水環(huán)真空泵是大型發(fā)電機(jī)組中廣泛采用的凝汽器抽氣設(shè)備，用來保證和維持凝汽器真空，而工作液的溫度直接影響到水環(huán)真空泵的工作效率。介紹了通過閉式冷凍水循環(huán)冷卻水環(huán)真空泵工作液，最大限度地保證了機(jī)組安全與高效運(yùn)行，延長設(shè)備使用壽命，提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益。

　　目前火電站發(fā)電機(jī)組普遍采用水環(huán)式真空泵，用于抽除凝汽器內(nèi)難凝結(jié)的氣體，使凝汽器真空度保持在一定的范圍內(nèi)，保證機(jī)組高效、穩(wěn)定地運(yùn)行；但實(shí)際使用中，往往因被抽吸氣體的狀態(tài)和工作液的溫度導(dǎo)致水環(huán)真空泵工作性能不理想，機(jī)組不能維持穩(wěn)定和高效運(yùn)行。為此筆者對影響水環(huán)真空泵工作性能的因素進(jìn)行了分析，提出加裝工作液的輔助冷卻系統(tǒng)，使其工作效率有所提高，并延長了設(shè)備使用壽命。

1、影響水環(huán)真空泵工作性能的因素

　　1.1、抽氣壓力影響

　　抽氣壓力是水環(huán)真空泵吸入口壓力(以凝汽器壓力為基礎(chǔ))，并且隨著凝汽器壓力的變化而變化(凝汽器抽氣口壓力一般在3.39～12kPa)。在一定條件下的抽氣量Vs、泵軸功率pp、等溫總效率ηp與抽氣壓力px之間的關(guān)系曲線即為水環(huán)真空泵的特性曲線，見圖1。

圖1　水環(huán)真空泵性能曲線

　　從圖1中可以看出，真空泵抽氣量、軸功率和等溫總效率隨著抽氣壓力的變化趨勢。

　　1.2、抽氣溫度的影響

　　對應(yīng)不同抽氣壓力，抽氣溫度為25～49℃(不考慮抽氣過冷度)時真空泵的特性曲線見圖2。

圖2　不同抽氣溫度下真空泵的特性曲線

　　從圖2中可以看出：抽氣溫度越低，抽氣量越大，但是根據(jù)凝汽器運(yùn)行工況，一般情況下抽氣溫度都會高于設(shè)計(jì)溫度(20℃)。由于抽氣壓力一般在10kPa以下；因此抽氣溫度對抽氣量影響不大。

　　1.3、工作液溫度的影響

　　圖3是不同工作水溫度下的真空泵特性曲線。

圖3　不同工作水溫度的真空泵特性曲線

　　從圖3中可以看出：工作液溫度對真空泵性能影響較大，特別是在抽氣壓力比較低的情況下影響更加明顯，而電站真空泵的抽氣壓力剛好在此范圍之內(nèi)。因此提高真空泵工作性能應(yīng)從改變工作液溫度著手，降低工作液溫度切實(shí)可行，且效果明顯。

2、水環(huán)式真空泵系統(tǒng)存在的問題

　　隨著水環(huán)真空泵工作時間的延長，由于真空泵的功耗和水蒸氣釋放汽化潛熱都會造成工作液溫度不斷升高，而工作液溫度的升高使真空泵抽氣能力下降，進(jìn)而使凝汽器真空降低，影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，嚴(yán)重時還會引起真空泵汽蝕，影響機(jī)組的安全運(yùn)行。工作液的設(shè)計(jì)

　　溫度為15℃，而實(shí)際運(yùn)行中均高于這一溫度。目前真空泵工作液通常用循環(huán)水冷卻，但循環(huán)冷卻水溫度受室外氣溫的影響，特別是夏天隨著循環(huán)水溫度升高，真空泵工作液溫度將遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)值。

　　工作液溫度升高會造成以下后果：

　　(1)破壞真空，降低機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。

　　隨著工作液溫度的升高，對應(yīng)的飽和壓力不斷升高，如30℃時水的汽化壓力為4.241kPa，40℃時水的汽化壓力為7.350kPa。當(dāng)水環(huán)真空泵抽吸壓力小于或等于工作液溫度對應(yīng)的飽和壓力時，部分工作液將會汽化，真空泵因抽吸自身工質(zhì)汽化產(chǎn)生的氣體而造成真空泵功率嚴(yán)重不足。不凝性氣體將造成傳熱惡化，并在凝汽器內(nèi)積聚，破壞凝汽器真空；水蒸氣中質(zhì)量分?jǐn)?shù)占1%的空氣能使表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)降低60%，從而降低機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。

　　(2)水環(huán)真空泵汽蝕。

　　真空泵在運(yùn)轉(zhuǎn)中，若局部區(qū)域工作液的絕對壓力降低到當(dāng)時溫度下的工作液汽化壓力時，工作液便在該處開始汽化并產(chǎn)生大量蒸汽氣泡。這些細(xì)微的氣泡極易破碎，破碎的過程中會對葉輪產(chǎn)生強(qiáng)烈的撞擊，久而久之葉輪穿孔，最終無法修補(bǔ)而被迫更換葉輪，嚴(yán)重影響設(shè)備安全、高效運(yùn)行。而工作液流量過高時也會產(chǎn)生尖銳的噪聲，需強(qiáng)制性地降低流量。

　　為了防止水環(huán)真空泵發(fā)生汽蝕，運(yùn)行中通常要求真空泵的抽吸壓力比工作液溫對應(yīng)的飽和壓力至少高出0.85kPa；如果工作液溫度為30℃，對應(yīng)飽和壓力4.241kPa，則真空泵抽吸壓力不能低于5.091kPa；但是如果工作液溫度為20℃，則真空泵抽吸壓力可降低至3.188kPa。

　　目前水環(huán)真空泵采用循環(huán)水冷卻，但循環(huán)水溫度夏天可能達(dá)到30 ℃以上，再加上一定的傳熱溫差，工作液溫度有可能達(dá)到40℃以上，嚴(yán)重地影響了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性和安全運(yùn)行，因此必須考慮降低水環(huán)真空泵工作液溫度。

3、水環(huán)式真空泵輔助冷卻裝置

　　水環(huán)式真空泵輔助冷卻裝置用以降低真空泵工作液溫度，主要配置一套成熟的制冷設(shè)備，工作液的溫度由其臨界溫度應(yīng)達(dá)值確定，輔助冷卻裝置根據(jù)這一設(shè)定值自動調(diào)整。工作液輔助冷卻裝置與工作液冷卻器布置見圖4。該系統(tǒng)運(yùn)行方式靈活、工作穩(wěn)定，對原有設(shè)備及系統(tǒng)的運(yùn)行不會帶來負(fù)面影響。

1—壓縮機(jī)；2—冷凝器；3—節(jié)流閥；4—蒸發(fā)器；5—水泵；6—汽水分離器；7—換熱器；8—真空泵。

圖4　工作液輔助冷卻器布置圖

　　改造的主要特點(diǎn)：

　　(1)通過閉式冷凍水循環(huán)來冷卻水環(huán)真空泵工作液，最大限度保證機(jī)組安全與高效運(yùn)行，延長設(shè)備使用壽命。

　　(2)保留原裝置循環(huán)冷卻水換熱器，當(dāng)制冷裝置檢修時，循環(huán)冷卻水換熱器投入工作，以保證系統(tǒng)運(yùn)行對原系統(tǒng)改動小，施工方便；另外，冬季冷卻水溫度比較低時可以關(guān)閉制冷設(shè)備，改用循環(huán)冷卻水換熱器冷卻，從而減少電耗。

　　(3)結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)緊湊，占地小。

　　(4)制冷系統(tǒng)技術(shù)成熟，運(yùn)行安全可靠。

4、改造收益

　　以某電廠300MW 機(jī)組為例，機(jī)組型號為C300-16.7/537/537亞臨界、單軸、雙缸雙排汽、中間再熱、抽汽、凝汽式汽輪機(jī)，水環(huán)真空泵型號為2BW43530MK4。對水環(huán)真空泵冷卻系統(tǒng)進(jìn)行改造后，對系統(tǒng)進(jìn)行了測試，其結(jié)果見表1。

表1　水環(huán)真空泵冷卻系統(tǒng)改造結(jié)果

　　對于300MW 機(jī)組，真空每提高1kPa，發(fā)電煤耗可降低約3.2g/(kW·h)，收益計(jì)算見表2。

表2　收益計(jì)算表

5、結(jié)語

　　對于汽輪發(fā)電機(jī)組來說，真空泵工作水溫度每降低1℃，可提高真空0.135kPa，相當(dāng)于降低了供電煤耗0.43g/(kW·h)。如按上述方案實(shí)施改造，能夠有效地降低真空泵工作水溫度，而且受外界環(huán)境的影響很小，能夠有效提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益。