电厂水环式真空泵冷却系统的问题及其对机组出力的影响_王兴平

1、第24卷第4期2004年8月动力工程P OW ER EN GI NEER IN GVol. 24No. 4Aug. 2004收稿日期:2003-10-11修订日期:2004-02-25作者简介:王兴平, 男, 高级工程师, 1985年毕业于浙江大学电厂热能动力专业。长期从事发电厂热力系统优化运行及发电设文章编号:1000-6761(2004 04-0589-04电厂水环式真空泵冷却系统的问题及其对机组出力的影响王兴平1, 黄功文1, 张林2(1. 上海发电设备成套设计研究所, 上海200240; 2. 吴泾第二发电有限责任公司, 上海200245 摘要:通过对电厂中常用的水环式真空泵冷却系统运

2、行实际情况的分析研究, 指出其运行中存在但常被忽视的问题:由于真空泵冷却水温升高而导致的抽气能力严重降低, 使机组背压升高, 出力下降。文章提出凝汽器的压力实际受到两个瓶颈的限制:一是循环水的温度, 二是真空泵的极限工作压力, 而这一点常没有被足够的注意, 导致凝汽器压力明显升高。由于凝汽器压力对机组运行的出力和经济性影响很大, 文章提出了对真空泵冷却系统改进的建议, 即尽量降低真空泵冷却水入口温度, 在平时运行时应密切注意真空泵热交换器的运行状况。图3关键词:动力机械工程; 真空泵; 凝汽器; 排汽压力; 机组出力中图分类号:T K 264. 1+1文献标识码:AThe Cooling Sy

3、stem Trouble of Water -Ring Vacuum Pump and It ' sEffect on Turbine Exhaust Pressure and Power OutputW A N G X ing -p ing 1, H UA N G Gong -w en 1, ZH A NG L in2(1. Shang hai Pow er Equipment Research Institute , Shanghai 200240, China ; 2. Wujing No. 2Pow er Plant Company Ltd. , Shang hai 20024

4、5, ChinaAbstract :After analy sis the running conditio n abo ut the cooling sy stem of w ater -r ing vacuum pum p usedin po wer statio n , it presents the existent troubles w hich are ig nored usually w hen oper ating actually , i . e . reduction of o utput of the vacuum pum p due to the co oling w

5、ater super -heating affecting on the ex haust pr essure and pow er output, the w riters point o ut the condenser pr essure is limited by the cooling w ater tem perature and the v acuum pump ex tr em e operation pressure , but this is no t firmly attention usually . Be-cause the condenser pressure af

6、fects on the turbine o utput and its oper ation economic benefits seriously , this paper puts forw ard some sug gestions to improve the cooling system, i. e. low er the coo ling w ater inlet tem perature of the vacuum pum p and takes note to its heat ex changer o peratio n condition . Figs 3. Key wo

7、rds :po wer and m echanical eng ineering ; vacuum pump ; condenser ; exhaust pressur e ; pow er o ut-put1概述大型发电机组的真空系统目前多用偏心水环式真空泵, 其优点是其抽单位干空气量的能耗较低。但在实际运行中, 常会发生抽气能力严重下降而导致压力偏高归咎于凝汽器本身的问题, 如夏季水温偏高、铜管结垢、垃圾堵塞、循环水流量偏小等, 而不会怀疑真空泵有什么问题。某发电厂的600M W 机组, 其凝汽器真空系统每台机组配套3台水环式真空泵, 其中1台备用, 在启动及凝汽器性能恶化时也可3台同时投

8、入运行。机组在投运一段时间后, 排汽压力明显升高。在对凝汽器进行清洗后, 其真空值也达不到刚投运时的指标。由于背压上升, 机组出力明显下降, 严重时机组出力不到570M W , 对运行经济性产生很大影响。经现场实际测试和检查分析, 确认主要原因并不是循环水温或凝汽器本身的问题, 而是真空泵冷却系统的原因, 由于真空泵密封水的温度过高, 达到饱和汽化, 严重影响真空泵的抽真空能力, 造成凝汽器内空气聚集, 背压升高。在大修中对真空泵进行解体检查, 发现其叶轮汽蚀损坏严重, 进一步证明了其密封水汽化的事实。该真空泵由工业闭式冷却水进行冷却, 虽然在设计上真空泵密封用水不会达到饱和值, 但在实际运行

9、中, 由于工业闭式冷却水系统及真空泵本身的板式换热器因结垢而端差增大, 加上设计中密封水过冷度本来就没有安全余量, 因此在运行一段时间后就会出现问题。如不加以注意, 不但严重影响机组的出力, 使机组运行经济性严重下降, 而且由于密封水汽化, 还会导致真空泵叶轮汽蚀损坏。这里对该机组真空系统的运行情况进行了分析论证, 并提出了一些预防和改进其冷却系统方面的建议。2技术分析2. 1设计工况水环式真空泵在运行时, 为保持抽吸能力, 其密封用水必须保持一定的过冷度, 如水温升高, 则真空泵密封水发生汽化, 其极限抽真空值就是该温度对应的饱和压力。因此凝汽器的压力实际受两个瓶颈的限制, 一是循环水温度及

10、凝汽器端差; 二是真空泵的极限抽吸压力。由于凝汽器及其整个真空系统或多或少存在泄漏, 随着凝汽器内空气的积聚, 这时凝汽器的压力受真空泵极限抽真空压力的限制, 与循环水的入口温度并无直接关系。该厂用的真空泵型号为TC11E , 系韩国进口, 设计过冷度应不小于4. 2。如过冷度偏小, 就会导致真空泵局部汽蚀, 并严重影响抽吸能力。冷凝设计参数如下:冷却面积34000m2冷却水量72400m 3/h冷却水温20冷却水温升8. 98清洁系数0. 9凝汽器背压4. 9kPa (对应饱和温度为32. 5凝汽器过冷度0. 54在设计点工作时, 真空泵的压力应比凝汽器低0. 7kPa, 即4. 2kPa,

11、 以保持空气正常流动。4. 2kPa 对应的饱和压力为30, 考虑到真空泵正常运行所需4. 2的过冷度, 也就是说, 此时真空泵密封水应低于25. 8才能正常工作。以凝汽器入口水温20为起点, 经过工业水水换热器和真空泵的板式换热器的温升, 以及真空泵密封水进出口的温差, 这5. 8显然不大, 且还是理想状况。因此, 在实际运行中真空泵密封水很难保证有4. 2的过冷度。随着密封水温接近饱和, 其抽气能力就不断下降, 直至饱和汽化而丧失工作能力。2. 2刚投运时的运行情况图1为真空泵冷却系统在刚投运时的运 行情况。图1机组初投运时真空系统运行情况r 590动力工程第24卷可以看出:刚投运时, 真

12、空系统运行比较正常, 真空泵密封介质用水有约1过冷度, 密封水温度39, 其对应的压力为7kPa, 此时真空泵实际工作压力为7. 4kPa, 而凝汽器压力为8. 1kPa, 两者有0. 7kPa 的压差, 真空泵抽吸功能正常, 但过冷度小于设计值, 可能会导致叶轮局部汽蚀。汽轮机排汽压力对应冷却水进出口水温及端差, 不受真空泵极限压力的制约。2. 3投运1年后的运行情况图2为机组真空泵冷却系统在运行一年后的情况。从图中可以看出:此时工业水闭式热交换器及真空泵本体热交换器的端差明显增大, 尤其是后者。此时真空泵已不能正常工作, 密封水温度对应的饱和压力即为11. 1kPa, 已完全饱和汽化。在循

13、环水入口温度及温升都基本不变的情况下, 凝汽器压力升至11. 1kPa , 两者几乎没有压差。而实际热井出口水温度为43, 对应饱和压力只为8. 6kPa, 即此时凝汽器内的蒸汽分压仅为8. 6kPa, 可以断定, 此时凝汽器有大量不凝结气体, 约占凝汽器总容积的22%, 而凝汽器本身性能变化并不大, 与初投运时排汽压力8. 1kPa 比, 变化不大。图2机组运行1年后的真空系统运行情况Fig 2Operation of vacuum s ystem after on e year of unit work ing2. 3影响背压及出力情况从以上两个工况比较, 在循环水入口温度均为28, 温升

14、也基本一致的情况下, 二者的排汽压力相差3kPa , 这实际上是由真空泵密封水温升高, 工作特性严重恶化造成, 使凝汽器积存了大量空气, 而与凝汽器本身的特性无关。图3 为该机组排汽压力对出力的修正曲线。图3低压缸排汽压力对出力的修正曲线Fig 3C or rection curve of low casing exh aus t press ure w itht根据汽轮机排汽背压与负荷的关系曲线, 在满负荷运行时, 排汽压力相差1kPa, 影响出力约为1%, 则3kPa 影响机组出力约为3%, 约18M W 。考虑到低负荷及气温较低时影响较小, 即使以降低1%出力计, 一年净损失电量4

15、15;107kWh 以上。3建议该真空泵的冷却系统存在先天不足, 即过冷度不够, 几乎没什么安全余量。而真空泵的工作压力与凝汽器的压力是一个动态平衡过程, 不管循环水温度的高低, 真空泵的抽吸压力必须低于凝汽器的压力, 才能把凝汽器内的不凝结气体抽走。因此, 真空泵密封水温度必须低于排汽压力对应的饱和温度, 否则就会真空恶化, 还会导致真空泵叶轮的汽蚀损坏。虽然理论上经过工业水水热交换器冷却的闭式冷却水应很干净, 真空泵密封水用的也是用清洁的化补水, 设计的换热器应该能基本满足真空泵的冷却要求, 但实际上在运行一段时间后, 这些换热器都产生了明显的水垢, 造成端差加大, 使密封水温度逐渐饱和。

16、要解决这个问题有以下几种方案:591第3期王兴平, 等:电厂水环式真空泵冷却系统的问题及其对机组出力的影响泵, 减少中间环节。这样可以有效降低真空泵密封水温度;(2 增加真空泵板式换热器的冷却面积, 同时加大密封水的循环冷却流量, 进一步提高真空泵板式换热器的换热效果;(3 密切注意真空泵密封水出水的温度, 一旦换热恶化必须及时清洗, 但维护工作量较大, 平时也容易疏忽。以上3种办法也可同时采取。对循环水采用冷却塔的机组, 这3项方案应都是可行的。如循环水直接取自河水或海水, 则第一种办法可能会加重真空泵换热器的结垢和腐蚀, 并容易堵塞板式换热器。经计算, 如经上面头两项改造, 真空泵密封水的

17、过冷度可达6, 可大大提高安全余量, 确保真空泵冷却系统运行正常。目前, 国内采用水环式真空泵已很普遍, 但对其冷却系统的正常运行及对机组背压和出力造成的重大影响往往被忽视, 甚至根本没意识到这个问题。在设计及实际运行中应予足够的重视。下期待发表论文摘要预报结合冶金的煤基多联产系统及其数字平台框架张勇, 倪维斗, 李政, 任挺进(清华大学热能工程系, 北京100084摘要:以煤气化为核心的多联产思想是实现未来中国能源可持续发展的重要思路, 将该前沿思想进一步推广至冶金领域, 结合世界钢铁领域先进的熔融还原COR EX 炼铁工艺, 分析了COR EX 联产电力的经济环境效益。提出了未来煤基多联产

18、系统概念模型及开展复合大系统优化集成研究的平台软件框架解决方案. 具有丰富动力工程、化工、冶金等重要煤基工业过程模型资源的, 可用于灵活配置多种多联产流程的优化集成平台, 将为未来多联产系统的真正实现提供科学分析和开发工具。图6参7关键词:能源系统工程; 多联产系统; 数字仿真平台; CO REX; 发电116MW 水冷方形分离循环流化床热水锅炉的运行经验吕俊复1, 赵新木1, 张建胜1, 岳光溪1, 刘青1, 沈解忠2, 毛军华2, 苏小平2, 董祖康2, 王政2(1. 清华大学热能工程系, 100084, 北京; 2. 无锡华光锅炉股份有限公司, 无锡214026摘要:城市燃煤集中供暖对洁净燃烧技术的需求是循环流化床热水锅炉发展的动力。介绍了首台运行的最大容量的116M W 循环流化床热水锅炉的运行情况。实践表明:采用水冷方形分离器的116M W 循环流化床热水锅炉运行稳定, 可用率和燃烧效率高, 能满足严格的大气排放标准, 密封性好, 占地面积小, 可以很