柯吉欣，孫永平，包勁松，童小忠，吳文健

（1.浙江省能源集團(tuán)有限公司，杭州 310007； 2.浙江省電力試驗(yàn)研究院，杭州 310014）

浙江省內(nèi)近年來(lái)投產(chǎn)了很多的600MW與1000 MW的火電機(jī)組，相應(yīng)配置了不同型式的凝汽器。在19臺(tái)600MW機(jī)組中，除寧海一期的4臺(tái)機(jī)組采用單背壓凝汽器外，其他機(jī)組都采用雙背壓凝汽器；在8臺(tái)超超臨界1000 MW機(jī)組中，除北侖三期的2臺(tái)機(jī)組采用單背壓凝汽器外，其他機(jī)組都采用雙背壓凝汽器。從凝汽器配置情況來(lái)看，平均背壓較低、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性較好的雙背壓凝汽器占了多數(shù)。

無(wú)論單背壓還是雙背壓凝汽器，都需配置合適的抽真空系統(tǒng)，確保凝汽器內(nèi)積聚的未凝結(jié)汽體能被及時(shí)抽出，這是實(shí)現(xiàn)較低機(jī)組背壓的前提條件。然而從一些機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)看，往往存在由于抽真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行問(wèn)題而導(dǎo)致凝汽器內(nèi)空氣抽出受阻的情況，這對(duì)改善機(jī)組背壓、提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生了不利的影響。

1 抽真空系統(tǒng)存在的問(wèn)題

1.1 問(wèn)題案例1

對(duì)雙背壓凝汽器而言，由于循環(huán)水先后流經(jīng)2個(gè)凝汽器，循環(huán)水進(jìn)水溫度有差異，因而形成了高、低壓凝汽器間壓差。根據(jù)設(shè)計(jì)資料，高、低壓凝汽器之間的壓力差異一般為1 kPa左右。

在對(duì)某600MW雙背壓機(jī)組進(jìn)行試驗(yàn)期間，發(fā)現(xiàn)機(jī)組在額定負(fù)荷工況時(shí)高、低壓凝汽器壓力分別為5.1 kPa和5.6 kPa。測(cè)試數(shù)據(jù)表明高、低壓凝汽器之間出現(xiàn)了“壓力倒掛”的異常情況，即低壓凝汽器壓力反而要高于高壓凝汽器壓力，這與雙背壓凝汽器的工作原理是相違背的。

1.2 問(wèn)題案例2

按照凝汽器的正常工作特性，在循環(huán)水溫度、流量等運(yùn)行條件不變的情況下，隨著機(jī)組負(fù)荷的下降，凝汽器運(yùn)行壓力應(yīng)該是逐漸降低的。但在機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行階段，當(dāng)抽真空設(shè)備的抽吸能力不足以對(duì)凝汽器內(nèi)的空氣形成有效抽吸時(shí)，凝汽器壓力的下降趨勢(shì)就會(huì)受到制約。

如圖1所示，為某臺(tái)600MW單背壓機(jī)組在夏季、冬季工況實(shí)測(cè)得到的凝汽器壓力隨機(jī)組負(fù)荷變化曲線。由圖1曲線可以看出，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷小于450 MW時(shí)，夏季工況的凝汽器壓力曲線出現(xiàn)了變化趨勢(shì)明顯變緩的情況，而冬季工況更是出現(xiàn)了凝汽器壓力不降反升的情況。

圖1 某臺(tái)600MW機(jī)組凝汽器壓力隨負(fù)荷變化的曲線

1.3 問(wèn)題案例3

一些600MW與1000 MW雙背壓機(jī)組，自投產(chǎn)以來(lái)就存在高、低壓凝汽器之間差壓偏小的問(wèn)題。如表1所示，為某600MW和1000 MW機(jī)組在額定負(fù)荷工況時(shí)的凝汽器運(yùn)行參數(shù)。

由表1所列數(shù)據(jù)可知，這2臺(tái)機(jī)組的高、低壓凝汽器之間的壓力差已基本消失，低壓缸A與B排汽溫度也十分接近，而低壓凝汽器的運(yùn)行端差明顯高于高壓凝汽器的推算結(jié)果，表明低壓凝汽器內(nèi)部出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的傳熱惡化狀況。

表12臺(tái)雙背壓凝汽器投產(chǎn)后的運(yùn)行參數(shù)

2 真空泵運(yùn)行特性分析及改進(jìn)

2.1 水環(huán)式真空泵的工作特性分析

目前，大型火電機(jī)組無(wú)一例外選取水環(huán)式真空泵作為抽真空系統(tǒng)的主設(shè)備。水環(huán)式真空泵以水作為密封、冷卻的介質(zhì)，因此真空泵吸入室的抽吸壓力不可能低于泵內(nèi)密封水溫度所對(duì)應(yīng)的飽和汽化壓力。

為了提高真空泵的抽吸能力，水環(huán)式真空泵配置了冷卻器來(lái)冷卻密封水，用以降低真空泵內(nèi)的密封水溫度。但當(dāng)冷卻器出現(xiàn)污垢或冷卻水量供應(yīng)不足等情況時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)密封水溫度上升、真空泵抽吸能力下降的問(wèn)題。當(dāng)真空泵內(nèi)密封水溫度所對(duì)應(yīng)的極限抽吸壓力上升至接近凝汽器壓力時(shí)，就會(huì)影響凝汽器內(nèi)積聚空氣的順暢抽出。

對(duì)問(wèn)題案例1中的雙背壓機(jī)組進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)低壓側(cè)真空泵的密封水溫度要高于高壓側(cè)真空泵，這導(dǎo)致2臺(tái)真空泵的抽吸能力產(chǎn)生差異。低壓側(cè)真空泵偏高的極限抽吸壓力直接抬高了低壓凝汽器的運(yùn)行壓力，使其高于高壓凝汽器的運(yùn)行壓力，因而出現(xiàn)了高、低壓凝汽器之間“壓力倒掛”的問(wèn)題。

對(duì)問(wèn)題案例2中的單背壓機(jī)組進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查時(shí)，也發(fā)現(xiàn)真空泵密封水溫度有明顯偏高的現(xiàn)象，因此認(rèn)為同樣存在真空泵極限抽吸壓力相對(duì)偏高以至于制約了凝汽器壓力下降的問(wèn)題。

2.2 提高真空泵抽吸能力的方法

水環(huán)式真空泵的抽吸能力與真空泵的密封水溫度直接相關(guān)，因此需要采取相應(yīng)的措施來(lái)降低真空泵的密封水溫度，譬如往水環(huán)式真空泵汽水分離罐中不斷補(bǔ)充溫度較低的水等臨時(shí)措施，可以降低泵內(nèi)密封水溫度，從而降低真空泵的極限抽吸壓力。在機(jī)組日常運(yùn)行過(guò)程中，應(yīng)注意檢查密封水溫度的變化情況，及時(shí)安排密封水冷卻器的解體清洗等檢修措施，這是提高水環(huán)式真空泵抽吸能力的有效手段。

若發(fā)生真空泵極限抽吸壓力制約凝汽器壓力降低的情況，而又無(wú)法通過(guò)運(yùn)行調(diào)整手段來(lái)提高真空泵的抽吸能力時(shí)，則可考慮在真空泵入口處加裝大氣噴射器等改造措施。

大氣噴射器是配置在水環(huán)式真空泵的進(jìn)口管道上的1個(gè)前置射氣抽氣器，它的一端開(kāi)口朝向大氣，利用真空泵負(fù)壓與大氣壓形成壓差而產(chǎn)生的空氣射流，在噴射器內(nèi)獲得比真空泵吸入室內(nèi)壓力更低的抽吸壓力，因此可以有效地提高真空泵的抽吸真空。

2.3 開(kāi)啟大氣噴射器的運(yùn)行效果

針對(duì)問(wèn)題案例1的情況，由于該機(jī)組的真空泵已經(jīng)配置了大氣噴射器，所以在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了投運(yùn)大氣噴射器的試驗(yàn)。試驗(yàn)期間高、低壓凝汽器壓力變化情況如圖2所示。由圖2曲線變化情況可以看出，分別開(kāi)啟低壓側(cè)和高壓側(cè)真空泵的大氣噴射器后，低壓凝汽器壓力下降約1.8 kPa，高壓凝汽器壓力下降約0.8 kPa。由此表明，投運(yùn)大氣噴射器可以迅速提高真空泵的抽吸真空能力，從而解決高、低壓凝汽器之間“壓力倒掛”問(wèn)題。

圖2 開(kāi)啟真空泵大氣噴射器的試驗(yàn)結(jié)果

2.4 加裝大氣噴射器的改造效果

針對(duì)問(wèn)題案例2中的真空泵抽吸真空不足的問(wèn)題，選取1臺(tái)水環(huán)式真空泵加裝了大氣噴射器。完成設(shè)備改造后，在夏季、冬季工況分別進(jìn)行了大氣噴射器投運(yùn)試驗(yàn)。

當(dāng)機(jī)組在夏季工況運(yùn)行時(shí)，按照慣例投入2臺(tái)真空泵運(yùn)行。試驗(yàn)結(jié)果表明，在450 MW負(fù)荷以下投運(yùn)大氣噴射器，可以對(duì)凝汽器真空改善產(chǎn)生積極的效果。如在300 MW負(fù)荷工況時(shí)，投運(yùn)大氣噴射器可以使凝汽器壓力降低約0.28 kPa。

當(dāng)機(jī)組在冬季工況運(yùn)行時(shí)，只投入1臺(tái)真空泵運(yùn)行。試驗(yàn)結(jié)果表明，在600，450，300 MW這3個(gè)負(fù)荷工況時(shí)投運(yùn)大氣噴射器后，凝汽器壓力可以分別降低約0.34，0.45，0.59 kPa。說(shuō)明在冬季工況投運(yùn)大氣噴射器的效果要更為明顯一些。

另外，投運(yùn)大氣噴射器之后，由于水環(huán)式真空泵直接抽吸的空氣流量大大增加，使得泵吸入室的工作壓力遠(yuǎn)高于密封水溫度所對(duì)應(yīng)的極限抽吸壓力。因此真空泵的運(yùn)行噪聲可以大幅降低，真空泵的葉輪也不容易因長(zhǎng)期汽蝕而損壞。

3 抽真空管路的布置與改進(jìn)

3.1 抽真空管路布置方式分析

單背壓凝汽器由于2只凝汽器壓力相同，為節(jié)省投資，可以采用較為簡(jiǎn)單的直接連接方式。通常是將2只凝汽器接出的抽空氣管路并接成1根母管，然后通往管路末端的真空泵組。

雙背壓凝汽器的抽真空系統(tǒng)需要從2個(gè)不同壓力的凝汽器中抽出空氣，其管路連接方式相對(duì)要復(fù)雜一些，大致有以下2種布置方式：

（1）串聯(lián)布置型。高壓凝汽器的抽空氣管路首先接入低壓凝汽器中，與低壓凝汽器的抽氣管路匯接成母管后，再接往末端的真空泵組。

（2）并聯(lián)布置型。高、低壓凝汽器的抽空氣管路分別接往管路末端的真空泵組，彼此之間沒(méi)有連通。

圖3為問(wèn)題案例3中的雙背壓機(jī)組抽真空系統(tǒng)管路連接示意圖，在高壓凝汽器通往低壓凝汽器的2根抽空氣管道上，各裝有1塊節(jié)流孔板，其設(shè)計(jì)意圖是用來(lái)限制高壓凝汽器內(nèi)過(guò)多的空氣及蒸汽被抽出，這是典型的串聯(lián)布置方式。選取合理的節(jié)流孔徑成為確保高、低壓凝汽器都處于正常工作狀態(tài)的關(guān)鍵因素。

圖3 串聯(lián)式抽真空管路布置

當(dāng)節(jié)流孔板孔徑偏大時(shí)，無(wú)法產(chǎn)生足夠的節(jié)流效應(yīng)，從高壓凝汽器內(nèi)抽出的大量氣汽混合物就會(huì)在抽空氣管匯接處壓制低壓凝汽器內(nèi)積聚空氣的順利抽出，導(dǎo)致低壓凝汽器內(nèi)出現(xiàn)嚴(yán)重的傳熱惡化，運(yùn)行端差明顯增加，直至低壓凝汽器壓力憋高至接近高壓凝汽器壓力時(shí)，才能建立起新的空氣漏入量與抽出量之間的動(dòng)態(tài)平衡。由此而導(dǎo)致高、低壓凝汽器失去雙背壓運(yùn)行特性。

3.2 改小節(jié)流孔板的改進(jìn)效果及評(píng)價(jià)

針對(duì)問(wèn)題案例3中抽真空管路節(jié)流孔板孔徑偏大的情況，將高壓凝汽器內(nèi)的節(jié)流孔板孔徑由原設(shè)計(jì)的Φ175 mm分階段逐步改小至Φ50 mm，增加其節(jié)流效應(yīng)。

從改造效果來(lái)看，減小節(jié)流孔板孔徑可以對(duì)高壓凝汽器抽出的氣汽混合物產(chǎn)生一定的節(jié)流效應(yīng)。當(dāng)節(jié)流孔板孔徑改小至Φ50 mm后，高、低壓凝汽器之間出現(xiàn)了約1 kPa的壓差。由此可見(jiàn)，采用較小的節(jié)流孔徑可以獲得較大的高、低壓凝汽器之間的運(yùn)行壓差。但過(guò)小的節(jié)流孔板孔徑也會(huì)對(duì)高壓凝汽器壓力產(chǎn)生憋高的不利影響。

在機(jī)組日常運(yùn)行過(guò)程中，機(jī)組負(fù)荷、循環(huán)水溫度和流量時(shí)刻在發(fā)生改變，真空系統(tǒng)漏空氣點(diǎn)的位置、數(shù)量也會(huì)發(fā)生變化，這些因素都會(huì)對(duì)節(jié)流孔板的節(jié)流效應(yīng)產(chǎn)生不同的需求，因此無(wú)法選取適合各種運(yùn)行工況要求的最佳節(jié)流孔板孔徑。另外，節(jié)流孔板安裝在高壓凝汽器內(nèi)，必須在機(jī)組停機(jī)時(shí)才能對(duì)節(jié)流孔板進(jìn)行更換，在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中無(wú)法臨時(shí)調(diào)整。因此，采取更換節(jié)流孔板孔徑這一簡(jiǎn)單的改進(jìn)措施并不是十分理想的。

3.3 改為并聯(lián)式布置的效果與評(píng)價(jià)

分析認(rèn)為，雙背壓機(jī)組的抽真空系統(tǒng)采用串聯(lián)布置型式時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)低壓凝汽器內(nèi)積聚空氣抽出受阻的問(wèn)題。較為合理的管路連接方式應(yīng)該是并聯(lián)布置，這樣可以保證高、低壓凝汽器內(nèi)空氣單獨(dú)抽吸，彼此之間不受干擾。

對(duì)1000 MW雙背壓機(jī)組凝汽器抽真空系統(tǒng)的改造措施是將原串聯(lián)布置改為并聯(lián)布置，即把高、低壓凝汽器的抽空氣連接管路切斷，高、低壓凝汽器內(nèi)的抽空氣管路分別引至真空泵入口。改造后，機(jī)組在25℃循環(huán)進(jìn)水溫度、額定負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，高、低壓凝汽器之間的壓差達(dá)1.5 kPa左右，真正實(shí)現(xiàn)了雙背壓凝汽器的運(yùn)行效果。

雙背壓機(jī)組抽真空系統(tǒng)改為并聯(lián)布置后，保證了高、低壓凝汽器的單獨(dú)抽吸。在各類(lèi)凝汽器變工況運(yùn)行條件下，高、低壓凝汽器內(nèi)積聚的空氣都能不受壓制地順暢抽出。因此，這項(xiàng)改造措施比較理想。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，無(wú)論是單背壓凝汽器，還是雙背壓凝汽器，當(dāng)真空泵密封水溫度偏高而制約凝汽器（尤其是低壓凝汽器）的真空改善時(shí)，應(yīng)當(dāng)采取措施盡量降低真空泵的密封水溫度，也可以通過(guò)加裝大氣噴射器等改造措施來(lái)提高抽吸真空，還能附帶解決真空泵的運(yùn)行噪聲和汽蝕損壞問(wèn)題。目前，加裝大氣噴射器這一改造措施已經(jīng)在多臺(tái)機(jī)組上推廣應(yīng)用。

對(duì)雙背壓凝汽器，采取串聯(lián)連接的抽真空系統(tǒng)容易導(dǎo)致高、低壓凝汽器失去背壓差異的問(wèn)題，建議將其改造為并聯(lián)的管路連接方式，可以獲得理想的節(jié)能改進(jìn)效果。參照浙江省內(nèi)其他機(jī)組抽真空系統(tǒng)的改造經(jīng)驗(yàn)，嘉興三期1000 MW機(jī)組在設(shè)計(jì)階段，就明確其雙背壓凝汽器的抽真空系統(tǒng)應(yīng)采用并聯(lián)布置型式，從而避免了高、低壓凝汽器抽空氣管路的干擾和影響，確保了雙背壓凝汽器的正常工作。

[1]孫永平，周軼喆.水環(huán)式真空泵抽吸能力對(duì)凝汽器真空影響的試驗(yàn)分析[J].浙江電力，2006，25（1）∶45-47.

[2]李明.雙背壓凝汽器抽空氣系統(tǒng)的改造及效益分析[J].電力技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2009（3）∶43-47.

[3]任德高.水環(huán)泵[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1982.