某垃圾焚燒發(fā)電機(jī)組凝汽器真空系統(tǒng)節(jié)能改造淺析

引言

廣州某垃圾焚燒發(fā)電廠兩臺(tái)汽輪機(jī)為東汽N25一3.8型中溫、中壓凝汽式汽輪機(jī),于2009年投入運(yùn)行。汽輪機(jī)凝汽器原真空系統(tǒng)為射水抽氣系統(tǒng),系統(tǒng)配置功率偏高,日常清理、維護(hù)工作量較大。后于2015年加裝一套常規(guī)水環(huán)真空泵抽氣機(jī)組,降低凝汽器抽真空系統(tǒng)電耗約20%,提高系統(tǒng)可靠性的同時(shí)減少了日常清理、維護(hù)工作量。2016年,該廠又采用某凝汽器真空維持系統(tǒng)專利技術(shù)對(duì)抽氣系統(tǒng)再次進(jìn)行節(jié)能改造,主要內(nèi)容為取消射水抽氣系統(tǒng)并新裝一臺(tái)新型高效羅茨一水環(huán)真空泵組作為機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)凝汽器真空維持抽氣器,以解決常規(guī)水環(huán)真空泵運(yùn)行效率低問題,同等工況下高效羅茨一水環(huán)真空泵組可較常規(guī)水環(huán)真空泵運(yùn)行電耗減少70%以上。

1常規(guī)水環(huán)真空泵介紹

常規(guī)水環(huán)真空泵是由葉輪、泵體、吸排氣盤、吸氣口、排氣口、輔助排氣閥等組成的。葉輪被偏心地安裝在泵體中,當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí),進(jìn)入水環(huán)泵泵體的水被葉輪拋向四周,由于離心力的作用,水形成了一個(gè)與泵腔形狀相似的等厚度的封閉水環(huán)。葉輪輪轂與水環(huán)之間形成了一個(gè)月牙形空間,而這一空間又被葉輪分成與葉片數(shù)目相等的若干個(gè)小腔。如果以葉輪的上部09為起點(diǎn),那么葉輪在旋轉(zhuǎn)前1809時(shí),小腔的容積逐漸由小變大,壓強(qiáng)不斷降低,且與吸排氣盤上的吸氣口相通,當(dāng)小腔空間內(nèi)的壓強(qiáng)低于被抽容器內(nèi)的壓強(qiáng),被抽氣體不斷被抽進(jìn)小腔,此時(shí)處于吸氣過人。當(dāng)吸氣完成時(shí)與吸氣口隔絕,小腔的容積逐漸減小,壓強(qiáng)不斷增大,此時(shí)處于壓縮過人,當(dāng)氣體壓強(qiáng)大于排氣壓強(qiáng)時(shí),被壓縮的氣體從排氣口被排出。在泵的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)過人中,不斷地進(jìn)行著吸氣、壓縮、排氣過人,從而達(dá)到連續(xù)抽氣的目的。

水環(huán)真空泵受工作液飽和蒸汽壓的限制,其工作效率較低,較好的也僅可達(dá)到50%左右。

2羅茨一水環(huán)真空泵介紹

羅茨一水環(huán)真空泵的結(jié)構(gòu)及工藝流人如圖1所示。

圖1羅茨-水環(huán)真空泵組示意圖

圖1中第一級(jí)羅茨真空泵是一種雙轉(zhuǎn)子的容積式真空泵,在泵腔內(nèi)有兩個(gè)形狀對(duì)稱的轉(zhuǎn)子。兩個(gè)轉(zhuǎn)子相互垂直地安裝在一對(duì)平行軸上,由傳動(dòng)比為1的一對(duì)齒輪帶動(dòng)做彼此反向的同步旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在轉(zhuǎn)子之間、轉(zhuǎn)子與泵殼內(nèi)壁之間保持有一定的間隙,可以實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速運(yùn)行。由于轉(zhuǎn)子的不斷旋轉(zhuǎn),被抽氣體從吸氣口被吸入到轉(zhuǎn)子與泵殼之間的空間v0內(nèi),再經(jīng)排氣口排出。

整套羅茨-水環(huán)真空泵組工藝流程為:來自汽輪機(jī)凝汽器的蒸汽和不凝結(jié)氣體進(jìn)入羅茨真空泵,加壓后經(jīng)冷卻器冷凝部分回流羅茨泵,其他不凝結(jié)氣體和少量蒸汽進(jìn)入下級(jí)小功率水環(huán)真空泵,經(jīng)水環(huán)真空泵后排入汽水分離罐。由于提高了小功率水環(huán)泵的入口壓力,同時(shí)進(jìn)入水環(huán)泵的蒸汽量也大幅減少,可保證小功率水環(huán)泵高效穩(wěn)定運(yùn)行。

3抽氣系統(tǒng)改造情況

3.1原抽氣系統(tǒng)情況簡(jiǎn)介

汽輪機(jī)凝汽器原抽真空系統(tǒng)為典型射水抽氣系統(tǒng)。配套射水抽氣器型號(hào)為Cs-7.5-25,設(shè)計(jì)抽氣量25kg/h:射水泵型號(hào)為K0w200/345-45/4Z,電機(jī)功率45kw。系統(tǒng)設(shè)置為一用一備,實(shí)際運(yùn)行功率約為40kw。

3.2常規(guī)水環(huán)真空泵抽氣系統(tǒng)改造情況

2015年,為減少系統(tǒng)電耗和檢修維護(hù)工作量并改善機(jī)組真空,凝汽器抽真空系統(tǒng)加裝一臺(tái)常規(guī)水環(huán)真空泵抽氣系統(tǒng)。配套水環(huán)真空泵為NAsHY315s-8,設(shè)計(jì)抽氣量15.5kg/h(冷卻水溫25℃時(shí)),配套電機(jī)功率37kw。

改造后從實(shí)際運(yùn)行情況來看,相比射水抽氣系統(tǒng),系統(tǒng)電耗降低約20%,抽真空效果也更好。本次改造節(jié)電效果較為明顯,但分析來看,原射水抽氣系統(tǒng)配置不太合理,較為經(jīng)濟(jì)的射水抽氣系統(tǒng)配置方式應(yīng)為一大一小配置,抽氣量大的作為啟動(dòng)抽氣器,抽氣量小的作為維持抽氣器。

另外,從近一年的運(yùn)行情況來看,水環(huán)真空泵也存在以下問題:

(1)水環(huán)式真空泵抽氣能力隨工作液溫度升高而降低。

(2)因主要以機(jī)組快速啟動(dòng)的響應(yīng)速度(30min內(nèi)能達(dá)到

啟機(jī)要求真空值)和最大的允許漏氣量作為選型原則,造成常規(guī)水環(huán)真空泵配置功率偏高。

3.3羅茨-水環(huán)真空泵組改造情況

3.3.1改造方案

2016年,為進(jìn)一步降低抽氣系統(tǒng)電耗,#1機(jī)組實(shí)施高效真空泵組應(yīng)用改造。實(shí)施方案為取消原射水抽氣系統(tǒng),加裝一臺(tái)高效羅茨-水環(huán)真空泵組,設(shè)計(jì)抽氣量10kg/h,極限抽氣壓力可達(dá)0.4kPa,配套電機(jī)總功率15kw。

3.3.2運(yùn)行情況

(1)運(yùn)行方式:在機(jī)組啟動(dòng)建立真空期間使用常規(guī)水環(huán)真空泵運(yùn)行,保證機(jī)組快速建立真空:在汽輪機(jī)正常運(yùn)行期間,切換高效真空泵組運(yùn)行,降低系統(tǒng)電耗:當(dāng)機(jī)組嚴(yán)密性不好或其他原因?qū)е履髡婵諢o法維持時(shí),自動(dòng)聯(lián)鎖啟動(dòng)常規(guī)水環(huán)真空泵運(yùn)行,確保機(jī)組安全運(yùn)行。

(2)運(yùn)行效果:改造竣工后投入高效真空泵運(yùn)行正常,實(shí)際運(yùn)行功率約為9.9kw,節(jié)電效果十分可觀。常規(guī)水環(huán)真空泵和高效真空泵組熱季的多次短期運(yùn)行對(duì)比情況證明,高效真空泵組相比常規(guī)水環(huán)真空泵在機(jī)組真空嚴(yán)密性試驗(yàn)結(jié)果較好的情況下,對(duì)提高機(jī)組真空有一定效果,工作液冷卻水溫度越高越明顯。

3.4注意事項(xiàng)

(1)因羅茨真空泵結(jié)構(gòu)特點(diǎn)所限,不適合在過大工作壓差下運(yùn)行,因此高效真空泵組不能作為汽輪機(jī)啟動(dòng)抽氣器使用。

(2)高效真空泵組設(shè)計(jì)抽氣量較小,因此必須嚴(yán)格做好機(jī)組真空嚴(yán)密性管理,及時(shí)消除機(jī)組負(fù)壓區(qū)域漏點(diǎn)。

(3)改造常規(guī)水環(huán)真空泵可能長(zhǎng)時(shí)間處于備用狀態(tài),須定期進(jìn)行啟動(dòng)試驗(yàn)并做好評(píng)估,確保設(shè)備備用正常。

4結(jié)語

改造后的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)證明,在機(jī)組真空嚴(yán)密性較好的情況下高效真空泵組運(yùn)行穩(wěn)定可靠,節(jié)電效益可達(dá)70%以上,非常適合用作機(jī)組正常運(yùn)行的凝汽器真空維持抽氣器。與常規(guī)大功率水環(huán)真空泵抽氣系統(tǒng)組合使用,合理設(shè)置運(yùn)行方式和熱工聯(lián)鎖邏輯,既能保證機(jī)組安全和快速啟動(dòng),又能滿足深度節(jié)能減排要求。