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-- 發佈時間：3/30/2011 12:46:36 PM
-- 大唐石門電廠水環式真空泵加裝大氣噴射器節能改造分析
大唐石門電廠水環式真空泵加裝 大氣噴射器節能改造分析 大唐石門電廠 喻友明 駱少山 【摘 要】大唐石門電廠凝汽器水環式真空泵振動較大，且泵的氣蝕造成過葉片斷裂、殼體破裂等現象，長期運行時噪音巨大。為了改善機組運行狀態下的機組真空及真空泵的運行工況，達到節能減排的目的，在#2機A真空泵入口進行加裝大氣噴射器改造，并對試驗結果進行了分析。 【關鍵詞】 水環式真空泵，大氣噴射器，極限真空，汽蝕，使用壽命 1 概述 大唐石門電廠一期#1、#2機組為300MW大型火力發電機組，真空系統真空泵為西門子原裝2BE1-353型以及引進其技術的佛山真空泵廠生產的2BE1-353型單級水環真空泵。其工作原理是1個偏心葉輪安裝在泵體內，在葉輪旋轉時，液體受到離心力的作用在泵體內形成1個旋轉的液環，葉輪端部與分配器之間的間隙被液體密封，葉輪在前半轉（此時經過吸氣孔，為吸氣過程）的旋轉過程中，密封的空腔逐漸擴大由于壓差的關系氣體由吸氣孔吸入；在后半轉（此時經過排氣孔，為出氣過程）的旋轉過程中，密封空腔逐漸縮小氣體從排氣孔排出，完成一個抽氣及吐氣的循環過程。 2 問題的提出 水環真空泵承擔較大的壓縮比(壓比達30：1以上)；需要有較高的圓周速度(22m/s)以便使水環真空泵能儲存較大的動能來完成壓力能的轉換。其工作原理本身就存在較苛刻的工作條件。首先是葉輪及葉片的鑄造工藝難以滿足要求，造成葉片夾渣、內部金屬晶體粗化等問題，導致葉片的機械性能降低；其次是其工作環境為高真空（極限真空3.3KPa），長期作用下葉片汽蝕情況嚴重；再次為其葉片直徑較長，在高壓差（約97KPa）情況下長期工作，其葉片在交變應力作用下會產生扭曲、變形直至斷裂，導致泵殼鼓包、破裂。其噪音巨大也是一結構性弊端。電廠就曾因為以上原因造成過葉片斷裂、殼體鼓包、殼體破裂等設備事故，且長期運行時噪音巨大。 3 調查研究的主要依據及可行性 圖1是2BE1-353型單級水環真空泵抽氣量與吸入壓力、功耗的關系曲線。泵部銘牌：2BE1353-0、制造商：西門子、投產日期：1995年09月、汽量：5267立米/H、極限真空：3.3Kpa、轉速：590 rpm 、配套功率：160 KW。 [img=260,211]http://quan.zhubajie.com/upload/album/201103/25/1912210_1301053065.png[/IMG] 圖1水環真空泵性能曲線 現使用的水環真空泵性能曲線見圖1所示，基本上可以分為2個區段，其中A-A0段稱為穩定段（或工作段）。該區段反映出的水環泵性能是：在保持穩定的吸氣量時，逐步提高機組凝汽器及其系統的真空。
發送圖片到手機 真空泵吸入壓力為3-8KPa，在圖1中可以看出，此段區間抽氣量變化范圍很大，真空容易波動，而功率消耗變化則不大。而此次改造則是希望能將真空泵入口壓力提升至10-13KPa（圖1中A-A0段），使其工作在穩定段，保持穩定吸氣量及真空，并能減輕泵內汽蝕情況。此時真空泵壓縮比由30:1降至10:1左右，可以提高真空泵的極限真空。 圖2所示為水環真空泵大氣噴射器工作原理圖。它以汽水分離器中的大氣作為工作氣體，通過噴嘴產生高速，使噴嘴后的壓力降到3-4KPa。將凝汽器及其系統中的氣體抽出并與工作氣體相混合，經擴散管壓縮至10-13KPa，水環泵入口壓力升高，泵的工作區間也移至性能穩定段。 [img=257,209]http://quan.zhubajie.com/upload/album/201103/25/1912210_1301053068.png[/IMG] 4 具體實施的方案 大唐石門發電廠于2010年8月份對#2機組A真空泵實施了改造，改造前后圖進行對比如下圖4、圖5： [img=235,177]http://quan.zhubajie.com/upload/album/201103/25/1912210_1301053070.png[/IMG] 圖4 改造前 [img=247,185]http://quan.zhubajie.com/upload/album/201103/25/1912210_1301053072.png[/IMG] 圖5 改造后 施工步驟：1、真空泵空氣管道解開，密封好真空泵入口，防治雜物掉入泵內；2、在汽水分離器頂部加裝Z41H-16 DN80閘閥；3、將蝶閥平移至靠近垂直管段；4、真空泵入口水平管道開φ159mm孔；5、確定噴射器入口進氣口位置，開φ159mm孔；6、確定水平后，焊接彎頭與直管段；7、清理焊渣；8、焊好后水平管道就位；9、制作連接管段。 具體做法是：1、把噴射器三通管后的氣動蝶閥換成了逆止閥，把真空泵氣動碟閥前移，控制部分也做了相應調整。2、在汽水分離器頂加裝了一臺手動閘閥，這種改進，使大氣噴射器的投退及控制更加簡單、可靠，而且又節約了成本，使整個系統簡單化，實現了安全經濟雙豐收。 大氣噴射器的投入和退出：大氣噴射器的進氣蝶閥和逆止閥相互配合，可以集控一鍵實現噴射器的投退。 5、改造實施后性能試驗及分析 5.1大氣噴射器性能靜態試驗方法及數據 5.1.1試驗方法：關閉A真空泵入口手動隔離閥。初始噴射器不投入，待真空泵運行5分鐘穩定后再投入噴射器。 5.1.2大氣壓力 99.62kPa 。 5.1.3 A泵測試數據記錄如附表1所示。 5.1.4大氣噴射器的靜態試驗數據分析： 噴射器投用后，真空泵運行噪音從95.5 dB降低為85.0 dB, 噪音下降10.5 dB，對緩解真空泵氣蝕具有顯著作用。 噴射器投用后，真空泵極限真空，在工作水溫27.6℃時，真空泵極限真空從-97.0 KPa提高到 -99.5 KPa，提高2.5 KPa；在工作水溫30℃時，真空泵極限真空從-96.5 KPa提高到 -99.5 KPa，提高3 KPa。真空泵極限真空提高程度，隨真空泵工作水溫升高越為明顯。 從試驗數據可以看出：噴射器工作性能，受真空泵工作水溫影響比較小，可以適應高工作水溫運行。 靜態試驗結果表明大氣噴射器設計參數與A真空泵匹配度較好，可以滿足不同工況條件下穩定運行。 5.2大氣噴射器帶70%負荷以下性能試驗方法及數據 5.2.1 200MW負荷（67%負荷）性能試驗： 試驗期間：大氣壓 = 100.93kPa ， 雙循環泵開啟： 循環水進口溫度：左21.9 ℃ 右22.4 ℃；循環水出口溫度：左29.8 ℃ 右29.4 ℃；循環水溫升左：8.1℃，右：7.0℃，符合大氣噴射器設計要求。 5.2.2試驗數據如附表2所示。 5.2.3噴射器帶負荷（67%）性能試驗數據分析 從試驗數據分析，在200MW（67%負荷）時，A泵加大氣噴射器系統運行對機組真空有較明顯提高： 真空泵工作水溫30℃時，機組真空提高0.36 KPa； 真空泵工作水溫32℃時，機組真空提高0.59 KPa； 真空泵工作水溫34℃時，機組真空提高1.00 KPa； 真空泵工作水溫36℃時，機組真空提高1.24 KPa 5.3大氣噴射器帶70%負荷以上性能試驗方法及數據 5.3.1 280MW負荷（93%負荷）性能試驗 試驗期間：大氣壓 = 101.72kPa ， 單循環泵開啟： 循環水進口溫度：左17.0 ℃ 右 17.4 ℃； 循環水出口溫度：左30.3 ℃ 右30.8 ℃； 循環水溫升左：13.3℃，右：13.4℃，溫升高于設計要求。 根據調度負荷的要求，280MW工況下進行了25℃和30℃兩個溫度下的試驗。 5.3.2試驗數據如附表3所示。 5.3.3噴射器帶負荷（93%）性能試驗數據分析 從試驗數據分析，在280MW（93%負荷）高負荷時，A泵加大氣噴射器系統運行對機組真空作用如下： 真空泵工作水溫25℃時，機組真空提高0.16 KPa； 真空泵工作水溫30℃時，機組真空提高0.21 KPa； 試驗表明，200MW和280MW負荷時大氣噴射器能夠有效提高機組真空。 6、 結束語 隨著真空泵工作水溫上升，真空泵性能下降，機組真空也不斷降低。而大氣噴射器投運后，機組真空得到一定的提高，并且不再受真空泵工作水溫變化的影響。 工作水溫越高，加裝噴射器后提高機組運行真空越明顯。 在機組帶負荷運行時，要將大氣噴射器投運以保護真空泵轉子，并提高機組真空，提高經濟性。 循環水量是決定機組真空的重要因素，本臺機組循環水正常運行時循環水溫升為13℃左右，高于設計值。若增開一臺循泵，使循環水溫升達到設計要求，大氣噴射器投用后對機組真空的提升效果更加明顯。 參考文獻資料： 〔1〕《真空泵加裝大氣噴射器的方案及說明》.大唐石門發電有限責任公司. 〔2〕《真空泵說明書》. 廣東佛山水泵廠.>http://quan.zhubajie.com/upload/album/201103/25/1912210_1301053067.png[/IMG] 圖2 水環真空泵大氣噴射器工作原理圖 大氣噴射器工作原理:在水環真空泵吸入口前串聯一個大氣噴射器，形成增壓水環真空泵。使用增壓式水環真空泵其目的是擴展壓力范圍，提高極限真空以取得更為有利的經濟運行方式。 為了克服水環泵技術性能上的缺陷，在水環泵前設置噴射器，組成一套技術性能完善的抽氣設備，如圖3所示。這種抽氣設備能適應機組的啟動和運行工況，可說是一套高效率的抽氣設備并且能有效地改善水環泵的汽蝕性能、延長使用壽命和提高可靠性。 3.1以加裝大氣噴射器提高機組夏季真空0.3kPa計算。按1kPa真空影響發電煤耗約2.5~3.3（西安熱工研究院統計數據）計算，每100MW功率，按機組年夏季運行小時3000小時（125天），標煤單價按每噸800元計算，一年由于真空提高而帶來的經濟效益： ＝3000×0.3KPa×2.9/KPa×10-6×100×103×800＝20.88萬元/年 對于300MW機組，每年由于真空提高帶來的經濟效益在60萬元以上。 3.2改造后延長葉輪檢修和更換的間隔時間，由此可節省部分檢修費用。 3.3此效益還不包括改善冷卻水溫對于改善真空泵性能的提高帶來的經濟效益。 3.4如果一臺機組同時進行兩臺真空泵的改造，300MW機組，改造投資在2年之內即可回收。 3.5噪音減小，改善勞動環境和條件等。 [img=256,165]http://quan.zhubajie.com/upload/album/201103/25/1912210_1301053068.png[/IMG] 4 具體實施的方案 大唐石門發電廠于2010年8月份對#2機組A真空泵實施了改造，改造前后圖進行對比如下圖4、圖5： [img=235,177]http://quan.zhubajie.com/upload/album/201103/25/1912210_1301053070.png[/IMG] 圖4 改造前 [img=247,185]http://quan.zhubajie.com/upload/album/201103/25/1912210_1301053072.png[/IMG] 圖5 改造后 施工步驟：1、真空泵空氣管道解開，密封好真空泵入口，防治雜物掉入泵內；2、在汽水分離器頂部加裝Z41H-16 DN80閘閥；3、將蝶閥平移至靠近垂直管段；4、真空泵入口水平管道開φ159mm孔；5、確定噴射器入口進氣口位置，開φ159mm孔；6、確定水平后，焊接彎頭與直管段；7、清理焊渣；8、焊好后水平管道就位；9、制作連接管段。 具體做法是：1、把噴射器三通管后的氣動蝶閥換成了逆止閥，把真空泵氣動碟閥前移，控制部分也做了相應調整。2、在汽水分離器頂加裝了一臺手動閘閥，這種改進，使大氣噴射器的投退及控制更加簡單、可靠，而且又節約了成本，使整個系統簡單化，實現了安全經濟雙豐收。 大氣噴射器的投入和退出：大氣噴射器的進氣蝶閥和逆止閥相互配合，可以集控一鍵實現噴射器的投退。 5、改造實施后性能試驗及分析 5.1大氣噴射器性能靜態試驗方法及數據 5.1.1試驗方法：關閉A真空泵入口手動隔離閥。初始噴射器不投入，待真空泵運行5分鐘穩定后再投入噴射器。 5.1.2大氣壓力 99.62kPa 。 5.1.3 A泵測試數據記錄如附表1所示。 5.1.4大氣噴射器的靜態試驗數據分析： 噴射器投用后，真空泵運行噪音從95.5 dB降低為85.0 dB, 噪音下降10.5 dB，對緩解真空泵氣蝕具有顯著作用。 噴射器投用后，真空泵極限真空，在工作水溫27.6℃時，真空泵極限真空從-97.0 KPa提高到 -99.5 KPa，提高2.5 KPa；在工作水溫30℃時，真空泵極限真空從-96.5 KPa提高到 -99.5 KPa，提高3 KPa。真空泵極限真空提高程度，隨真空泵工作水溫升高越為明顯。 從試驗數據可以看出：噴射器工作性能，受真空泵工作水溫影響比較小，可以適應高工作水溫運行。 靜態試驗結果表明大氣噴射器設計參數與A真空泵匹配度較好，可以滿足不同工況條件下穩定運行。 5.2大氣噴射器帶70%負荷以下性能試驗方法及數據 5.2.1 200MW負荷（67%負荷）性能試驗： 試驗期間：大氣壓 = 100.93kPa ， 雙循環泵開啟： 循環水進口溫度：左21.9 ℃ 右22.4 ℃；循環水出口溫度：左29.8 ℃ 右29.4 ℃；循環水溫升左：8.1℃，右：7.0℃，符合大氣噴射器設計要求。 5.2.2試驗數據如附表2所示。 5.2.3噴射器帶負荷（67%）性能試驗數據分析 從試驗數據分析，在200MW（67%負荷）時，A泵加大氣噴射器系統運行對機組真空有較明顯提高： 真空泵工作水溫30℃時，機組真空提高0.36 KPa； 真空泵工作水溫32℃時，機組真空提高0.59 KPa； 真空泵工作水溫34℃時，機組真空提高1.00 KPa； 真空泵工作水溫36℃時，機組真空提高1.24 KPa 5.3大氣噴射器帶70%負荷以上性能試驗方法及數據 5.3.1 280MW負荷（93%負荷）性能試驗 試驗期間：大氣壓 = 101.72kPa ， 單循環泵開啟： 循環水進口溫度：左17.0 ℃ 右 17.4 ℃； 循環水出口溫度：左30.3 ℃ 右30.8 ℃； 循環水溫升左：13.3℃，右：13.4℃，溫升高于設計要求。 根據調度負荷的要求，280MW工況下進行了25℃和30℃兩個溫度下的試驗。 5.3.2試驗數據如附表3所示。 5.3.3噴射器帶負荷（93%）性能試驗數據分析 從試驗數據分析，在280MW（93%負荷）高負荷時，A泵加大氣噴射器系統運行對機組真空作用如下： 真空泵工作水溫25℃時，機組真空提高0.16 KPa； 真空泵工作水溫30℃時，機組真空提高0.21 KPa； 試驗表明，200MW和280MW負荷時大氣噴射器能夠有效提高機組真空。 6、 結束語 隨著真空泵工作水溫上升，真空泵性能下降，機組真空也不斷降低。而大氣噴射器投運后，機組真空得到一定的提高，并且不再受真空泵工作水溫變化的影響。 工作水溫越高，加裝噴射器后提高機組運行真空越明顯。 在機組帶負荷運行時，要將大氣噴射器投運以保護真空泵轉子，并提高機組真空，提高經濟性。 循環水量是決定機組真空的重要因素，本臺機組循環水正常運行時循環水溫升為13℃左右，高于設計值。若增開一臺循泵，使循環水溫升達到設計要求，大氣噴射器投用后對機組真空的提升效果更加明顯。 參考文獻資料： 〔1〕《真空泵加裝大氣噴射器的方案及說明》.大唐石門發電有限責任公司. 〔2〕《真空泵說明書》. 廣東佛山水泵廠.