存在问题及对机组出力的影响
摘要：通过对电厂中常用的水环式真空泵冷却系统运行情况的分析研究，指出其实际运行中存在但常被忽视的问题：由于真空泵冷却水温升高而导致的抽气能力严重降低，使机组背压升高，出力下降。文章提出了对冷却系统改进的建议。 1. 概述
大型发电机组的真空系统目前多用偏心水环式真空泵，其优点是其抽单位干空气量的能耗较低。但在实际运行中，常会发生抽气能力严重下降而导致的排汽压力偏高现象。人们通常都把机组排汽压力偏高归咎于冷凝器本身的问题，如夏季水温偏高﹑铜管结垢﹑垃圾堵塞﹑循环水流量偏小等，而不会怀疑真空泵有什么问题。某发电厂的600MW机组，其冷凝器真空系统每台机组配套三台水环式真空泵，其中一台备用，在启动及凝汽器性能恶化时也可三台同时投入运行。机组在投运一段时间后，排汽压力明显升高。在对冷凝器进行清
洗后，其真空值也达不到刚投运时的指标。由于背压上升，机组出力明显下降，严重时机组出力不足，对运行经济性产生很大影响。经现场实际测试和检查分析，确认主要原因并不是循环水温或冷凝器本身的问题，而是真空泵冷却系统的原因，由于真空泵密封水的温度过高，达到饱和汽化，严重影响真空泵的抽真空能力，造成凝汽器内空气聚集，背压升高。在大修中对真空泵进行解体检查，发现其叶轮汽蚀损坏严重，进一步证明了其密封水汽化的事实。 该真空泵由工业闭式冷却水进行冷却，虽然在设计上真空泵密封用水不会达到饱和值，但在实际运行中，由于工业闭式冷却水系统及真空泵本身的板式换热器因结垢而端差增大，加上设计中密封水过冷度本来就没有安全余量，因此在运行一段时间后就会出现问题。如不加以注意，不但严重影响机组的出力，使机组运行经济性严重下降，而且由于密封水汽化，还会导致真空泵叶轮汽蚀损坏。这里对该机组真空系统的运行情况进行了分析论证，并提出了一些预防和改进其冷却系统方面的建议。
2. 技术分析
2.1 设计工况
水环式真空泵在运行时，为保持抽吸能力，其密封用水必须保持一定的过冷度，如水温升高，则真空泵密封水发生汽化，其极限抽真空值就是该温度对应的饱和压力。因此冷凝器的压力实际受两个瓶颈的限制，一是循环水温度及冷凝器端差，二是真空泵的极限抽吸压力。由于冷凝器及其整个真空系统或多或少存在泄漏，随着冷凝器内空气的积聚，这时冷凝器的压力受真空泵极限抽真空压力的限制，与循环水的入口温度并无直接关系。
该厂用的真空泵型号为TC11E，系韩国进口，设计过冷度应不小于7.5℉(4.2℃)。如过冷度偏小，就会导致真空泵局部汽蚀，并严重影响抽吸能力。冷凝器设计参数如下：
冷却面积 34000m2
冷却水量 72400m3 / h
冷却水温 20℃
冷却水温升 8.98℃
清洁系数 0.9
凝汽器背压 4.9kPa（对应饱和温度为32.5℃）
凝汽器过冷度 0.54℃
在设计点工作时，真空泵的压力应比冷凝器低～0.7kPa，即4.2kPa,以保持空气正常流动。4.2kPa对应的饱和压力为～30℃，考虑到真空泵正常运行所需4.2℃的过冷度，也就是说，此时真空泵密封水应低于25.8℃才能正常工作。以冷凝器入口水温20℃为起点，经过工业水水换热器和真空泵的板式换热器的温升，以及真空泵密封水进出口的温差，这5.8℃显然不大，且还是理想状况。因此，在实际运行中真空泵密封水很难保证有4.2℃的过冷度。随着密封水温接近饱和，其抽气能力就不断下降，直至饱和汽化而丧失工作能力。
2.2 刚投运时的运行情况
杏蜜图一为真空泵冷却系统在刚投运时的运行情况。
可以看出，刚投运时，真空系统运行比较正常，真空泵密封介质用水有约1℃过冷度，密封水温度39℃，其对应的压力为7kPa，此时真空泵实际工作压力为7.4kPa，而冷凝器压力为8.1kPa，两者有0.7kPa的压差，真空泵抽吸功能正常，但过冷度小于设计值，可能会导致叶轮局部汽蚀。汽轮机排汽压力对应冷却水进出口水温及端差，不受真空泵极限压力的制约。
2.3
投运一年后的运行情况
图二为机组真空泵冷却系统在运行一年后的情况。
从图中可以看出，此时工业水闭式热交换器及真空泵本体热交换器的端差明显增大，尤其是后者。
此时真空泵已不能正常工作，密封水温度对应的饱和压力即为11.1kPa，已完全饱和汽化。在循环水入口温度及温升都基本不变的情况下，冷凝器压力升至11.1kPa，两者几乎没有压差。而实际热井出口水温度为43℃，对应饱和压力只为8.6kPa，即此时冷凝器内的蒸汽分压仅为8.6kPa，可以断定，此时冷凝器有大量不凝结气体，约占冷凝器总容积的22％，而冷凝器本身性能变化并不大，与初投运时排汽压力8.1kPa比，变化不大。
2.3 影响背压及出力情况
从以上两个工况比较，在循环水入口温度均为28℃，温升也基本一致的情况下，二者的排汽压力相差3kPa，这实际上是由真空泵密封水温升高，工作特性严重恶化造成，使冷凝器积存了大量空气，而与冷凝器本身的特性无关。
图3为该机组排汽压力对出力的修正曲线。
根据汽轮机排汽背压与负荷的关系曲线，在满负荷运行时，排汽压力相差1kPa，影响出力约为1％，则3kPa影响机组出力约为3％，约18MW。考虑到低负荷及气温较低时影响较小，即使以降低1％出力计，一年净损失电量4千万度以上。
3. 建议
该真空泵的冷却系统存在先天不足，即过冷度不够，几乎没什么安全余量。而真空泵的工
作压力与冷凝器的压力是一个动态平衡过程，不管循环水温度的高低，真空泵的抽吸压力必须低于冷凝器的压力，才能把冷凝器内的不凝结气体抽走。因此，真空泵密封水温度必须低于排汽压力对应的饱和温度，否则就会真空恶化，还会导致真空泵叶轮的汽蚀损坏。虽然理论上经过工业水—水热交换器冷却的闭式冷却水应很干净，真空泵密封水用的也是用清洁的化补水，设计的换热器应该能基本满足真空泵的冷却要求，但实际上在运行一段时间后，这些换热器都产生了明显的水垢，造成端差加大，使密封水温度逐渐饱和。要解决这个问题有以下几种方案：
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一．改造冷却水系统，用循环水直接冷却真空泵，减少中间环节。这样可以有效降低真空泵密封水温度；
二．增加真空泵板式换热器的冷却面积，同时加大密封水的循环冷却流量，进一步提高真空泵板式换热器的换热效果；
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三．密切注意真空泵密封水出水的温度，一旦换热恶化必须及时清洗，但维护工作量较大，平时也容易疏忽。尼龙扣
四．密切注意闭式水温与循环水温之间的匹配问题，在冬季，由于不同的冷却用户对水温的要求不同，在调节闭式水温时，注意到发电机氢冷却器、磨煤机冷却器等用户与真空泵冷却器对闭式水温的不同要求，做到互相兼顾。无焰泄放装置
以上四种办法也可同时采取。对循环水采用冷却塔的机组，这四项方案应都是可行的。如循环水直接取自河水或海水，则第一种办法可能会加重真空泵换热器的结垢和腐蚀，并容易堵塞板式换热器。
经计算，如经上面头两项改造，真空泵密封水的过冷度可达6℃，可大大提高安全余量，确保真空泵冷却系统运行正常。目前国内采用水环式真空泵已很普遍，但对其冷却系统的正常运行及对机组背压和出力造成的重大影响往往被忽视，甚至根本没意识到这个问题。在设计及实际运行中应予足够的重视。
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