水抽气器消耗的工作水量一般为凝汽器冷却水量的7%10%不等；射水泵耗功一般为机组额定功率的0.03%0.05%左右。射水抽气器生产能力特性的评定参数为容积引射系数。由于射水抽气器以循环水引射汽、气混合物，呈两相流混合流动，所以可按不可压缩流体有关方程式计算。因为射水抽气器的变工况特性，如果增加工作水压力，即增大了工作喷嘴出口流速时相应地增加了工作水的水量，则在维持容积生产率不变的条件下，就可以获得比设计抽吸压力更低的吸入压力值。由于工作喷嘴出口到混合室的距离对射水抽气器所能产生的最大压力降无关，故可对其不进行出厂性能试验。这点是射水抽气器的一个特点。因射水抽气器工作水温升高时，其抽吸能力会下降，所以采用闭式循环水系统时，应经常监测工作水温的变化，必要时应定期补冷水来保持设计水温，保证射水抽气器正常运行，此外，增大扩散管出口截面到水箱水面的高度，可使扩散管出口截面处压力降低，所需有效压缩功减少，当吸入的空气量不改变时，可获得比设计压力更低的吸入压力。目前200MW以下汽轮机组都采用喉管长变为喉管直径1540倍的长喉部射水抽气器，其引射效率可大于40%（比短喉部抽气器的引射效率大一倍以上），同时还减少了耗功、噪音和振动。射水抽气器除结构简单，运行维护方便外，其特性线也不存在过载段，所以吸入的空气量不受过载限制。在抽吸设计空气量时能维持凝汽器的设计压力，而当抽吸最大空气量时，又能保证凝汽器压力不超过允许值。通常采用1台运行、1台备用。3.2 射汽抽气器 射汽抽气器的工作蒸汽汽源往往来自新蒸汽，经调节阀节流减压到所需的工作蒸汽设计压力，也有的来自除氧器的汽平衡管，这时去取除氧器的工作压力为工作蒸汽的设计压力。射汽抽气器在设计工况下要求工作蒸汽定压运行，否则射汽抽气器的工作将恶化。来自凝结水泵之后的主给水作为射汽抽气器冷却器的冷却水，每级冷却水并联流动，然后送回热力循环系统。工作蒸汽在冷却器中凝结的水逐级溢出，最后经水封管排到凝汽器。射汽抽气器的工作蒸汽采用新汽时因节流损失将影响机组的热耗等经济指标；但使用除氧器作为工作蒸汽汽源时则需要有能快速切换的备用汽源，以防止汽轮机组在低负荷变工况下蒸汽压力降低，影响抽气器的正常工作。由于蒸汽与空气的混合物沿扩散管的流动过程较复杂，所以用一般的能量方程和空气动力学理论来研究射汽抽气器的通流部分必然带来较大的误差。因此通常采用由试验结果总结出的经验公式进行射汽抽气器通流部分和冷却器的计算。由于射汽抽气器的特性线是对应某一确定的混合物温度绘制的，但从凝汽器空冷区抽出的汽气混合物的温度变化，将使射汽抽气器的特性曲线发生相应地变化。所以射汽抽气器的变工况（诸如吸入压力、吸入温度、吸入空气量、工作蒸汽参数和冷却水温度）运行，将导致抽气器特性线的改变。因射汽抽气器特性线的过载点，直接影响抽气器的性能和抽吸能力，故在实际运行中当某些参数改变时应注意是否接近过载点工作。核电汽轮机组一般采用射汽抽气器，火电汽轮机组是否采用各国的传统习惯不一，国内大机组通常也采用。为适应汽轮机组迅速提高真空，凡采用射汽抽气器作为主抽气器时，应配置一只不带冷却器的单级启动抽气器。射汽抽气器应在特性线的工作段上运行，当出现最大吸入空气量时也不应达到过载点的空气量界限，否则将明显地引起容积出力骤然降低，真空严重恶化的工况，使机组不能继续运行。为适应吸入大量空气而过载的恶劣工况出现，一般采用一台运行，一台备用的原则。3.3 机械式真空泵水环式真空泵的极限真空与射水抽气器相比，与工作水温有关。由水环式真空泵的特性曲线可以查到在不同抽吸压力下抽吸的最大汽、气混合物量。此外它还具有启动抽气器的功能，故在特性线上还可查到汽轮机组在启动工况下的抽吸压力、抽吸时间、功耗与抽吸空气量之间的关系。水环泵的性能与被抽吸气体的状态、工作液体的性质及温度有关。当实际工作条件与规定的工作条件有差异时，则可按气体状态方程式进行换算。4 真空系统抽气装置的选择4.1 按传统习惯选择国内常规火电机组和空冷机组多采用射水抽气器，300MW及以上火电机组和联合循环机组都采用机械式水环真空泵。核电机组往往采用射汽抽气器或机械式水环真空泵。国外、如英、美等国家采用机械式水环真空泵，俄罗斯采用射水抽气器的射汽抽气器，日本几乎都采用射汽抽气器。4.2 抽气器效率的评定方法在上述三种抽气器中，单位抽气量耗功最大的是射汽抽气器，而机械式水环真空泵与射水抽气器的耗功相近，评定一台抽气器的效率不能单看耗功的大小，还应看同时抽出多少空气量。同功率的机组，系统中漏入的空气量大则抽气器的耗功大。因此，应以单位抽气量的耗功来评定抽气器的效率，并作为选择的依据。5 结束语 由于三种