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1、NORTH CHINA ELECTRIC POWER UNIVERSITY11水环真空泵辅助冷却技术能源动力与机械工程学院田松峰Tel: 13503320251Email : 1NORTH CHINA ELEGTWIC PdWEK UNIVERSITY水环真空泵辅助冷却技术简介1水环式真空泵工作原理水环式真空泵是目前大、 中型机组中广泛采用的凝汽器抽气设备，作用是抽除凝汽器内的不凝性气体，保证和维持凝汽器真空。其叶轮偏心地安装在泵体内，起动时向泵 内注入一定高度的水作为工作液，当叶轮旋转时，水受离心力的作用在泵体内壁形成一旋 转的封闭水环，水环上部内表面与轮毂相切，水环的下部内表面刚好与叶片顶
2、端接触。此 时叶轮轮毂与水环之间形成一个月牙形空间，而这一空间又被叶轮分成与叶片数目相等的:*若干个小腔。在叶轮旋转过程中，各个小腔分别进行吸 气、压缩和排气等过程。叶轮每旋 转一周，叶片间空间（小腔）吸、排气一次，若干小腔不停地工作，如此往复，泵就连续 不断地抽吸或压送气体，如下图所示。#NORTH CHINA ELEGTWIC FOWEJR UNIVERSITY相对湿度：70%3影响水环真空泵工作性能的因素水环真空泵的性 能与所抽吸气体的状态（压力、温度）和工作液的 温度等有关。1）抽气压力影响抽气压力是以水环泵的吸入口压力是以凝汽器压力为基础的，并且随着 凝汽器压力 的变化而变化 的。（
3、凝汽器抽气口压力一般在3.39kPa到12kPa范围内变化）在一定条件下的抽气量V、泵轴功率Pp、等温总效率np与抽气压力Px之间的关系 曲线即为水环真空泵的特性线。1614660 560 46036U 260 160 60#NORTH CHINA ELEGTWIC FOWEJR UNIVERSITY#NORTH CHINA ELEGTWIC FOWEJR UNIVERSITY图2水环真空泵性能曲线从图中可以看出，真空泵抽气 量、轴功率和等温总效率随着抽气压力的变化趋势。2）抽气温度影响对应抽气压力，抽气温度在25C到49C范围内变化（不考虑抽气过冷度），下图是 不同抽气温度下真空泵的 特性曲
4、线。#NORTH CHINA ELEGTWIC FOWEJR UNIVERSITY图3不同的抽气温度对真空泵的特性曲线从图中可以看出，抽气温度越低，抽气量越大，但是根据凝汽器运行工况，一般情#a华蛀电力*恃IKIRTH CHINA ELECTRK： PdWEJR UNIVERSITY况下抽气温度都会咼于设计抽气体温度（20C），但是因为抽气压力一般在10kPa 下, 因此从图中看出，抽气温度对抽气量影响不太明显。3）工作液温度影响图4不同工作水温度的真空泵特性曲线从图中可以看出，工作液温度对真空泵性能影响较大，特别是在抽气 压力比价低的 情况下影响更加明显，而电厂中真空泵的抽气 压力刚好在此
5、范围之内。因此提高真空泵 工作性能从改变工作液温度着手切实可行，且效果明显。4水环式真空泵系统存在的问题随着工作时间的 延长，由于做功和水蒸气释放气化潜热会造 成工作液温度不断升 高，而工作液温度会造成真空泵抽气 能力下降，凝汽器真空 变差，影响机组经济性，同 时还会引起真空泵气 蚀，影响安全运行。工作液设 计温度15C,实际运行中均高于这一温度，目前真空泵工作液 通常由循 环水冷却，但循环冷却水温度受气候影响，特别是夏天随着循环水温度升高，真空泵工 作液温度将远高于设计值。工作液温度升高会造成以后后果：1）破坏真空，降低机组经济性随着工作液温度升高，对应的饱和压力不断升高，比如30 C的汽化
6、压力为 4.241kPa, 40C的汽化压力为7.35kPa,当水环真空泵抽 吸压力小于或等于工作液温对 应的饱和压力时，将使部分工作液汽化，真空泵因抽吸自身工质汽化产生的气体挤占真 空泵抽气 量造成真空泵出力严重不足，不凝性气体 将造成传热恶化并在凝汽器内 积聚破 坏凝汽器真空，水 蒸气中质量含量占1%的空气能使表面传热系数降低60%，从而降低 机组经济性。a华业#小孑IKIRTH CHINA ELEGTRIC POWEK UNIVEHS4TT对某国产引 进型300MW机组所配凝汽器在设 计参数下，计算空气积聚对凝汽器压 力的影响。如下表所示0表1空气积聚对凝汽器压力影响空气与蒸汽质量比蒸汽
7、分压力，Pa空气分压力，Pa凝汽器压力，Pa0.00014.91 X 1030.304.91 X 1030.0014.96 X 1033.084.97 X 1030.015.03 X 10331.235.06 X 1030.15.09 X 103316.525.41 X 10315.15 X 1033200.558.35 X 103某600MW机组为亚临界、一次中间再热、三缸四排汽、单轴、双背压、凝汽式汽轮机组采用 带双曲线自然通风冷却塔的二次循环闭式供水系统。真空泵型 号为改进型2BW4353- 0EK4。表2工作液温度与凝汽器真空 试验结果1密対蔽讯度与机组熬&对照圏密対液温度与联汽器端差
8、対照圈丄况密封液汩産 CAkPaLPaA卷汽器直釀kP月缺汽器盘空kPnkPakPnc匚况121 51殆91 35SM. 64舛9294 7S2 57ft 71_D兄丄251 r96. 8394. 5254 5194 522 32ft T1T气3302595.1694 3634 261 49ft 75丄况435i 6394 37泊6691 44射.55OL醫11 66工况53S& &93. 3791 94S2 389工“OL 7115. 06工况$407, SS9X 6291 51WL 9492 23a 416 OS丄兄百42S. 219L 7991 Oti9L 399L 了3a 0616 6
9、1注:莎衣小密封液逼度对应的饱和缶力;抚表小宜空泵木休所能形成的板限貞咤：茹表用弘E擬汽務的平均哀空、3=氏-冉未爪极限 亘乜与凝汽霸直吧之年值“#图5工作液 温度与机组凝汽器真空及端差曲线#NORTH CHINA ELEGTRIM； FOWEfi UNIVER84TT300MW机组试验数据如下。表3工作液温度与凝汽器真空 试验结果2工况冷却水温度，c工作液温度，c背压，kPa真空度，%120.026.79.4290.58228.735.311.0388.97337.245.112.7887.22443.451.213.8886.12运行工况32.138.811.6788.33由热力学知识可知
10、，凝汽器真空 变差，则机组热经济性会显著下降。2)水环真空泵气蚀真空泵在 运转中，若局部区域工作液的绝对压力降低到当时温度下的工作液气 化压力时，工作液便在该处开始 气化，产生大量蒸汽形成气泡，当含有大量气泡的液体向前 经叶轮内的高 压区时，气泡周围的高压液体致使气泡急剧地缩小以致破裂。在真空泵中 产生气泡和气泡破裂使过流部件遭受到破坏的过程就是真空泵中的汽 蚀过程。金属表面 出现点蚀现象，严重的会出现蜂窝 状损坏如果真空泵叶轮在汽 蚀部位有较大的残余应 力，还会引起应力释放，产生裂纹，严重影响设备安全高效运行。6002468101214161820吸入口压力Px ( kpa)50403020
11、Ob 度温水作工图6汽蚀现象界限图为了防止水环真空泵 发生汽蚀，运行中通常要求真空泵的抽 吸压力必须比工作液温 对应的饱和压力至少高出0.85kPa。因此如果工作液温度为30 C,对应饱和压力 4.241kPa,则真空泵抽 吸压力不能低于5.091kPa，但是如果工作液温度20C ,则真空 泵抽吸压力可降低至3.188kPa。因此，无论从机组运行经济性还是安全性考虑都应降低 水环真空泵工作液 温度。目 前工作液一般采用循环水冷却，但循环水温度收到气候条件影响，温度变化较大，特别 是夏天，循环水可能达到三十多度，再加上一定的传热温差，工作液温度有可能达到四#a华北电必恃IKIRTH CHINA
12、ELECTRIC POWER UNIVEHS4TT十多度，严重的影响了机组的经济性和安全运行。鉴于此我们提出了一种新型水环真空泵工作液 辅助冷却技术，很好的解决该问题。5水环式真空泵辅助冷却装置本装置以降低真空泵工作液 温度为前提，采用“一种可提高凝汽式汽轮机 效率的水 环真空泵”专利技术（专利号：2008 2 0077554.1），主要配置一套成熟的制冷设备，工 作液的温度由真空泵工作液 临界温度应达值确定，辅助冷却装置根据设定自动调整。工作液辅助冷却装置与工作液冷却器布置方式如图7,该系统运行方式灵活，工作 稳定，对原有设备及系统的运行不会带来负面影响。1压缩机2冷凝器3节流阀4蒸发器5水
13、泵6汽水分离器7换热器8真空泵本技术主 要特点：1）通过闭式冷冻水循环来冷却水环真空泵工作液， 最大限度保 证机组安全与高效运行，延长设备使用寿命；2）保留原装置循环冷却水换热器，当制 冷装置检修时，循环冷却水换热器投入工作，以保证系统运行对原系统改动小，施工方 便；另外冬季冷却水温度比较低时可以关闭制冷设备改用循环冷却水换热器冷却，从而a华北电必恃NORTH CHINA ELEGTR9C POWEH UNIVEHS4TT减少电耗。3）结构简单，系统紧凑，占地小本；4）制冷系统技术成熟，运行安全可靠。6真空泵冷却系统节能改造收益以某电厂300MW机组为例，机组型号C300-16.7/537/5
14、37亚临界、单轴、双缸双排汽、中间再热、抽汽、凝汽式汽轮机，水环真空泵型 号为2BW4 353 0MK4。对水环真空泵冷却 系统进行改造后，试验结果如下：负荷MW绝对压力，kPa压力变化，kPa循环水温度，C排汽温度，C工作液温度，C温度变化，C改造前1507.241.4722.938.933.89.4改造后T5.7722.434.924.4改造前2007.721.3123.84034.99.4改造后6.4123.236.425.5改造前3008.310.9322.641.334.76.9改造后7.3825.138.927.8改造前该机组与另一台同型号机组在相同负荷情况下，真空值差23kPa,机组负荷波 动时差距更为明显。该机组真空泵冷却系统改造后，有效降低了真空泵工作液的温度，与 改造前相比降温幅度大于10C；机组真空值
