某垃圾焚烧发电机组凝汽器真空系统节能改造浅析

引言

广州某垃圾焚烧发电厂两台汽轮机为东汽N25一3.8型中温、中压凝汽式汽轮机,于2009年投入运行。汽轮机凝汽器原真空系统为射水抽气系统,系统配置功率偏高,日常清理、维护工作量较大。后于2015年加装一套常规水环真空泵抽气机组,降低凝汽器抽真空系统电耗约20%,提高系统可靠性的同时减少了日常清理、维护工作量。2016年,该厂又采用某凝汽器真空维持系统专利技术对抽气系统再次进行节能改造,主要内容为取消射水抽气系统并新装一台新型高效罗茨一水环真空泵组作为机组正常运行时凝汽器真空维持抽气器,以解决常规水环真空泵运行效率低问题,同等工况下高效罗茨一水环真空泵组可较常规水环真空泵运行电耗减少70%以上。

1常规水环真空泵介绍

常规水环真空泵是由叶轮、泵体、吸排气盘、吸气口、排气口、辅助排气阀等组成的。叶轮被偏心地安装在泵体中,当叶轮旋转时,进入水环泵泵体的水被叶轮抛向四周,由于离心力的作用,水形成了一个与泵腔形状相似的等厚度的封闭水环。叶轮轮毂与水环之间形成了一个月牙形空间,而这一空间又被叶轮分成与叶片数目相等的若干个小腔。如果以叶轮的上部09为起点,那么叶轮在旋转前1809时,小腔的容积逐渐由小变大,压强不断降低,且与吸排气盘上的吸气口相通,当小腔空间内的压强低于被抽容器内的压强,被抽气体不断被抽进小腔,此时处于吸气过人。当吸气完成时与吸气口隔绝,小腔的容积逐渐减小,压强不断增大,此时处于压缩过人,当气体压强大于排气压强时,被压缩的气体从排气口被排出。在泵的连续运转过人中,不断地进行着吸气、压缩、排气过人,从而达到连续抽气的目的。

水环真空泵受工作液饱和蒸汽压的限制,其工作效率较低,较好的也仅可达到50%左右。

2罗茨一水环真空泵介绍

罗茨一水环真空泵的结构及工艺流人如图1所示。

图1罗茨-水环真空泵组示意图

图1中第一级罗茨真空泵是一种双转子的容积式真空泵,在泵腔内有两个形状对称的转子。两个转子相互垂直地安装在一对平行轴上,由传动比为1的一对齿轮带动做彼此反向的同步旋转运动。在转子之间、转子与泵壳内壁之间保持有一定的间隙,可以实现高转速运行。由于转子的不断旋转,被抽气体从吸气口被吸入到转子与泵壳之间的空间v0内,再经排气口排出。

整套罗茨-水环真空泵组工艺流程为:来自汽轮机凝汽器的蒸汽和不凝结气体进入罗茨真空泵,加压后经冷却器冷凝部分回流罗茨泵,其他不凝结气体和少量蒸汽进入下级小功率水环真空泵,经水环真空泵后排入汽水分离罐。由于提高了小功率水环泵的入口压力,同时进入水环泵的蒸汽量也大幅减少,可保证小功率水环泵高效稳定运行。

3抽气系统改造情况

3.1原抽气系统情况简介

汽轮机凝汽器原抽真空系统为典型射水抽气系统。配套射水抽气器型号为Cs-7.5-25,设计抽气量25kg/h:射水泵型号为K0w200/345-45/4Z,电机功率45kw。系统设置为一用一备,实际运行功率约为40kw。

3.2常规水环真空泵抽气系统改造情况

2015年,为减少系统电耗和检修维护工作量并改善机组真空,凝汽器抽真空系统加装一台常规水环真空泵抽气系统。配套水环真空泵为NAsHY315s-8,设计抽气量15.5kg/h(冷却水温25℃时),配套电机功率37kw。

改造后从实际运行情况来看,相比射水抽气系统,系统电耗降低约20%,抽真空效果也更好。本次改造节电效果较为明显,但分析来看,原射水抽气系统配置不太合理,较为经济的射水抽气系统配置方式应为一大一小配置,抽气量大的作为启动抽气器,抽气量小的作为维持抽气器。

另外,从近一年的运行情况来看,水环真空泵也存在以下问题:

(1)水环式真空泵抽气能力随工作液温度升高而降低。

(2)因主要以机组快速启动的响应速度(30min内能达到

启机要求真空值)和最大的允许漏气量作为选型原则,造成常规水环真空泵配置功率偏高。

3.3罗茨-水环真空泵组改造情况

3.3.1改造方案

2016年,为进一步降低抽气系统电耗,#1机组实施高效真空泵组应用改造。实施方案为取消原射水抽气系统,加装一台高效罗茨-水环真空泵组,设计抽气量10kg/h,极限抽气压力可达0.4kPa,配套电机总功率15kw。

3.3.2运行情况

(1)运行方式:在机组启动建立真空期间使用常规水环真空泵运行,保证机组快速建立真空:在汽轮机正常运行期间,切换高效真空泵组运行,降低系统电耗:当机组严密性不好或其他原因导致凝汽器真空无法维持时,自动联锁启动常规水环真空泵运行,确保机组安全运行。

(2)运行效果:改造竣工后投入高效真空泵运行正常,实际运行功率约为9.9kw,节电效果十分可观。常规水环真空泵和高效真空泵组热季的多次短期运行对比情况证明,高效真空泵组相比常规水环真空泵在机组真空严密性试验结果较好的情况下,对提高机组真空有一定效果,工作液冷却水温度越高越明显。

3.4注意事项

(1)因罗茨真空泵结构特点所限,不适合在过大工作压差下运行,因此高效真空泵组不能作为汽轮机启动抽气器使用。

(2)高效真空泵组设计抽气量较小,因此必须严格做好机组真空严密性管理,及时消除机组负压区域漏点。

(3)改造常规水环真空泵可能长时间处于备用状态,须定期进行启动试验并做好评估,确保设备备用正常。

4结语

改造后的实际运行经验和数据证明,在机组真空严密性较好的情况下高效真空泵组运行稳定可靠,节电效益可达70%以上,非常适合用作机组正常运行的凝汽器真空维持抽气器。与常规大功率水环真空泵抽气系统组合使用,合理设置运行方式和热工联锁逻辑,既能保证机组安全和快速启动,又能满足深度节能减排要求。