抽真空系统

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1、课题六抽真空系统 掌握抽气器和水环式真空泵的结构、工作原理、运行特性及其抽真空系统的连接方式和运行知识。 一、抽真空系统的作用和形式 在机组启动过程中，除氧器加热凝结水后，就可能会有热水进入凝汽器，待到锅炉点火汽轮机进汽暖机时，将有更多的蒸汽进入凝汽器。如果凝汽器内没有建立一定的真空，汽水进入凝汽器就会使凝汽器形成正压，损坏设备。凝汽器建立真空更是汽轮机冲转必不可少的条件。凝汽器及一些低压设备（如凝结水泵、疏水泵及部分低压加热器等）在正常运行时，内部处于真空状态，由于管道和壳体不严密，空气就会漏人，从而破坏凝汽器真空，危及汽轮机的安全经济运行。同时，空气在凝汽器中的分压力增加，致使凝结水的溶氧

2、量增加，从而加剧对热力设备及管道的腐蚀。空气的存在还增大凝汽器中的传热热阻，影响循环冷却水对汽轮机排汽的冷却，增加厂用电消耗。因此，在凝汽器运行时，必须不断地抽出其中的空气。 总之，抽真空系统的作用是：在机组启动初期建立凝汽器真空；在机组正常运行中保持凝汽器真空，确保机组的安全经济运行。 凝汽器的抽真空设备主要有抽气器和真空泵。抽气器抽真空系统，由于其系统简单、工作可靠，所以被广泛地应用于国产大、中型机组上。 真空泵抽真空系统具有以下优点：运行经济。在启动工况下，低真空的抽吸能力远远大于射水抽气器在同样吸人压力的抽吸能力，大大缩短了机组的启动时间。在持续运行工况下，真空泵的耗功仅为射水抽气器的

3、23 01-3301。汽水损失较小。泵组运行自动化程度高，操作安全、简便。另外，还有噪声小，结构紧凑等。其缺点是一次性投资大。但由于其明显的优越性，真空泵的抽真空系统被普遍应用于引进型机组。 二、抽气器抽真空系统 （一）射水抽气器结构及工作原理 现代发电厂中，应用最为广泛的是喷射式抽气器，它具有布置紧凑、结构简单、维护方便、工作可靠，以及能在短时间内建立所需真空等优点。喷射式抽气器根据工作介质不同可分成射汽式抽气器和射水式抽气器。这两种抽气器的原理基本相同，区别只是工作介质不同。射汽抽气器的工作介质是压力蒸汽，射水抽气器的工作介质是压力水。小容量机组多采用射汽式。对于高参数大容量机组，由于都采

4、用滑参数启动方式，在机组启动之前不可能有足够的汽源供给射汽式抽气器，加之需采用由高压新汽节流到1. 21. 6MPa压力的蒸汽供射汽抽气器，显然极不经济，并且为回收工质还要设置射汽冷却器(参见图1 - 12)，这使热力系统也很复杂。因此，目前我国大容量机组都采用射水抽气器。 图4 - 18为射水抽气器结构简图，它主要由工作水入口、工作喷嘴、混合室、扩压管和止回阀等组成。 由射水泵来的压力水，通过喷嘴将压力能转变成动能，以一定的速度从喷嘴喷出，在图4 - 18射水抽气 器结构简图l-工作水入口；2喷嘴；3混合室；4扩压管； 5止回阀混合室中形成高度真空。凝汽器中的气汽混合物被吸入混合室与工作水混

5、合，一起进入扩压管，在扩压管中将动能转变成压力能，在略高于大气压的情况下随水流排出。 在混合室与凝汽器连通的接口处装有自动止回阀（借助止回阀前后的压力差关闭），其目的是当射水泵发生故障时，防止水和空气倒流人凝汽器。 （二）抽真空系统 图4 - 19所示为射水抽气器抽真空系统。它由射水抽气器、射水泵、射水箱及连接管道组成。 图4 -19射水抽气器抽真空系统 各台低压加热器的排气、凝结水泵及疏水泵的排气经 1射水抽气器；2-射水泵； 排气管汇入凝汽器，凝汽器与射水抽气器的工作室相连。 3-射水箱；4一真空破坏阀； 由循环水或深水井来的射水箱的水，用射水泵（一台正常 5凝汽器；6-凝结水泵 运行，一

6、台备用）升压后，打入射水抽气器。抽气器中喷嘴射出的高速水流，在工作室内产生高真空以抽出凝汽器中的气、汽混合物，这些气、汽混合物经扩压后回到射水箱。 在凝汽器与射水抽气器相连的抽气管道上设有真空破坏阀。它是一种电动闸阀，其作用有两个：一是在汽轮机启动过程中调节凝汽器真空；二是在汽轮机事故紧急停机时，由运行人员在集控室手操打开，破坏凝汽器真空，以缩短汽轮机转子的惰走时间，加速停机过程，防止事故扩大。 射水抽气器的水循环方式有两种：一种为开式循环，由水源来水经离心式射水泵升压后进入抽气器，排水到出水渠；另一种为闭式循环，如图4 - 19所示，射水抽气器排水到射水箱，射水泵抽吸射水箱的水，升压后进入抽

7、气器，如此循环。 （三）射水抽气器的工作特性 在一定的工作水压力下，把抽气压力p。（混合室入口压力）与抽气量D。之间的关系图4 - 20射水抽气器特性曲线称为抽气器的工作特性。图4 - 20为射水抽气器的特性曲线，其中点划线为抽吸干空气时的特性曲线虚线为实际特性曲线，实线为近似特性曲线。射水抽气器在抽吸于空气时，其特性曲线为一斜线。当抽吸气、汽混合物时，在工作水温度低于30下，工作特性与抽吸干空气时相似，这是因为工作水冷却、凝结了混合物中的部分蒸汽，抽气器效率较高：而当工作水温度过高时，就会出现明显的过载，其原因是此时气、汽混合物中的蒸汽不能凝结，致使抽气负荷过大，当抽气量大于设计值时，混合室

8、压力升高，扩压管偏离设计工况，效率降低，从而使工作水在喷嘴中产生膨胀不足损失，引起抽吸能力急剧下降，凝汽器真空迅速恶化。为避免过载，一般选用设计抽气量比正常运行时凝汽器的漏气量大34倍，以保证抽气器在正常工作范围内运行。射水抽气器的变工况特性如图4 - 21所示，在相同抽气量和工作水压力的情况下，工作水温度tw升高，抽气器混合室压力也升高，这是因为混合室绝对压力低，工作水温度升高，水易汽化，而汽的比容比水的比容大得多。混合室压力升高，将导致抽气能力下降，凝汽器真空下降。据有关资料表明，工作水温度在2642变化时，水温每升高l，凝汽器真空下降66. 6133. 3Pa。使工作水温度升高的热源主要

9、有：气、汽混合物的热量；射水泵功耗、工作水与管壁的摩擦。因此在运行中必须监视工作水温度的变化，尤其是对闭式循环系统，应向射水箱定期或连续补充冷却水，以降低工作水温度。 在抽气量和工作水温度不变的条件下，随着工作水压力Pw的升高，工作水流量增加，喷嘴出口流速增大，抽吸能力提高，抽气压力下降，凝汽器真空提高。但当工作水压力从1. 8MPa增加到2.2MPa时，虽然抽气量未变，但混合室的压力却增高了。这是因为抽气器的结构尺寸已经确定，工作水压力继续升高，会使流量增加过多，在扩压管出口发生排水阻塞现象，排水压力升高，这样必然造成混合室压力升高，抽吸能力下降。因此，对任何一台射水抽气器都有一个最佳的工作

10、水压。 （四）抽真空系统运行 1启动与停止 抽真空前，汽轮机真空系统、抽真空设备和系统已经确认置于抽真空前的准备状态，射水泵以循环水为水源时，循环水母管必须已经充压，有足够的水量可供射水泵使用。一台射水抽气器的迸水阀应处于开启状态，检查结束后启动一台射水泵，检查射水泵及其系统运行正常后，校验射水泵电气联动及低水压自启动装置，动作正常后投用连锁开关，开足使用抽气器的空气阀抽真空，并调节真空破坏阀维持凝汽器真空在规定值。有些300MW机组射水抽气系统设置了一套小程控，在开始抽真空时也需进行校验，小程控的射水抽气系统一台泵对一台抽气器。启动时，按程控启动按钮后，启动射水泵，开抽气器进水阀，开抽气器空

11、气阀（抽气器混合室真空达93. 3kPa以上时），程控启动完毕。当凝汽器真空低至86. 7kPa、射水泵出口压力低于0. 3MPa或运行泵掉闸时，都可联动程控启动备用抽气器和射水泵。程控停用的程序与启动相反，当故障射水泵未按程控停用时，应立即关闭故障抽气器空气阀。 汽轮机启动时，需抽出的空气量较多，两台射水泵同时运行，以加快凝汽器的抽真空过程。 2正常运行 正常运行时，一台射水泵运行能保证汽轮机对凝汽器真空度的要求，另一台处于能自启动的备用状态。运行中应注意监视射水泵的运行状况，射水泵发生故障时，应及时切换备用射水泵及抽气器。还要注意监视抽气器的人口水压和混合室入口压力、射水箱水位和工作水温，

12、保证抽真空系统的正常运行。 三、真空泵抽真空系统 （一）真空泵及泵组 l真空泵的工作原理 真空泵的工作介质是水，但其工作原理与射水抽气器不同，它属于离心式机械泵，如图4 -22所示。在圆筒形泵壳内偏心安装着叶轮转子，其叶片为前弯式（也有径向直板式）。在叶轮旋转时，工作水在离心力的作用下，形成沿泵壳旋流的水环，因此称它为水环式真空泵。由于叶轮的偏心布置，水环相对于叶片作相对运动，使相邻两叶片与水环之间的空间容积呈周期性变化。当叶片从右上方旋转到下方时，水环与叶片之间的容积逐渐变大，压力逐图4-。22水环式真空泵工作原理图 卜叶轮；2一轮毂；3进气室； 4-水环；5-泵体；6-出气室渐降低，从而形

13、成真空，到最下部时真空最高，经轴向进气口将凝汽器中的气汽混合物抽吸出来。在叶片从最下方向左上方转动过程中，水环与叶片间的容积由大变小，压力不断升高，气汽混合物被压缩，通过排气口排出。随着叶轮的稳定转动，吸、排气过程连续不断地进行。 真空泵的工作水与被压缩的气体是一起排出的。因此水环需用新的冷水连续补充，以保持稳定的水环厚度和温度。水环除起液体“活塞”的作用外，还有冷却、密封等作用。 2真空泵组 如图4 - 23为真空泵泵组的系统图。真空泵组主要由水环式真空泵、气水分离器、冷却器等及其连接管道、阀门和控制部件组成。 图4 - 23真空泵组系统图 1一水环式真空泵；2-气水分离器；3一冷却器；4一

14、进口蝶阀5 5-浮子式疏水器；6-放气阀；7一节流孑L板 从凝汽器来的气体，经过气动蝶阀后，沿泵抽气管进入水环式真空泵，泵排出的水和气体的混合物从泵的出口管到达气水分离器，分离后的气体经气体排放口排人大气，分离出的水与来自水位调节器的补充水（一般用凝结水）一起进入冷却器o、冷却后的水分为两路：一路直接进入泵体作为管，使即将进入真空泵的气体中所携带的蒸汽冷却凝结下来，以提高真空泵的抽吸能力。冷却器的冷却水取自闭式或开式冷却水系统。分离器高水位溢水、真空泵和冷却器停用时的放水排入地沟。 （二）真空泵的运行特性 真空泵的运行特性是指在一定条件下，抽气容积流量Q。泵轴功率P、等温效率7与抽气压力p。的

15、变化关系。图4-24所示为在大气压力oIMPa、气温20、空气的相对湿度70%和工作水温度15的条件下真空泵的运行特性曲线。由图可以看出：水环式泵的抽气量随着抽气压力的降低而减小，当汽轮机在高真空运行时，由于真空区域扩大，系统漏气量增加，这时抽气容积流量下降很快，出现了水环式真空泵的过负荷现象，这对现代大功率汽轮机显然不能满足运行要求。因此，一般采用两台真空泵的并列运行或在真空泵上并接一个喷射器的方式解决水环式真空泵的过负荷问题。 当抽吸压力变化时，真空泵所消耗的功率P没有明显改变，所以水环式真空泵比较经济。图4 - 24真空泵的运行特性曲线效率曲线有一高效区，水环式真空泵应尽可能地在此区域内