直接空冷機組真空泵汽化的探討

真空泵    時間:2014-03-11 15:43:47
直接空冷機組真空泵汽化的探討簡介
    摘要:直接空冷機組在夏季運行時,排汽壓力會持續升高且波動明顯,嚴重限制了機組的出力,直接影響著機組的安全和穩定運行。經過試驗和探索,找到了夏季真空波動的……
直接空冷機組真空泵汽化的探討正文
  摘要:直接空冷機組在夏季運行時,排汽壓力會持續升高且波動明顯,嚴重限制了機組的出力,直接影響著機組的安全和穩定運行。經過試驗和探索,找到了夏季真空波動的原因,在直接空冷機組中,真空泵出力對真空的變化有明顯的影響。文章提出了相應的解決方案:在逆流區抽氣管道上安裝優質的濾汽閥;加強凝結水至真空泵補水系統的嚴密性,降低真空泵密封冷卻水溫度。此3種方案在現場已經有了比較好的試驗結果,可以將直接空冷系統的真空波動減小到1~2kPa。 關鍵詞: 排汽壓力;水環真空泵;密封水溫度;直接空冷機組;發電機組 <!--  --> 0 引言
直接空冷機組真空容積非常龐大,排汽壓力普遍比濕冷機組高約10~20kPa。尤其在夏季,排汽壓力會因環境溫度的持續升高而變得不穩定,成為制約直接空冷機組正常帶滿負荷運行的重要因素,對機組的安全穩定運行、經濟性產生巨大的影響。在高負荷下保持機組正常排汽壓力主要是由蒸汽冷凝器實現的,而非真空泵。但是,夏季水環真空泵工作特性的改變將直接導致直接空冷系統的排汽壓力的變化。在濕冷機組中,水環真空泵的工作狀況在全年變化不明顯,但在直接空冷機組中,真空泵出力對排汽壓力有明顯影響。真空泵的出力隨著排汽壓力的大幅變化而變化。直接空冷機組在調試、啟動和運行方面與傳統的濕冷機組有所不同。隨著直接空冷機組的陸續投產,應合理地應用空冷系統的特性,改進調試和試驗方案,加強運行、維護以及節能降耗等優化措施。

1 夏季排汽壓力波動的技術分析

1.1 波動的規律
在夏季,直接空冷機組的排汽壓力每天有規律地呈大波浪形的擺動,大致可分為3個時間段:
(1) 6∶ 00~11∶ 00,排汽壓力開始隨著環境溫度的升高而上升。
(2) 11∶ 00~17∶ 00,機組的排汽壓力呈小波浪式擺動,尤其當環境溫度大於29℃,排汽壓力大於30kPa時,排汽壓力波動幅度為1~4kPa。
(3) 17∶ 00~次日6∶ 00,排汽壓力隨環境溫度的降低而降至最小。
1.2 引起排氣壓力有規律波動的原因
引起排氣壓力呈現規律波動的因素有:環境溫度的周期性變化;負荷規律性變化;環境風向的變化;設備出力的變化。
首先,在機組負荷穩定的前提下,由於ACC風機在正常運行中處於自動控制,全天候的溫度呈有規律的變化,因而使排氣壓力的控制也呈周期性的變化。但從機組的試運行中發現,由於排汽壓力設定值小於運行排汽壓力,夏季空冷風機運轉頻率基本都穩定在滿負荷(50Hz),變頻風機很少參與調整;當排汽壓力在上午11時後由於環境溫度的上升而開始上升時,排汽壓力開始呈現短時間的小幅度擺動,波動幅度在1~4kPa之間。經現場實際測試和檢查分析,
即從減少機組負荷到調整真空泵的冷卻水溫度和節流真空泵入口閥門的試驗看,確認引起排氣壓力變化的主要原因並不是環境溫度或空冷風機本身的問題, 而是真空泵及其冷卻系統偏離設計工況,真空泵密封水冷卻水的溫度過高,
超過飽和而汽化, 嚴重影響了真空泵的抽真空能力,致使空冷器內不凝結氣體不能及時被抽走, 背壓開始波動。如果長時間運行在汽化工況下,真空泵葉輪將遭嚴重損壞。
一般真空泵的設計運行參數的條件是:①水溫為15℃;②空氣溫度為20℃;③氣體相對濕度為70%;④大氣壓力為0.1013MPa;⑤抽氣量偏差不超過±10%。
以上參數基本適合於濕冷機組的運行。但是對於直接空冷機組,由於排汽壓力的變化範圍大,高背壓、高排汽溫度,相對高的抽氣溫度,使真空泵的工作條件變得不穩定,如某廠300MW直接空冷機組試驗數據列於表1。在夏季中午,當負荷為289MW,風機轉動頻率為50Hz,排汽壓力約為-55kPa,相應的飽和蒸汽溫度為71℃,排汽溫度約為72℃,抽氣溫度高達66~67℃,而此時的真空泵入口實際壓力為-72~-75kPa,相應的飽和蒸汽溫度為51.03~55.3℃,比相應的真空泵抽氣口的壓力下的飽和蒸汽溫度高8~11℃;如果不採取措施,排汽壓力將在-53~-56kPa範圍內波動,
如果採用節流真空泵入口閥門開度或強制更換真空泵內的密封冷卻水,則排汽壓力基本可穩定在一固定的值上,波動幅度減小。 實際測試表明強制換水效果明顯,波動範圍可減小到1.5kPa以內。由此可以得知,在其他條件不變的情況下,真空泵的密封冷卻水溫度是制約水環真空泵性能的主要因素。


表1 某廠300MW直接空冷機組試驗數據

負荷
/MW
風機
頻率
/Hz
環境
溫度
t1/t2/t3
/℃
排氣
壓力
(排汽壓
力波動
範圍)
/kPa
真空泵
入口
壓力
/kPa
真空泵
入口真
空對應
的飽和
水溫度
/℃
真空泵
入口汽
溫/℃
入口汽
溫對應
的真空
/kPa
真空泵
入口密
封水溫
/℃
真空泵
出口密
封水溫
/℃
No1凝
左/右/
抽氣
壓力
/kPa
No2凝
左/右/
抽氣
壓力
/kPa
No3凝
左/右/
抽氣
壓力
/kPa
No4凝
左/右/
抽氣
壓力
/kPa
No5凝
左/右/
抽氣
壓力
/kPa
No6凝
左/右/
抽氣
壓力
/kPa
冷卻
換水前
289.4
50
36/35/
33
-55/
(-53~
-56)
-72
55.30
67
-61
32
50
71.7/
71.9/
69.2
71.5/
71.9/
66.5
71.9/
71.7/
69.2
71.5/
71.9/
68.9
71.9/
71.7/
68.4
71.6/
71.4/
68.5
節流真
空泵入
口門
(未換水)
303.9
50
30.4
/30.1
/28.9
-58.5/
(-57~
-59)
-75
51.03
60
-68
35
55
69.1/
69.2/
65.9
68.8/
69.3/
62.8
69.2/
69.2/
66
68.8/
69.2/
65.5
68.9/
69.1/
65.4
69.1/
68.7/
65.4
節流真
空泵入
口門
(未換水)
289.9
50
30.5
/30.3
/37.0
-57/
(-56~
-57.5)
-74
52.55
63
-65
36
56
70/
70/
66.9
70/
70/
64.5
70.5/
70.5/
66.5
70.2/
70.6/
66.1
70.2/
70.5/
65.6
70.5/
70.1/
65.7
開啟節流
真空泵
入口門,
加強冷
卻水換水
289.0
50
34.9
/33.4
/33.3
-55.1/
(-54~
-55.5)
-72
55.30
66
-62
32
46
71.7/
72/
68.2
71.5/
71.9/
66.1
71.9/
71.9/
68.2
71.5/
71.9/
68.8
71.5/
71.7/
67.4
71.5/
71.9/
68.8

1.3 影響真空泵工作的因素
當水環真空泵葉輪在原動機帶動下旋轉時,工質在葉片的推動下作圓周運動,由於離心力的作用,將水甩向外徑形成一個貼在圓柱體內表面的水環。由於葉輪與殼體是偏心的,水環的內表面也就與葉輪偏心。殼體內的水形成了一個與圓柱殼體同心的圓筒形水環,其結果是由水環內表面、葉片表面、輪轂表面和殼體的兩個端面圍成了許多互不相通的小空間。由於葉輪與水環是偏心的,所以處於不同位置的小空間,其容積是不同的。也就是說,對於某一指定的小空間,隨著葉輪的轉動,它的容積也是不斷由小變大,再由大變小。真空泵工作原理示意圖如圖1所示。
  



圖1 真空泵工作原理示意圖


在小空間由小變大的區段,殼體端面開有吸氣口,使之與吸氣管相通,於是氣體不斷被吸入;在小空間由大變小的大部分區段,使它密封,這樣吸進來的氣體隨著小空間容積的縮小而被壓縮。當小空間的容積減小到一定程度,也即氣體被壓縮到一定程度時,它從殼體側面的開口處與排氣管相通,排出已被壓縮的氣體。在泵的連續運轉過程中,不斷地進行著吸氣、壓縮、排氣的過程,從而達到連續抽氣的目的。由於水環式真空泵是利用水作為工質進行工作的,所以泵體內的水溫決定了各小室內空間在旋轉過程中所能達到的真空。也就是說,最高真空是由水的汽化壓力所決定的,而水的汽化壓力就是當時當地水溫下的飽和蒸汽壓力。因此,作為工質的水應當及時予以冷卻,使其儘可能地保持能夠達到的最低溫度。目前水環真空泵的補水系統的功能仍延續濕冷機組的布局,分別由除鹽水系統和凝結水系統實現。
由於真空泵的設計與製造都是基本按照濕冷機組進行優化和選型的,而且效率都不超過50%。所以在直接空冷系統中,由於排汽壓力在夏季持續高溫的影響下,水環真空泵抽氣口的入口溫度經常高達65~70℃,泵入口抽汽壓力比排汽壓力低10~20kPa,遠遠超過泵的最大允許入口工作溫度;泵密封水的換熱設備只能滿足濕冷和直接空冷機組在設計範圍內運行,遇到泵的入口溫度大於設計溫度時,密封水冷卻器就不能滿足水環真空泵正常工作的水溫,泵的工作狀況不穩定,進而汽化,直接導致排汽壓力波動;如果真空泵補水系統中的凝結水閥門關閉不嚴,直接空冷系統中的高溫凝結水將源源不斷的流入真空泵的汽水分離器,汽水分離器的水溫和水位就上漲,使真空泵運行狀況進一步惡化;水環真空泵入口吸入壓力的降低和吸入溫度的上升,會促使形成水環真空泵汽化,對水環真空泵的葉輪造成嚴重汽蝕,使真空泵效率進一步減低。如果此時由於系統某處真空泄漏或ACC系統本身不嚴密,排汽壓力則會在比較大的範圍內波動,不但影響機組的經濟性,而且更威脅機組的正常安全運行。

2 解決方案
(1) 在直接空冷機組的逆流區抽氣管道上安裝優質的濾汽閥,該閥根據抽氣溫度自動調整抽氣量,只允許不凝結氣體和少量的蒸汽被抽出,抽出的汽氣混合物溫度可以滿足真空泵的要求。但濾汽閥的調整比較繁瑣,而且控制不太穩定。
(2) 加強凝結水補水系統的嚴密性或直接由除鹽水補水,去掉凝結水補水系統。
(3) 增加密封冷卻水系統的換熱器的數量或改進成高效的換熱器組,並加大密封冷卻水的循環流量,可以在密封冷卻水系統加裝強制循環泵。
(4) 加強真空系統的檢漏工作,盡量減少真空系統的漏空,降低真空值。
3 結論 


一般情況下,在真空接近機組經濟真空時,真空每提高約1%,熱耗須減少1%。這對於機組的經濟運行有利。此3種解決方案在現場已經有了比較好的試驗結果,可以將直接空冷系統的真空波動減小到1~2kPa,但操作較麻煩,不利於長時間運行。由於真空泵工作水的溫度偏高,真空泵效率仍然較低,偏離設計工況;而且直接空冷系統運行背壓變化範圍大,機組出力受環境溫度等因素的影響,容易忽視真空泵系統對機組排汽壓力的影響,所以在今後的設計、選型、調試、運行中應引起高度重視。

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