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普瑞森能源科技:水环式真空泵制约凝汽器真空改善的试验分析

(2013-01-12 18:47:56)
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杂谈

    摘 要:在进行北仑电厂一、二期机组双背压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,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。在对凝汽器和真空泵运行情况进行综合分析后,提出了消除水环式真空泵对凝汽器夏季工况真空改善制约影响的必要措施。
    关键词:水环式真空泵;凝汽器真空;制约影响

 设备配置状况
    浙江北仑电厂从国外进口了几套600 MW 机组,分两期建设,汽机岛设备由国外同一家厂商配套提供,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有所不同,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。而二期机组的真空泵组却没有选配前置大气喷射抽气器。
    在进行一、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。这种现象使我们对凝汽器与水环式真空泵之间的匹配运行要求有了一些新的认识。
 夏季凝汽器真空测试结果
    北仑电厂一、二期机组的凝汽器都为双背压型式,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2 台凝汽器的海水温度不同,所以2 台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。
    普瑞森能源科技:水环式真空泵制约凝汽器真空改善的试验分析


    通过专项试验测取的北仑电厂一、二期机组夏季变负荷过程中高、低压凝汽器压力变化状况,如下面的图2 和图3 所示。
    普瑞森能源科技:水环式真空泵制约凝汽器真空改善的试验分析
    普瑞森能源科技:水环式真空泵制约凝汽器真空改善的试验分析
    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1. kPa 和1. 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度。
    从图2 和图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. kPa 。这一试验情况,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。
    对试验数据作进一步分析后发现,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4 ℃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. kPa降低至5. 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。这表明在二期机组降负荷的过程中,其低压凝汽器的运行端差是逐渐增加的,反映了低压凝汽器内部已出现了传热不断恶化的 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。
 对真空泵“极限抽吸压力”的分析
    一、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,再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。现场检查后发现,由于几台机组的真空泵密封水冷却器存在脏垢等因素,这些真空泵的密封水温度 普遍较高。就地观察二期机组低压凝汽器真空泵密封水箱的温度高达35. ℃,从“水与水蒸气特性参数表”可以查知,这一密封水温度对应的汽化压力为5. kPa ,可以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是基本不变的,真空泵的“极限抽吸压力”也保持不变,凝汽器内积聚的空气就只能在这一极限真空以上被抽出。所 以尽管随着热负荷的降低,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,图3 中的二期机组低压凝汽器压力也就只能维持在6 kPa 左右而无法得到改善了。这一现象反映在凝汽器运行端差上,就是随着机组负荷的降低,凝汽器内的传热逐步恶化,运行端差持续地上升。
    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 中二期机组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. 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”的限制。
    图1 所示的一期机组凝汽器压力变化曲线中,高、低压凝汽器压力随机组负荷的变化情况较为正常。那么,为什么装置了大气喷射器的一期真空泵没有对机组降负荷过程中的凝汽器压力改善形成制约? 这得从水环式真空泵入口安装大气喷射器的作用来分析。
 大气喷射器的作用
    水环式真空泵转轮是偏心安装的,泵运行时,离心力将壳体内的水压向壳体的内表面并随着叶轮的旋转形成偏心圆的水环,叶片及两端的侧板形成密闭的空腔,当密 封的空腔容积逐渐扩大时,形成高度真空,将凝汽器内的气体吸人,在密封容积逐渐缩小时,气体压力升高,然后从排气孔排出,叶轮每转一圈就重复一次由扩容到 收缩的过程。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,这是它的突出优点。
    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因素。
    从一、二机组真空泵的实际运行情况来看,没有配置大气喷射器的二期真空泵的运行噪声较大,叶轮容易出现汽蚀损坏。相比之下,配置大气喷射器的一期真空泵的 运行噪声却很小,而且数次检修中也从未发现有叶轮汽蚀的问题。分析其中的原因,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。在长期水锤力的作用下,真空泵叶轮容易损坏。而一期机组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”,所以不会出现“汽蚀”现象,真空泵的运行状况也就较为平 稳。
 消除凝汽器真空改善制约影响的措施
    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,较容易出现 真空泵的“极限抽吸压力”高于凝汽器压力应达值的情况,所以在机组设备选型或改造时,为低压凝汽器真空泵配置1 台大气喷射器,则可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。2005 年夏天,笔者在浙江金华燃机电厂的1 台联合循环机组汽轮机做试验时,也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,往真空泵汽水分离罐中不断补 充温度较低的自来水后,立刻降低了泵内密封水温度,提高了真空泵的抽吸能力,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 

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