广州中电荔新电力实业有限公司511340
摘要：本文主要讲述了热力系统的概况、冷端压力因素、水环真空泵的原理及性能来分析；本文旨在与同行相互学习，共同进步，希望对日后的相关工作提供一定的借鉴作用。
关键词：系统概况；因素；原理及性能
1、国内外研究现状
目前，国内外大多数研究都是围绕着凝汽器最佳真空这一关键经济指标，对冷端系统的各个分支系统和设备进行优化。通过对影响凝汽器真空诸多因素的研究找到合理的解决方案，最终提高机组经济性。综合分析以上各种因素，这些设备和系统对经济性的影响主要可归结为两类，一类是影响排汽压力进而影响机组的作功；另一类是耗能设备如循环水泵、真空泵、凝结水泵等耗功影响厂用电冷端系统总体工作性能的高低，大多是综合考虑这两方面因素的变化。既要考虑凝汽器压力变化对作功的影响，还要考虑冷端系统内泵功的变化对厂用电的影响。无论是对单一设备（如凝汽器、真空泵、循环水泵等）的研究，还是从冷端系统整体角度的研究，最终都是为了使电厂达到节能降耗的目的。冷端系统这一概念是基于循环水系统与汽轮机低压缸的选形设计而提出的，冷端最优化是研究在给定的限制条件下寻找经济上的最优解，即考虑汽轮机低压缸、凝汽器、低压加热器和冷却水系统的装置、所有与运行费用有关的参数，目的是确定最优凝汽器压力对应的汽轮机低压缸形式与冷却水流量。八十年代中期，以提高蒸汽参数为主要手段的改善电站热耗的各种节能方法的泛研究，使人们认识到该系统对节能的重要性。循环水系统的优化调度首先引起研究人员的重视，继而开式供水系统的循环水优化调度为电站经济运行带来了客观的效益，从此科研人员才重视到调整冷端系统运行参数可提高电站的运行经济性。
2、热力系统概况
2.1、主蒸汽、再热蒸汽和汽轮机旁路系统
主蒸汽管道从过热器出口以单管接出，至汽机前分成两路分别接至汽机左右侧主汽门。低温再热蒸汽管道从汽机高压缸左右两排汽口出来后，在高排止回阀的上游汇成一根管，到锅炉前再分成两根支管分别接入再热器入口联箱。
汽轮机旁路系统根据东方汽轮机厂中压缸启动要求及国产引进型机组旁路的使用情况，采用40%B-MCR容量的高、低压两级串联电动旁路系统。该系统的设置可改善机组启动条件，减少机组循环寿命损耗。
高压旁路从汽机入口前主蒸汽总管接出，经减压、减温后接至冷再热蒸汽管道，高压旁路的减温水取自电动给水泵出口的给水系统。低压旁路每台机组安装一套，从汽机中压缸入口前热再热蒸汽主管接出，经减压、减温后接入凝汽器。减温水取自凝结水泵出口的凝结水系统。高低压旁路包括蒸汽控制阀、减温水控制阀、关断阀和控制装置。
2.2、给水系统
给水系统的主要功能是将除氧器水箱中的主凝结水通过给水泵提高压力，经过高压加热器进—步加热之后，输送到锅炉的省煤器入口，作为锅炉的给水。给水系统采用单元制，每台机组配置3台50%BMCR容量的电动调速给水泵，2台运行，1台备用。正常运行时，锅炉给水调节完全依靠调速泵。给水系统采用3台100%容量高压加热器串联布置，高加给水管道采用大旁路系统。3台高加为全焊接结构，采用固定板U形管卧式布置，双流程。每台高加都设有蒸汽冷却段、凝结段和疏水冷却段三个换热区。加热器疏水采用逐级自流。正常运行时，高加疏水逐级自流最终排至除氧器。事故及负荷较低，两级加热器间的加热蒸汽压差无法保证正常疏水时，各高加疏水排至汽机本体疏水扩容器。
3、冷端压力的影响因素分析
3.1、凝汽器压力的影响因素
凝汽器真空的决定因素从根本上取决于两个方面：一是凝汽器的冷却效果，它取决于凝汽器热负荷、冷却水流量、冷却水温度、凝汽器换热面积以及换热热阻；二是凝汽器内不凝结气体量，它取决于机组的真空严密性和真空泵的抽吸能力。凝汽器内的不凝结气体主要来源于轴封、至凝汽器的阀门、人孔门等泄露，
以及凝结水补水中析出氧气、氨气等不凝结气体，不凝结气体如不及时抽出就会聚集产生压力。真空泵对于凝汽器真空的作用就是及时将不凝结气体抽出，避免不凝结气体聚集造成凝汽器压力增加，以维持凝汽器维持在最佳冷却效果下的真空数值。
3.2、水环真空泵的特性分析
真空泵的对于冷端系统的作用是在机组启动是建立初始真空，并在机组运行过程中将凝汽器内的不凝结气体及时抽出，为了维持凝汽器的真空达到理论上的最佳值，真空泵的抽吸量应该大于凝汽器的漏空气量。然而，实际运行过程中由于真空泵冷却水、凝汽器漏空气量的变化，真空泵往往不能满足抽气得需要，形成真空泵的汽蚀，影响机组的冷端压力。
4、水环真空泵的工作原理及性能
4.1、水环真空泵工作原理
水环式真空泵（简称真空泵或水环泵）是目前大、中型机组中广泛采用的凝汽器抽气设备。它的壳体内部形成一个圆柱体空间，叶轮偏心地装在这个空间内，同时在壳体两端的半径处，适当位置上分别开有吸气口和排汽口，吸气口和排汽口开设在叶轮
的侧面，进行轴向吸气和排汽真空泵的壳体内充有适量密封水。当叶轮按指示的方向顺时针旋转时，水被叶轮抛向四周，由于离心力的作用，水形成了一个决定于泵腔形状的近似于等厚度的封闭圆环。水环的上部分内表面恰好与叶轮轮毂相切，水环的下部内表面刚好与叶片顶端接触。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叶片数目相等的若干个小腔。如果以叶轮的上部0°为起点，那么叶轮在旋转前180°时小腔的容积由小变大，且与端面上的吸气口相通，此时气体被吸入，当吸气终了时小腔则与吸气口隔绝；当叶轮继续旋转时，小腔由大变小，使气体被压缩；当小腔与排气口相通时，气体便被排出泵外。真空泵启动是从凝结水系统补水值汽水分离器，经汽水分离器流入真空泵腔室，在水环真空泵内形成密封水。正常运行时电机驱动水环真空泵叶轮旋转，使真空泵形成真空，从凝汽器内抽吸汽气混合物，并经真空泵压缩后排入汽水分离器，不凝结气体从汽水分离器中排入大气。在分离器中分离出的密封水经海水冷却的管壳式交换器后分两支，一支通过雾化喷嘴喷入真空泵进口母管用来冷却其中的气汽混合物，使气汽混合物中的蒸汽尽可能多地被冷凝成水，以改善真空泵性能并可防止由于这一部份蒸汽凝结时间推迟而干扰真空泵密封水量的精确控制，另一支进入真空泵的密封水环。整个过程中，真空泵对不凝结气体压缩做功，并产生热量，密封水在形成密封腔室的同时将产生的热量带出真空泵，并在冷却器内冷却。
从真空泵的工作原理可以看出，真空泵的极限真空受制约于密封水的温度，当真空泵所吸真空达到密封水饱和压力是，密封水会气化，由此形成真空泵的极限真空。
4.2、真空泵吸入口压力的确定
凝汽器在变工况时其凝汽器的压力是随凝汽器热力参数变化而变化，在扣除凝汽器汽阻和抽气管道阻力后，可以看出水环泵吸入口压力是跟随凝汽器压力变化而变化的，所以水环泵的吸入口压力是由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，再者水环泵的特性线：在一定密封水温下水环泵抽气量随吸入口压力降低而变小，因而在保证一定的抽气量，凝汽器压力变化时，水环泵密封水温度也要变化来适应不同真空下凝汽器要求总抽吸容积流量，使抽空气量和漏空气量的平衡，保证空气不会在凝汽器中聚积，从而提高凝汽器汽侧的传热系数。因此要先确定凝汽器压力与水环泵吸入口压力的关系。
结束语
本文以330MW供热机组冷端抽真空系统为研究对象，着重分析水环真空泵的工作特性及对机组真空的影响，分析背压变化对机组功率的影响；分析不同运行条件下凝汽器水环真空性能并进行修正；针对真空泵密封水温高于密封水临界温度对凝汽器压力和传热系数的影响，提出并实施了对机组真空泵冷却水系统的优化改造。
参考文献：
[1]郑体宽.热力发电厂.北京：中国电力出版社，1997
[2]沈士一，康松，庄贺庆等.汽轮机原理.北京：中国电力出版社，1998
[3]东方汽轮机厂.N-18600型凝汽器说明书.M700-268000ASM.1101.2008年12月
[4]李秀云，严俊杰，林万超.用等效热降法确定排汽压力变化对机组经济性的影响.热能动力工程，1999，1