300MW机组抽真空系统节能改造技术方案.docx
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300MW机组抽真空系统节能改造技术方案
真空系统节能改造技术方案
深圳市博众节能工程技术有限公司
一、火电厂抽真空设备存在的问题：
1）选型偏大
目前广泛应用于火电厂的抽真空设备主要是射水抽气器和水环真空泵。
特别水环真空泵，设计部门在设计选型时，主要考虑快速启机的响应速度（30分钟内能达到启机要求真空值）和最大的允许漏气量作为选型原则，但在机组正常运行时，维持系统真空时有较大富余量，因此，真空泵配置的功率普遍较大。
2）效率低
水环真空泵自身的特性决定了它的效率较低，其总效率η＝ηιs×ηω×ηm，一般低于30%。
3）水环真空泵性能、出力受制于工作水温度的变化
有研究表明，当工作水达到35℃以上，抽气能力急剧下降80%及以上，这是夏天凝汽器真空降到－90Kpa及以下的主要原因。
4）水环真空泵设备的内部机械性能（如裂纹问题）受汽蚀现象影响大，设备维护成本高，也影响设备的安全运行。
二、电厂真空泵的运行状况
电厂装设有2台300MW燃煤发电机组，其配置的抽真空设备为水环式真空泵，运行方式：
一运一备。
2.1真空系统技术规范：
凝汽器参数
设计
实际运行
排汽压力（背压）kpa
3
真空严密性试验数据pa/min
138/95Pa/min
排汽流量t/h
583
503/530t/h
循环水温升
10.
11.8/11.4℃
夏季最高循环水温
43
℃
循环倍率
58.66
水环泵铭牌参数如下：
型号——2BW4353-0EK4
转速——590rpm
抽速——抽气量：
89.0m3/min
抽吸压力：
3300Pa（33～1013mbar.abs）；
排汽绝压——1013百帕
水环泵电机：
额定功率——132KW
水环泵正常运行电流：
218.4/219.4A（123KW）
2.2存在问题
电厂300MW机组真空泵为广东佛山水泵厂生产的2BW4353-0EK4型水环真空泵，设备检修中会发现#11机真空泵（没有前置大气喷射器）存在常见的气蚀、叶轮出现裂纹等现象。
这是由于这类真空泵一直存在汽化工况，真空泵内部不可避免的会发生气蚀、叶轮出现裂纹等现象，这是工作水温度高于吸入压力对应的饱和温度时发生气化时所造成，这些现象同时说明了在夏季因工作水温度升高而导致极限真空值的下降和抽气能力的下降，汽轮机组的经济性和和真空泵的安全性受到影响，由此增加了检修工作量和维护成本。
而装了前置大气喷射器的#10机组真空泵的工作状况会好很多。
由于电厂的循环水系统为闭式循环，水温比开式循环高2~3度，导致水环真空泵的抽气性能下降较大，表现在真空值比沿海机组真空值低。
三、抽真空泵系统改造方案概述
深圳市博众节能工程技术有限公司研发的“一种火力发电厂凝汽器真空维持系统”专利技术解决了目前电厂水环真空泵存在的上述问题。
本技术不但可以有效解决水环泵汽蚀、抽汽性能下降和凝汽器真空下降问题，同样工况较以前真空泵运行电耗降低80%。
本技术在其他电厂已成功应用，节能效果明显。
实施方案不改变原抽真空系统的设备及功能，在抽真空母管上并接一台高效真空泵组，蒸汽和不凝结气体进入罗茨泵，加压后经冷却器冷凝进入下级水环泵，由于提高了水环泵的入口压力，可保证水环泵高效稳定运行。
系统采用PLC控制，可实现远程和就地操作。
在机组启动建立真空期间使用原抽真空系统运行，在正常运行期间，投运高效真空泵组而将原真空泵停作备用，提高了运行的可靠性和经济性。
四、技术改造可行性分析
4.1抽真空系统改造安全可靠性分析
任何技术改造及新技术应用必须确保设备运行的安全可靠。
本改造方案是在原抽真空系统中并接了一台高性能抽真空泵组，确保系统安全可靠：
1）机组启动时，按原运行方式将原有抽真空设备投入运行；
2）机组运行正常、真空稳定情况下，高效真空泵组投入运行、原有抽真空设备切除做备用；
3）机组真空系统发生严重泄漏，高效真空泵不能维持凝汽器真空时将原有抽真空设备期中一组投入运行满足真空要求；
4）高效真空泵组在检修或设备故障时，原有抽真空设备投入运行，确保真空要求。
5）目前两台真空泵为一运一备方式，改造后机组正常运行时主要以高效真空泵组维持真空，实现一运两备，设备之间有可靠的联锁控制系统。
改造后机组真空系统的安全可靠性大大提高！
根据所提供的运行参数（真空泵泵体温度40℃、真空值-93.4kpa）查表得真空泵的抽气性能下降到了设计值的10.2%，即抽气量由89米3/分下降到9.078米3/分，或544.68米3/小时，博众节能提供的设备抽气量远大于544.68米3/小时，且不随温度变化而变化，完全能满足凝汽器维持真空的要求。
4.2抽真空系统改造经济分析
目前，电厂300MW机组使用的真空泵运行电流约为218.4/219.4A，电功率约为123KW，预计改造后使用高性能真空泵组的运行功率约为23KW（41A）。
按年运行6000小时计算，改造后可节省电量保守有：
（123－23）×6000＝600000KWH，与原泵运行工况相比节电率为81.3%，按0.43元上网电价计算，年增加效益约25.8万元。
另一方面，本真空泵组具有强劲的抽吸能力（极限真空压力小于400pa，而水环泵的极限真空压力为3400pa），且受工作水温度和大气温度变化的影响极小，能快速将空气抽出到真空系统外，使凝汽器的传热性能提高，从而使得凝汽器的真空值只受循环水温度的制约。
特别是在夏季，与常规水环真空泵相比，在相同的循环水温度下可提高真空值，从而可增加发电量（具体效益数据需能效检测确定）。
但是博众的技术及设备可确保真空在循环水温度达到30℃以上时，真空比原真空泵运行时抬高100~300pa，由此可降低发电煤耗平均值0.5克/KWH，按平均240MW负荷运行6-9四个月（高水温工况），年节省标准煤保守为345吨，按目前电煤价格（折算到标准煤）800元/吨计算，年增加效益27.6万元。
同时，由于原水环真空泵的固有特性决定了它的高维护成本，改造后原水环真空泵为备用泵，设备维护成本即大大降低。
因此，改造后可为电厂带来总效益是25.8+27.6＝53.4万元。
（不包括维修费用的减少增益）。
此外，年节省的电量折算为标准煤为210吨，因此总节煤量约为345+210=555吨，可申请政府节能奖励555×300=166500元。
上述经济性分析是基于保守的情况下分析的结果，实际经济效益更大。
4.3抽真空系统改造投入及回收期
博众节能是一家节能技术研发企业，根据用户提供的原设计参数及实际运行参数，制定节能解决方案，重新设计一套满足生产要求的设备，并委托专业生产厂家（合作厂家）定制，博众节能为用户提供高效节能技术服务及配套工程装备（不含设备安装费用）报价为95.86万元（新技术推广期优惠价格）。
因此，回收期为95.86/53.4＝1.795年。
若计入节能奖励收入，实际投入仅需95.86-16.65=79.21万元,实际回收期为79.21/53.4=1.48年。
4.4抽真空系统改造安装问题
高效真空泵的占地面积仅4平方米，现场需满足设备安装条件，如果300MW机组现场没有安装条件，可以把这设备安装在12米运转平台靠窗边等地方。
4.5其他问题
根据用户提供的原设计参数及正常运行参数，机组真空严密性试验数据为95/138pa/min，达到优秀、良好值，经核算，该机组可满足“一种火电厂凝汽器真空维持系统”专利技术应用条件，电厂300MW机组真空系统的节能技术改造可行。
五、真空系统节能改造方案
5.1方案设计要求
5.1.1主要设备及要求
1）手动阀：
入口设手动阀一只，公称口径与罗茨泵入口法兰公称口径一致，作隔离用；
2）气动阀：
入口设气动阀一只，公称口径与罗茨泵入口法兰公称口径一致，作泵组故障停机时快速隔离之用，使之与泵的启、停状态呈自动联锁开、闭关系，控制箱须提供一对阀位状态接点，向远方中央控制罗辑发送信号；
3）罗茨泵：
配备的电机功率比标准配置功率高一级，以防变工况时出现过载现象；
4）罗茨泵冷凝器：
考虑使用场合冷却水温较高，冷凝器换热面积应增大一倍；
5）止回阀：
在冷却器与水环泵之间串一只止回阀；
6）水环泵：
与罗茨泵抽速相匹配或根据用户要求配置，无特殊要求的均为标配，配前须经用户核准同意；
7）分离器：
气水分离器为立式，进气为切向进气，设自动补水装置为电磁阀、水位高自动疏水装置（设疏水口）；
8）工作水冷却器：
换热面积比标配大一倍，管路不设阀门，以减少阻碍；
9）控制箱：
设置泵组的电源、电流、运行操作及指示状态，并提供以下接点各一对：
序目
接点名称
接点数量（对）
输入
输出
备注
1
电流接点
1
出
远方指示
2
启动状态
1
出
远方指示
3
停止状态
1
出
远方指示
4
故障状态
1
出
远方指示
5
入口气动阀状态
1
出
远方指示
6
远方/就地切换
1
出
远方指示
（不提供）
7
启动控制
1
入
远方控制信号
8
停止控制
1
入
远方控制信号
10）入口联接管道：
公称口径同气动阀，长度能满足用户的要求，准确数据由用户核准并配置；
11）电缆：
配置与总功率容量相匹配的电缆一根，有适当的裕量，长度能满足用户的使用要求，由用户自行配置。
5.1.2联锁保护要求：
1）罗茨泵有条件随水环泵启、停；
2）泵组启动、停止状态联锁开启、关闭入口气动阀；
3）泵组故障停机时向外发送故障信号，由用户DCS发出联锁其他备用真空泵。
5.2系统改造流程设计
整体布置：
高效真空泵组通过一根DN150的管道与抽真空母管“T”接，并接在抽真空泵母管上。
1）管道在接入罗茨泵前串接一只手动阀和速关气动阀，阀门的法兰与罗茨泵入口法兰联接，罗茨泵出口与一只冷凝器联接，冷凝器与止回阀联接，止回阀与水环泵吸气口联接，水环泵排气与气水分离罐相接；
2）水环泵工作水来自除盐水或凝结水，经自动补水阀进入分离罐，分离罐起气水分离的作用；
3）工作水经工作水冷却器冷却后进入水环泵，工作水的循环动力依靠水环泵入口的负压与大气压的压差，为减少压损，工作水沿程各管路联接不设阀门。
冷却水由循环水补充水或闭式工业水提供，冷却水串联联接方式。
5.3相关专业设备及配套接口
（1）电气专业
真空泵组耗电设备有罗茨真空泵电机、水环泵电机、工作水制冷空调电机、入口电磁阀。
因此真空泵组设有控制箱一只，内设电流、电压指示表各一块，控制及控制切换开关等元件，设备使用电压等级为380V。
故需用户提供一路380V电源，功率不小于50KW，工作电流不小于100A。
（2）热控专业
为确保设备的启停操作、监控，真空泵组控制箱须提供接口（见上表）。
真空泵组设置有以下保护：
1）罗茨泵条件启动闭锁；
2）水环泵故障跳闸联锁关闭入口气动阀；
3）真空泵故障联锁启动一台大真空泵。
5.4项目实施方式
技改方式：
电厂采购博众节能的技术及装备。
5.5项目实施
（1）设备设计与制造
博众节能负责技术设计和设备制/监造。
供货周期：
60天。
主要设备：
罗茨泵一台、冷凝器一台，水环泵一台、工作水冷却器一台、汽水分离灌一个、入口手动阀一只、入口气动阀一只、电控箱一只，及相应设备支架。
另：
联接管道（DN150）、电源电缆及电源开关、基础工程由业主自行采购和负责施工。
（2）设备安装
设备安装施工由业主方负责。
博众节能负责设备安装技术指导。
（3）设备调试与验收
设备安装完毕后，按照设备使用说明书，由供货方技术人员负责设备调试。
在调试过程中，主要检验设备的稳定性、极限真空值到达设计值（关闭进口阀条件下）。
在主真空泵停运行状况下，本设备的抽气能力（即维持凝汽器真空值）不低于在同负荷条件下主真空泵运行时的真空值。
（4）培训与售后服务
博众节能负责对用户运行人员和检修人员进行设备使用和检修业务知识的培训。
博众节能负责设备售后服务支持。
附图1原理图
附图2罗茨－水环真空泵组流程图
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