张 坤 刘 康 庄 磊 樊 毅

淮北发电厂 安徽 淮北 235000

0 前言

某火电机组为上海汽轮机厂生产的660MW超临界机组，汽轮机型号为N660-24.2/566/566,型式为超临界、一次中间再热、单轴、凝汽式汽轮机。凝汽器为上海汽轮机汽轮机有限公司生产，型号：N-36000型，双汽室、八水室、壳体和水室为全焊接结构。冷却水量：73969 t/h，冷却面积36000m2。机组的真空系统配置三台湖北同方高科泵业有限公司生产的单级水环式真空泵，型号：2BW4 353-OEL4，额定功率为132kw/h。机组启动时，三台真空泵同时投运迅速建立真空；正常运行时，真空系统运行方式为两运一备，备用泵入口别通过联络门与 A、C真空泵入口相连作为两台运行真空泵的备用，备用B真空泵受低真空和运行泵跳闸联锁启动。

该电厂1号机组抽真空系统加装“双级双叶罗茨泵+双级液环泵+智能控制” 设备技术改造后，投入罗茨液环系统运行，机组真空系统提高了约0.1～0.2 kPa，从而说明此项设备技术改造在火电机组中的应用，有效降低了发电煤耗和电耗。并且解决了原真空系统存在的问题，且系统维护简单，运行安全可靠。

1 罗茨液环系统改造背景及可行性

1.1 目前，国内大容量凝器式汽轮机发电机组凝汽器真空系统水环真空泵在设计选型时，主要考虑快速启机的响应速度和最大的允许漏气量作为选型原则，因此在机组正常运行时，水环真空泵有较大富余量，真空系统电耗大。而凝汽器罗茨液环系统罗茨泵和小功率双级液环泵的有效组合，不仅解决了原水环真空泵真空系统存在的问题，并且极限真空度高，耗能降低，维护简单，安全可靠。而随着对机组泄漏的深入治理，真空严密性基本都达到优良水平，一般都小于200Pa/min，有的机组真空严密性小于100Pa/min。

1.2 由于真空系统包含众多设备及法兰接口等，影响汽轮机凝汽器严密性的因素较多且复杂，随着真空系统的严密性降低，凝汽器蒸汽喷射真空系统可维持较高的抽吸性能，能提升更高的真空度，降低机组热耗，提高机组效率，有效降低发电煤耗。

1.3 凝汽器在正常设计背压下工作时，由于水环真空泵抽吸特性，随着真空泵入口压力的减小，其抽吸能力急剧下降；而凝汽器蒸汽喷射真空系统的抽气性能可基本保持不变，仅运行1台小功率水环真空泵可大幅度降低电耗。

1.4 夏季随着温度的升高，水环真空泵的汽蚀加重，性能和出力急剧下降，导致凝汽器真空变差，造成机组经济性降低。

2 原系统设备的存在的问题

2.1 凝汽器真空泵在设计选型时，为保证初建真空的时间，真空泵和配套电机余量均过大，造成正常运行时，真空系统电耗大。

2.2 由于机组投运多年，真空严密性难以达到新机组的水准，而仅仅使用真空泵无法解决真空严密性的问题。

2.3 水环真空泵性能、出力受制于工作液温度的变化。夏季高温时，水环真空泵性能、出力下降，必须同时开启两台真空泵才能维持真空。造成机组经济性降低。

2.4 水环真空泵设备的内部机械性能(如裂纹问题)受汽蚀现象影响大，造成真空泵出力不足，甚至会出现转子断裂等情况，设备维护费用增加，并且严重影响机组运行安全及稳定性。

3 罗茨液环系统改造项目的实施

3.1 罗茨液环系统改造原理图(如图1)：

图1 罗茨液环系统改造原理图

3.2 原理分析

3.2.1 真空泵抽气性能与水温关系 当大真空泵工作液温度升高时，在同样真空度下随着水温升高其抽气能力变差。且越接近凝汽器实际真空值衰减越多。

3.2.2 真空泵抽气性能与真空度关系 现用真空泵实际抽气能力随真空度提高而逐渐衰减，且真空度越高，其实际抽气能力下降越多。综上所述，真空泵实际抽气能力2000 m3/h，已无法满足实际需要。而罗茨液环机组其主要抽气性能取决于罗茨真空泵，而不是受水温影响较大的液环真空泵，所以即使在30℃工况下仍能够保持较大的抽气量。由此可见在100mbar到10mbar入口真空的范围内，罗茨液环机组处于最高效率点。同时，采用变频的罗茨液环机组，则其抽气能力理论可达5000m3/h。

3.2.3 该厂通过对1号机组抽真空系统加装“双级双叶罗茨泵+双级液环泵+智能控制”设备技术改造，罗茨液环系统罗茨泵和小功率双级液环泵组合与大型液环泵进行转换“接力”，机组启动需要强大的抽气能力时，仍然使用现行大液环泵(真空泵)系统，而在其它的绝大部分的时间里，切换至节能机组运行，以更少的耗电仍然获得原有的吸气能力，机组启动时投入A、C真空泵运行时电流：324A，投入罗茨液环系统运行时电流：对应双级双叶罗茨泵+双级液环泵电流约42A(如图2)，节电能耗率由64%提高到87%。且能较好的维持凝汽器的真空度。双级双叶罗茨泵+双级液环泵系统仅在影响凝汽器效率特别极端的因素，作用大到节能机组自身无法支持的情况下，通过监控信号告知 DCS，要求启动原有的大型液环泵，在恢复正常后，再自动切换回节能机组。这种联动互备的改造符合节能减排的精细化营运原则。可以节约厂用电、提高真空度，达到机组节能降耗的目的。

图2 改造后罗茨液环系统电流42A

4 罗茨液环系统改造后的经济性分析

4.1 罗茨液环系统运行可靠性

4.1.1 所选用罗茨液环节能机组其极限真空度比现用液环泵高2个数量级，因此可以保证真空度高于现有系统。同时保证抽气量要求，避免拉不住真空度，导致大液环泵频繁启动，煤耗增加的风险！

4.1.2 不替代、不改变任何现有系统。任何时候，现有真空系统都是节能机组的备份系统。多了一套平行运行的系统，等于提高了现有真空系统的可靠性。

4.1.3 采用双级变频罗茨泵，不但可以双重保险，而且变频特性可以消除设备突然起停或系统波动的冲击。

4.1.4 智能PLC变频可以根据季节或电厂管理经验调整，自动或编程调整运行速度，优化节能和工艺维护。

4.1.5 系统采用双级液环泵，与单级液环泵相比，不但效率高、真空度高，而且不容易发生气蚀的风险。

4.1.6 系统由DCS指挥，可以通过温度、压力和水位传感器自动感知系统运行情况，随时反馈调整。

4.2 提高真空、降低煤耗 罗茨液环系统投入运行优于原水环真空泵系统，不再受环境温度影响，相较原凝汽器水环真空泵系统可至少提高真空度0.1～0.2 kPa(年平均值)。且当机组严密性变差时，罗茨液环系统对真空度还有更大的提高空间。

4.3 降低电耗 机组正常运行时，罗茨液环系统设备投运后运行稳定，罗茨泵和小功率双级液环泵组合，用电功率小，可大幅度降低电耗。

4.4 计算部分

1.一台660MW机组节电：按照改造后“双级双叶罗茨泵+双级液环泵+智能控制”单台机组运行时能耗53kw/h，水环真空泵2台运行时能耗2*148kw/h，汽轮发电机组运行4000h，每度电0.3844计算，节约电耗费用：(2*148-53)*4000*0.3844=373636.8元

2.一台机组提高凝汽器真空：年均提高凝汽器真空 0.1～0.2kPa(每提高 1kPa 对应煤耗下降数：2.35 g/kwh)，按照提高凝汽器真空 0.1kPa，平均400MW负荷，运行4000h，标煤单价800元计算，节约煤耗费用：0.1*2.35*400000*4000*800*10-6=300800元

3.现用大液环泵系统仅在建立凝汽器真空的几十分钟内使用，其余几千小时均作为备用。基本免维护。因此一台机组可年节约大液环泵维护费用：1*8= 8万元

4.改造后每年节约费用：373636.8+300800+80000=754436.8元

5 结束语

通过罗茨液环系统改造后性能试验，对比该火电厂1号机组凝器罗茨液环系统投入/切除时，凝汽器真空度和真空泵电流等参数的变化，罗茨泵和小功率双级液环泵切换至节能运行，以三分之一或更少的耗电仍然获得原有的吸气能力，维持汽凝器的真空度。系统实现无忧切换，改造后机组真空系统的安全可靠性得到提高。

从提高机组经济性、降低煤耗和厂用电率、增加经济收入等方面出发，我们认为罗茨液环系统在火电厂的应用，明显优于原水环真空泵抽吸真空系统，不再受环境温度影响，比原凝汽器水环真空泵系统提高真空度0.2KPa(年平均值)。大幅度降低厂用电，设备可靠性增强、经济性显著。