直接空冷机组真空泵汽化的探讨
直接空冷机组存在的问题及其对策初探
直接空冷机组存在的问题及其对策初探摘要：近几年来直接空冷机组在富煤缺水的北方煤矿坑口地区备受青睐，因具有卓越的节水性能，使电厂选址不受水源限制，但由于其自身的特点，直接空冷机组还存在不少问题。
如背压高且随季节及昼夜的变化幅度大，空冷凝汽器的冷却性能受环境中沙尘的影响，空冷凝汽器的冷却性能受环境风的影响等，本文针对这些现象及原因进行了分析及提出对策。
关键词：直接空冷；机组；问题；对策随着国民对水资源保护意识的增强，近几年来直接空冷火电机组以其卓越的节水性能在我国富煤缺水的北方煤炭坑口地区得到空前发展。
“十五”期间，国家明确指出要发展7大型空冷电厂并逐步形成规模，仅2003—2005年的3年间，200MW、300MW、600MW等大型直接空冷机组相继投产发电，直接空冷机组装机容量超过5GW。
在“十一五”期间，我国的火电直接空冷技术将得到更大的发展，直接空冷机组装机容量将达到30GW以上。
直接空冷机组具有明显的节水效果，但也存在一些问题。
笔者结合实际经验，对直接空冷机组中存在的问题提出了几点思考。
1背压高且随季节及昼夜的变化幅度大1现象分析（1）汽轮机的运行背压高。
空冷机组的冷却极限为环境干球温度，该干球温度高于常规湿冷机组的冷却极限——湿球温度，故空冷机组的背压大于湿冷机组。
湿冷汽轮机的额定背压和夏季满发背压分别为4.9kPa和11.8kPa左右，而空冷汽轮机的额定背压和夏季满发背压分别在13kPa--18kPa和30kPa--35kPa，空冷机组的运行背压高出湿冷机组3倍左右。
（2）汽轮机的背压变幅大。
由于环境干球温度的昼夜温差大，季节的温度变化范围更大，故空冷汽轮机的背压变化范围很大。
湿冷汽轮机的运行背压范围为4.9kPa—11.8kPa，而空冷汽轮机的运行背压为5kPa--50kPa。
1.2应对措施（1）设计专用的空冷汽轮机由于直接空冷汽轮机具有背压高及背压变幅大的特点，这就要求汽轮机必须能适应较宽背压范围尤其是高背压工况下可靠工作，这样的变背压汽轮机绝不能用传统的低压缸的中背压汽轮机替用，而必须配套设计具有特殊的末级叶片结构的变背压、变功率汽轮机，以保证直接空冷汽轮机在50kPa到60kPa之间的背压下仍可安全运行。
直接空冷的概述
一、结构简介：1：直接空冷系统汽轮机的排汽通过大直径的管道进入布置于主厂房A列前的空冷凝汽器，采用轴流风机使冷空气流过空冷凝汽器，以此使蒸汽得到冷凝，冷凝水经过处理后送回到锅炉给水系统。
2：凝汽器构件空冷凝汽器由三排翅片管束，蒸汽分配管，管束下联箱，支撑管束的钢架组成。
3：排汽管道系统汽轮机低压缸排汽装置出口到与连接各空冷凝汽器的蒸汽分配管之间的管道以及在排汽管道上设置的滑动和固定支座，膨胀补偿器，相关的隔断阀门及起吊设施，安全阀，防爆膜，疏水系统等。
4：凝结水回收系统经空冷凝汽器凝结成的水通过凝结水管道收集到汽轮机排汽装置下的热井中，然后通过凝结水泵送入汽轮机热力系统。
补水量为锅炉BMCR工况流量的3∽5%。
5：抽真空系统由三台100%的水环式真空泵以及所需的管道阀门等组成。
是机组启动和正常运行时抽出空冷凝汽器和其他辅助设备和管道中的空气，建立和维护机组真空。
真空泵一用二备，冷态抽空时间40分钟，要求管道系统必须严密不漏。
6：直接空冷系统性能保证的考核点工况在夏季空气干球温度为34℃，外界环境风速≤5m/s时，每台汽轮机的排汽量为692t/h，排汽焓为2530﹒3KJ/kg时，风机100%转速的情况下，应保证汽轮机排汽口处背压不大于32Kpa，这一工况作为直接空冷系统性能的主要考核点。
7：空气通道每台风机对应的冷却管束﹙冷却单元﹚应有其空气通道，以保证冷空气进入及热空气排出。
凝汽器支撑钢架的布置应不影响冷空气进入凝汽器。
不同冷却单元之间应设隔墙，以免相邻冷却单元互相影响和相邻风机的停运而降低通风效率。
并且隔墙要有一定的强度，以免由于振动而损坏。
对整个冷凝器风道以外的缝隙应采用抗腐蚀板进行封堵，以保证空气通过凝汽器时不走旁路，保证通风量和冷却效果，减少风机电耗。
8：冷却风机风机﹙包括电机减速机风扇叶片变频柜﹚为德国斯必克公司生产，单台功率110KW，台数30台﹙其中顺流24台，逆流6台﹚，叶片旋转直径10﹒363米。
直接空冷机组运行问题探讨
第 １期 （ 第 １ ４期 ） 总 ４
２０ ０ ８年 ２月
山 西 电 力
ＳＨ ＡＮ Ｘ１ ＥＬＥＣＴＲ１ Ｃ Ｐ０Ｗ ＥＲ
ＮＯ．１ （ ｒ ４ Ｓｅ ．１ ４）
Ｆｅ ． ０ ８ ｂ ２ ０
直接 空 冷 机 组 运 行 问题 探 讨
冬 季环境 温度 低 ，如果 排汽 凝 结放热 量 小 于其 管线 对 环境 的散热 量 ，排 汽就在 未 到达 空冷 散热 片 时 就 已全部凝 结 成水 ，不 能实现 正 常 的汽水 循环 流 动 。具 体现 象表 现为 ：在起 初 的一 段时 间 内排 汽压 力 偏低 ，严 重时 可 达 到 ３ ４ ｋ ａ ～ Ｐ ，凝 结 水 过 冷 度 偏 高 ；一定 时间 后 ， 由于大量 凝结 水不 断集 聚储 藏 于排 汽管道 中 ，排汽 装置 水箱 水位 偏 高 ，疏 水 泵 出 力 大 ；凝 结 水 箱 水 位 偏 低 ，凝 结 水 系统 回 收 水 量 低 ，汽水 流量严 重 不平 衡 ，除氧器 或 凝结 水箱 补水
成 回汽不 畅 。对此 进 行如 下改 进 。
冷设 备汽 水工 质 的正 常凝结 和 流动过 程 ，造 成低 压 排 汽压力 与 空冷散 热 片 内压 力偏 差 大 ，汽水 工质 失 去热 自拨 能 力 ，排 汽 管 线 和 散 热 片 中 出现 涌 水 现
象 ，局 部 出现水 击现 象 和积水 冰冻 现象 ；处 理不 得 当 ，可 能 因管道 机械 负载 大 和冲击 振动 以及 大 面积
中图分类 号 ：ＴＫ ６ ． ２４１
文献标 识 码 ：Ｂ
文章 编 号 ：１ ７ —３ ０ ２ ０ ） １０ ０ —３ ６ １０ ２ （ ０ ８ ０ —０ ４０
目前 ，在我 国北 方缺 水地 区普 遍采 用直 接 空冷 机 组 ，但 直 接空 冷机 组 由于运 行时 间较 短 ，在 各厂
基于直接空冷抽汽机组冬季防冻对策研究
基于直接空冷抽汽机组冬季防冻对策研究摘要：本文介绍某化工厂自备电厂直接空冷系统冬季冻结的原理，分析蒸汽流量过低、真空泄露严重、热风再循环、散热器脏污等问题，通过运行实践经验的积累，制定了详细有效的措施，摸索出了西北高原地区冬季直接空冷运行的方法及防冻防裂措施，保证了机组安全经济运行。
关键词：汽轮机；真空泵；防冻1前言某大型化工厂配套自备电厂4*125MW机组，采用直接空冷技术。
空冷岛由中国双良集团提供，机组直接排汽装置系统（ACC）由4列组成，每列4个风机单元（每个风机单元1台风机），共16个风机单元。
每列第二个风机单元（从蒸汽分配管入口方向依次为一、二、三、四）为逆流单元。
抽真空由2台水环真空泵完成。
在启动阶段，2台泵全部运行，正常运行时1台泵来维持真空。
直接空冷机组因其明显的节水效果而广泛应用，但也存在一些固有的缺点，如受外界环境的影响较大，冬季启停、低负荷运行防冻问题十分突出。
本自备电厂空冷岛冬季运行工况平均气温达到－18℃，最低气温可到－32 ℃。
作为抽汽机组，平均供汽量达到240吨/h，抽汽量基本达到额定抽汽量，给空冷岛防冻造成较大压力，空冷岛运行调整更为重要和迫切。
2 空冷系统概述汽轮机低压缸排出的蒸汽经大蒸汽管道，进入蒸汽分配管，在蒸汽分配管中将蒸汽分配给各个顺流管束，通过大型轴流风机强迫空气流过顺流管束，大部分蒸汽在顺流管束翅片管内表面冷凝成水流入下联箱，部分未凝结的蒸汽和不凝性气体经下联箱进入逆流管束，蒸汽在逆流管束翅片管内表面冷凝成水流入下联箱，不凝性气体经逆流管束上部的抽气口、抽真空管道，进入水环真空泵，在真空泵内被压缩后排入大气。
同时，下联箱中的凝结水由于重力作用经凝结水管道进入排汽装置。
本空冷岛单排管和顺逆流相结合结构。
空冷系统按照每台机组16个冷却单元（4×4）配置，风机直径9.144m，空冷平台高30 m，转速86rpm，风量470m3/s，空冷凝汽器散热面积401140m2.。
直接空冷机组汽动给水泵冷却技术研究
直接空冷机组汽动给水泵冷却技术研究毛新静【摘要】讨论了国内火力发电厂直接空冷机组汽动给水泵冷却方案,从系统特性、投资费用、换热效率三个方面进行分析比较,对空冷给水泵汽轮机的调试及调节等进行分析、论证,提出了确保机组安全稳定运行的措施.【期刊名称】《机械管理开发》【年(卷),期】2012(000)006【总页数】2页(P59-60)【关键词】直接空冷;间接空冷;换热效率【作者】毛新静【作者单位】山西省电力勘测设计院,山西太原030001【正文语种】中文【中图分类】TM621.90 引言对于采用直接空冷的机组，因其背压高，且受外部条件的影响变化幅度大，区别于常规湿冷机组，目前国内已经投运和订货的直接空冷机组中，汽动给水泵主要采用以下三种冷却方案：汽动泵湿冷方案、汽动泵简冷方案、汽动泵直冷方案。
近年来由于主机采用直接空冷，给水泵采用汽泵直冷方案（即给水泵汽轮机和主汽轮机采用相同的空冷方案）具有系统简单、耗水量小、初投资省等特点，受到各大发电公司的高度关注。
1 汽动给水泵主要冷却方案1.1 汽动泵湿冷方案的技术特点汽动泵小机自带凝汽器，小机冷却系统为冷却塔的湿冷方式（以下简称湿冷），给水泵汽轮机独立设置一套湿冷系统，包括油系统、双汽源供汽系统、凝结水系统及抽真空系统等[1]：1）小机的供汽系统。
小机的备用蒸汽来自低温再热蒸汽，正常运行蒸汽来自四段抽汽，与湿冷机组相同。
2）小机的凝汽冷却系统。
每台机组配置2台小机，各设一台凝汽器，凝汽器循环冷却水通过水工冷却水塔循环冷却。
3）抽真空系统。
由于主机与小机排汽背压不同，主机额定背压15 kPa，且随外界环境温度的变化而改变，小机额定背压7 kPa。
抽真空系统无法合并，因此小机凝汽器需单独设置抽真空系统，1台机组配置2台水环真空泵。
4）凝结水、疏水系统。
因主机与小机排汽背压不同，小机凝结水经小机凝结水泵排至主机排汽装置下的凝结水箱。
小机疏水至主机疏水扩容器。
5）胶球清洗装置，2台小机共设1套。
300MW直接空冷尖峰冷却系统的研究与应用
300MW直接空冷尖峰冷却系统的研究与应用1.前言我国西北地区煤矿较多，前期大量建造湿冷机组，但水资源缺乏，不适宜大容量湿冷机组；后期政策调整改为空冷机组，为了确保煤电的经济性，该地区大量投运空冷火力发电机组。
随着国内火力发电技术的发展和进步，以及国家对空冷机组能耗要求的提高，空冷机组主要的技术经济效益，成为了研究重点和难点。
在进行火力发电过程中，空冷汽轮机组在汽轮机组尾部的排汽冷却采用空气冷却，但近年来北方地区环境温度逐年提升，夏季高温季节时段延长，导致空冷机组夏季不能满负荷运行，且运行背压偏高，经济性严重受到影响。
2.空冷机组冷端特点因国家政策的调整，火力发电机组现阶段的供电煤耗普遍偏高，特别是空冷机组，因其采用空气冷却的方式，不仅换热效率低，而且耗电量大，增大了厂用电率，空冷机组冷端参数的特点主要有：1.空冷机组随负荷变化真空的变化较大；2.空冷机组的排汽焓值高；3.空冷机组较同等量湿冷机组乏汽量大；4.空冷机组排汽干度大；5空冷机组真空变化受环境温度影响较大。
以上原因导致空冷机组经济性差，从冷端角度来分析，解决空冷机组煤耗高的方法是加强冷端散热能力，加强冷端散热能力的方式有很多种：1、前几年很多空冷机组对空冷岛进行了加装喷淋装置的改造，喷淋的水采用软化水，费用昂贵，而且喷淋后由于空气中污染物较多，会对空冷岛翅片造成腐蚀，甚至使空冷岛翅片受力变形。
翅片内有高温乏汽，在60-70℃下，外部的喷淋水极易对翅片造成结垢现象。
2、增加空冷岛散热单元，这种改造费用昂贵且需要有足够的场地，一般电厂A排外就是发电机出线至变电站，很难有场地。
3、尖峰冷却系统，这是一种将空冷机组部分乏汽通过分流冷却的方式，降低空冷岛的散热压力，以降低机组背压。
相当于双冷源运行，效果确实很好，但是耗水量也较大。
如果附近有城市中水或其他水源可以考虑。
在机组空冷性能曲线中，随着环境温度的升高，机组背压呈递增式的提高，同样，机组排汽量增大后，背压也呈递增式的提高。
330MW直接空冷机组防冻措施探讨
工况下的成功防冻经验进行 总结探讨 ． 以便在 运行 中借鉴。
【 关键词】 直接空冷； 防冻； 机组
１ ． 机 组 启 动 过 程 中 的 防冻 措 施
抽空气温度和排汽温度的差值— 酬 、 于１ ５ ℃． 否则， 应提高机组背压。
（ ４ ） 机组正常运行 中负荷应尽量控制在 ５ Ｏ ％以上运行。 （ １ ） 机组在冬季启动前（ 环境温度 ≤０ ℃） ， 应检查空冷凝汽器各列 （ ５ ） 空冷凝汽 器投人运行后 ， 必须保证 各列散热器之 间的隔离 门 进汽隔离阀关 闭 ． 抽空气 隔离 阀关闭 防止窜风 ， 影 响整体空气动力场的稳定性 。 （ ２ ） 锅炉点火前 ， 将 机组本体 、 管 道疏水至本体扩容器 门关 闭 ， 将 关 闭严密 ． （ ６ ） 冬季运行期 间每班应就地实测各列散热器外表面上 、 中、 下部 管道疏水导人定排扩容器或启动疏水扩容器 （ 个别厂有 ） ， 确保空冷系 的温度不少于三次 ． 且各列顺 流散热器 下部 温度 不得 ＜ ２ ０ ￣ Ｃ ， 逆流散热 统 无 蒸 汽 进 入 Ｏ ｃ Ｃ 否则 ． 应 降低对应列风机的转速。 尤其应注意各 （ ３ ） 锅炉点火前 ． 启动三台水环真空泵开始抽真空． 当 机组背压降至 器上部温度不得＜ ４ ０ Ｐ Ｋ ａ 时关闭抽真空旁路阀。保持一台真空泵运行缓慢降低机组背压。 列凝结水 温度测点对应侧 的联箱 温度不得小于其对应 压力下 的饱和 防止空冷散热器在运行 中局 部过冷而引起部分 管束的过冷变 （ ４ ） 锅炉点火 后 ． 一次器采用对 空排汽的方法进行升温 、 升压 ， 当 温度 （ 主蒸 汽流量 达到空冷单列凝 汽器的最小 防冻 流量时 （ 约额定流量 的 形）
直接空冷机组最佳背压探讨
直接空冷机组最佳背压探讨摘要：直接空冷系统的运行管理贯彻“以安全为基础，以经济为主线”的原则。
通过加强直接空冷系统的运行管理和日常维护，使空冷系统始终处于良好的工作状态，保持较高的换热效率，为空冷机组的安全、经济运行提供保障。
关键词：空冷机组；安全经济运行The optimal operation of the direct air-cooling unitChen Xiangang(Datang Gansu Power Generation Co., Ltd.)Abstract: The operation managemen of tdirect air-cooling system is in principle of "security-based, economic main line". By strengthening the operation and management of direct air cooling systems and maintenance, air-cooling system is always in the good working condition, maintaining higher heat transfer efficiency, to provide protection for safe and economic operation of air-cooling units.Keywords: air-cooling unit; safe and economic operation随着大容量的直接空冷发电机组的在西北地区的快速普及，如何保证空冷机组在安全、经济工况下长周期的稳定运行已经是一个摆在各个空冷发电厂面前的一个实际问题，甘谷发电厂通过多年多的运行积累、试验总结出了自己的一套运行管理经验。
系统简介大唐甘谷发电厂技改工程2×300MW级燃煤发电机组于2007年12月底先后投产发电。
大型空冷机组影响机组真空的因素分析与处理
大型空冷机组影响机组真空的因素分析与处理空冷发电机组和循环水冷凝发电机组的不同在于它取消了循环水系统（包括水塔），而增加了空冷岛及相关配套设施，低压缸排汽采用直接风冷的方式进行冷却，即在汽机房A排外建一个大型的空冷装置（空冷岛），汽轮机低压缸的排汽通过排汽装置和排汽管道进入空冷岛，蒸汽冷却后回收至热水井。
在空冷发电机组中，真空系统庞大，整个空冷岛、排汽装置、排汽管道以及附属的各种管道全部为真空区域，因此机组的真空尤为重要，它直接关系到机组的安全经济运行。
通过宁夏灵武1#机组的安装和试运，我们对空冷机组真空的影响因素进行总结归纳如下，现将其逐一进行分析。
1 空冷岛设备系统的安装质量对机组真空的影响空冷区域的设备系统庞大，其安装质量的好坏，特别是系统的严密性对机组的真空起着至关重要的作用。
1.1 冷却管束空冷岛的主要设备是起冷却作用的冷却管束，这部分设备一般由国外（目前我们使用的进口设备主要是德国的GEA和SPX两家）直接进口，设备质量好，在出厂前都进行过水压试验，一般不会泄露。
因此，冷却管束的严密性不必担心，但在安装过程中必须采取严格的防护措施，防止施工中造成设备的损伤从而影响真空的严密性。
1.2 蒸气分配管和管束的上下联箱蒸气分配管和管束的上下联箱也是GEA和SPX直接供货的，但此部分设备到现场需要组合安装，因此控制此部分现场组合安装的工作很重要，在空冷岛严密性试验中，此部分区域泄漏的可能性也最大、最多。
鉴于此，在施工过程中要严格控制此部分的焊接质量，并严格按照要求进行焊口探伤，以确保焊接质量。
1.3 排气管道排气管道是排汽装置和空冷岛的连通枢纽，由于其管径较大（直径约6m），而且其在半空中，施工难度较大，其焊接质量的控制难度也较高。
为此，我们采取了由专业焊工进行施焊，并随机抽检焊口的方法来确保焊口质量。
1.4 空冷岛小口径管道在空冷岛区域的抽真空、凝结水等小口径管道全部为负压运行，因此，它们焊接质量也对机组真空起着很重要的作用，必须确保此部分管道的焊接质量。
真空泵气蚀的问题
真空泵气蚀的问题
真空泵的汽蚀问题
因为真空泵长期处于高真空度下动行，一般运行真空度在P1=3.4~8.0KPa范围内，特别是在夏季，随着冷却水温的升高，水的汽化压力也随之升高，任何形式结构的真空泵都将产生汽蚀现象。
此时真空泵的排气压力也急剧上升，液环内（吸入腔）的汽泡迅速冷凝并使气泡产生破裂，对叶轮表面形成伤害。
汽蚀的定义-----水泵（含真空泵）在运行的时候，存留在泵内的空气（或水蒸汽）使汽泡产生破裂，对水泵叶轮表面形成伤害，这就是汽蚀现象。
它直接后果是在叶轮表面形成蜂窝状，它可降低泵（含真空泵）效率与寿命，这也是许多水泵专家多年共同研究的课题之一。
离心泵的汽蚀-----它与水泵流量、安装高度、流体含沙量有很大关系。
真空泵的汽蚀-----真空泵在高真空状态下运行，特别是在夏季，随着工作水温的升高，水的汽化压力也随之升高，在真空泵的吸入端，液环内的汽蚀迅速冷凝并使汽泡产生破裂，这就是真空泵产生汽蚀的机理，真空泵的汽蚀与真空泵的真空度、工作水温有关系，与真空线速度、压缩比没有直接关系。
在这样的工况下，任何真空泵都会发生汽蚀，因为不论真空泵的结构如何、压缩比多大，它在真空泵的吸入侧均形成相同的真空，必然会产生汽蚀。
真空泵防止汽蚀措施-----对分配器采用平面结构的单级真空泵，在成套机组上安装汽蚀保护管，将很不一部分正压气体引入真空泵的吸入腔，在叶轮表面形成薄薄的一层气体保护膜，这样就从根本上防止汽蚀的产生。
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2006年3月第7卷第3期电 力 设 备
ElectricalEquipment
Mar12006
Vol.7No.3
直接空冷机组真空泵汽化的探讨侯瑞春(山西电力科学研究院,山西省太原市030001)
摘要:直接空冷机组在夏季运行时,排汽压力会持续升高且波动明显,严重限制了机组的出力,直接影响着机组的安全和稳定运行。经过试验和探索,找到了夏季真空波动的原因,在直接空冷机组中,真空泵出力对真空的变化有明显的影响。文章提出了相应的解决方案:在逆流区抽气管道上安装优质的滤汽阀;加强凝结水至真空泵补水系统的严密性,降低真空泵密封冷却水温度。此3种方案在现场已经有了比较好的试验结果,可以将直接空冷系统的真空波动减小到1～2kPa。关键词:排汽压力;水环真空泵;密封水温度;直接空冷机组;发电机组中图分类号:TK264.1
0 引言直接空冷机组真空容积非常庞大,排汽压力普遍比湿冷机组高约10～20kPa。尤其在夏季,排汽压力会因环境温度的持续升高而变得不稳定,成为制约直接空冷机组正常带满负荷运行的重要因素,对机组的安全稳定运行、经济性产生巨大的影响。在高负荷下保持机组正常排汽压力主要是由蒸汽冷凝器实现的,
而非真空泵。但是,夏季水环真空泵工作特性的改变将直接导致直接空冷系统的排汽压力的变化。在湿冷机组中,水环真空泵的工作状况在全年变化不明显,但在直接空冷机组中,真空泵出力对排汽压力有明显影响。真空泵的出力随着排汽压力的大幅变化而变化。直接空冷机组在调试、启动和运行方面与传统的湿冷机组有所不同。随着直接空冷机组的陆续投产,应合理地应用空冷系统的特性,改进调试和试验方案,加强运行、维护以及节能降耗等优化措施。
1 夏季排汽压力波动的技术分析1.1 波动的规律在夏季,直接空冷机组的排汽压力每天有规律地呈大波浪形的摆动,大致可分为3个时间段:
(1)6∶00～11∶00,排汽压力开始随着环境温度
的升高而上升。(2)11∶00～17∶00,机组的排汽压力呈小波浪式
摆动,尤其当环境温度大于29℃,排汽压力大于30kPa时,排汽压力波动幅度为1～4kPa。(3)17∶00～次日6∶00,排汽压力随环境温度的
降低而降至最小。1.2 引起排气压力有规律波动的原因引起排气压力呈现规律波动的因素有:环境温度的周期性变化;负荷规律性变化;环境风向的变化;设备出力的变化。首先,在机组负荷稳定的前提下,由于ACC风机在正常运行中处于自动控制,全天候的温度呈有规律的变化,因而使排气压力的控制也呈周期性的变化。但从机组的试运行中发现,由于排汽压力设定值小于运行排汽压力,夏季空冷风机运转频率基本都稳定在满负荷(50Hz),变频风机很少参与调整;当排汽压力在上午11时后由于环境温度的上升而开始上升时,排汽压力开始呈现短时间的小幅度摆动,波动幅度在1～4kPa之间。经现场实际测试和检查分析,即从减少机组负荷到调整真空泵的冷却水温度和节流真空泵入口阀门的试验看,确认引起排气压力变化的主要原因并不是环境温度或空冷风机本身的问题,而是真空泵及其冷却系统偏离设计工况,真空泵密封水冷却水的温度过高,超过饱和而汽化,严重影响了真空泵的抽真空能力,致使空冷器内不凝结气体不能及时被抽走,背压开始波动。如果长时间运行在汽化工况下,真空泵叶轮将遭严重损坏。一般真空泵的设计运行参数的条件是:①水温为15℃;②空气温度为20℃;③气体相对湿度为70%;④大气压力为0.1013MPa;⑤抽气量偏差不超过±10%。以上参数基本适合于湿冷机组的运行。但是对于直接空冷机组,由于排汽压力的变化范围大,高背压、高排汽温度,相对高的抽气温度,使真空泵的工作条件变得不稳定,如某厂300MW直接空冷机组试验数据列于表1。在夏季中午,当负荷为289MW,风机转动频率为50Hz,排汽压力约为-55kPa,相应的饱和蒸汽温度为71℃,排汽温度约为72℃,抽气温度高达66～67℃,而此时的真空泵入口实际压力为-72～-75kPa,相应的饱和蒸汽温度为51.03～55.3℃,比相应的真空泵抽气口的压力下的饱和蒸汽温度高8～火电厂空冷技术专题侯瑞春:直接空冷机组真空泵汽化的探讨15
11℃;如果不采取措施,排汽压力将在-53～-56kPa范围内波动,如果采用节流真空泵入口阀门开度或强制更换真空泵内的密封冷却水,则排汽压力基本可稳定在一固定的值上,波动幅度减小。实际测试表明强制换水效果明显,波动范围可减小到1.5kPa以内。由此可以得知,在其他条件不变的情况下,
真空泵的密封冷却水温度是制约水环真空泵性能的主要因素。
表1 某厂300MW直接空冷机组试验数据
负荷/MW风机频率/Hz环境温度t1/t2/t3/℃排气压力(排汽压力波动范围)/kPa真空泵入口压力/kPa真空泵入口真空对应的饱和水温度/℃真空泵入口汽温/℃入口汽温对应的真空/kPa真空泵入口密封水温/℃真空泵出口密封水温/℃
No1凝左/右/抽气压力/kPaNo2凝左/右/抽气压力/kPaNo3凝左/右/抽气压力/kPaNo4凝左/右/抽气压力/kPaNo5凝左/右/抽气压力/kPaNo6凝左/右/
抽气压力/kPa
冷却换水前289.45036/35/33-55/(-53～-56)-7255.3067-61325071.7/71.9/69.271.5/71.9/66.571.9/71.7/69.271.5/71.9/68.971.9/71.7/68.471.6/71.4/
68.5节流真空泵入口门(未换水)
303.95030.4/30.1/28.9-58.5/(-57～-59)-7551.0360-68355569.1/69.2/65.968.8/69.3/62.869.2/69.2/6668.8/69.2/65.568.9/69.1/65.469.1/68.7/
65.4
节流真空泵入口门(未换水)
289.95030.5/30.3/37.0-57/(-56～-57.5)-7452.5563-65365670/70/66.970/70/64.570.5/70.5/66.570.2/70.6/66.170.2/70.5/65.670.5/70.1/
65.7
开启节流真空泵入口门,
加强冷却水换水
289105034.9/33.4/33.3-55.1/(-54～-55.5)-7255.3066-62324671.7/72/68.271.5/71.9/66.171.9/71.9/68.271.5/71.9/68.871.5/71.7/67.471.5/71.9/68.8
1.3 影响真空泵工作的因素当水环真空泵叶轮在原动机带动下旋转时,工质在叶片的推动下作圆周运动,由于离心力的作用,将水甩向外径形成一个贴在圆柱体内表面的水环。由于叶轮与壳体是偏心的,水环的内表面也就与叶轮偏心。壳体内的水形成了一个与圆柱壳体同心的圆筒形水环,其结果是由水环内表面、叶片表面、轮毂表面和壳体的两个端面围成了许多互不相通的小空间。由于叶轮与水环是偏心的,所以处于不同位置的小空间,其容积是不同的。也就是说,对于某一指定的小空间,随着叶轮的转动,它的容积也是不断由小变大,
再由大变小。真空泵工作原理示意图如图1所示。
图1 真空泵工作原理示意图
在小空间由小变大的区段,壳体端面开有吸气口,使之与吸气管相通,于是气体不断被吸入;在小空间由大变小的大部分区段,使它密封,这样吸进来的气体随着小空间容积的缩小而被压缩。当小空间的容积减小到一定程度,也即气体被压缩到一定程度时,它从壳体侧面的开口处与排气管相通,排出已被压缩的气体。在泵的连续运转过程中,不断地进行着吸气、压缩、排气的过程,从而达到连续抽气的目的。由于水环式真空泵是利用水作为工质进行工作的,所以泵体内的水温决定了各小室内空间在旋转过程中所能达到的真空。也就是说,最高真空是由水的汽化压力所决定的,而水的汽化压力就是当时当地水温下的饱和蒸汽压力。因此,作为工质的水应当及时予以冷却,使其尽可能地保持能够达到的最低温度。目前水环真空泵的补水系统的功能仍延续湿冷机组的布局,分别由除盐水系统和凝结水系统实现。由于真空泵的设计与制造都是基本按照湿冷机组进行优化和选型的,而且效率都不超过50%。所以在直接空冷系统中,由于排汽压力在夏季持续高温的影响下,水环真空泵抽气口的入口温度经常高达65～70℃,泵入口抽汽压力比排汽压力低10～20kPa,远远超过泵的最大允许入口工作温度;泵密封水的换热设备只能满足湿冷和直接空冷机组在设计范围内运行,遇到泵的入口温度大于设计温度时,
密封水冷却器就不能满足水环真空泵正常工作的水16
电 力 设 备第7卷第3期
温,泵的工作状况不稳定,进而汽化,直接导致排汽压力波动;如果真空泵补水系统中的凝结水阀门关闭不严,直接空冷系统中的高温凝结水将源源不断的流入真空泵的汽水分离器,汽水分离器的水温和水位就上涨,使真空泵运行状况进一步恶化;水环真空泵入口吸入压力的降低和吸入温度的上升,会促使形成水环真空泵汽化,对水环真空泵的叶轮造成严重汽蚀,使真空泵效率进一步减低。如果此时由于系统某处真空泄漏或ACC系统本身不严密,排汽压力则会在比较大的范围内波动,不但影响机组的经济性,而且更威胁机组的正常安全运行。2 解决方案(1)在直接空冷机组的逆流区抽气管道上安装优质的滤汽阀,该阀根据抽气温度自动调整抽气量,只允许不凝结气体和少量的蒸汽被抽出,抽出的汽气混合物温度可以满足真空泵的要求。但滤汽阀的调整比较繁琐,而且控制不太稳定。(2)加强凝结水补水系统的严密性或直接由除盐水补水,去掉凝结水补水系统。(3)增加密封冷却水系统的换热器的数量或改进成高效的换热器组,并加大密封冷却水的循环流量,可以在密封冷却水系统加装强制循环泵。(4)加强真空系统的检漏工作,尽量减少真空系统的漏空,降低真空值。
3 结论一般情况下,在真空接近机组经济真空时,真空每提高约1%,热耗须减少1%。这对于机组的经济运行有利。此3种解决方案在现场已经有了比较好的试验结果,可以将直接空冷系统的真空波动减小到1～2kPa,但操作较麻烦,不利于长时间运行。由于真空泵工作水的温度偏高,真空泵效率仍然较低,偏离设计工况;而且直接空冷系统运行背压变化范围大,
机组出力受环境温度等因素的影响,容易忽视真空泵系统对机组排汽压力的影响,所以在今后的设计、选型、调试、运行中应引起高度重视。
收稿日期:20060130
作者简介:
侯瑞春(1972),男,工程师,从事空冷机组的调试、试验研究工作。
(责任编辑 张晓燕)VaporizationProblemofVacuumPumpofDirectAirCoolingUnitHOURuichun(ShanxiPowerResearchInstitute,Taiyuan030001,China)