抽真空系统优化（精选5篇）
抽真空系统优化 篇1
1全自动抽真空平板硫化机的基本构造
根据市场发展的态势和用户提出的要求, 湖州双力自动化科技装备有限公司研制了一种主要用于压制成型各类橡胶模型制品及非模型制品, 也可用于压制各类热固性塑料及发泡性橡胶制品的机械设备——全自动抽真空平板硫化机, 其结构见图1。
从图1中可以看出, 该机型为四柱下压上顶式结构, 主机由上横梁、下机座、活动平台、主辅油缸 (柱塞结构) 及立柱等组成。机器工作时, 柱塞自上向下运行合模, 压制成型, 并具有动模块快速下降、慢速压制、保压及顶出等功能, 关模由快转慢与排气由快转慢可分别进行调整, 生产效率较高。本机的动力控制系统为液压式, 其液压系统分为主油路和控制油路两部分, 分别由两台三相异步电动机带动各自的63YCY14-1BF型液压轴向柱塞泵、CB-B10型液压齿轮泵工作;液压主、辅油缸采用了德国先进技术, 其密封可靠, 使用寿命长。本机具有独立的动力机构和电器系统 (电器系统采用全电脑控制, 控制方便、准确、可靠) , 其工作压力、加热温度均可在一定范围内调节, 操作方式分为手动和全自动两种形式。
2关键技术和创新
2.1 设计要求
硫化成型是橡胶加工的重要工艺, 为改善橡胶制品的性能, 该机器工作时除了须满足普通平板硫化机的常规要求以外, 还须有一些独特的要求。
(1) 胶料需在真空室内的真空状态下加压、加热硫化、排气, 以确保制品质量。胶料一进入真空室, 真空室必须被快速抽成真空, 因此, 需增加一个预先被抽成真空而容积相当于真空室数倍的真空箱 (相当于真空罐) , 采用先使真空室与真空箱互通2 s～3 s后再独立对真空工作室抽真空的方式。同时在压制过程中, 若真空度不够时, 要迅速地对真空工作室进行补抽真空, 以确保产品成型全过程中的真空度, 保证产品质量。
(2) 加热板要有均匀一致的温度。这里采用恒温平板, 其特点是在电热管与工作面之间均匀分布着纵横交错的数十个通孔, 其内部相互连通。然后灌入导热性能良好的液体, 电热管热量通过该液体二次传递到热板工作面。由于液体可在内部实现相互连通, 使吸收的电热管热量分布均匀, 同时电热管发热量采用数显温控仪进行PID调节, 进一步保证了胶料硫化时的温度稳定性。
(3) 模板应不受真空罩影响, 可自由进出, 便于装料、取料及模具的清理, 同时应有相应的推出部分、多层模具的打开及顶出小油缸等装置以提高效率和保证安全。因此应设计独立的导轨机构, 在导轨上安装三开模机构, 并有独立的顶出油缸;能实现PLC控制系统与之连锁, 按工艺要求进行相应动作。
(4) 机器液压系统效率高, 油液升温、噪声小, 并能为多个油缸提供多种压力和流量支持。因此采用电液比例控制技术, 通过PLC控制电液比例阀为设备提供各动作要求的压力和流量, 保证设备各动作运行平稳, 同时能有效地提升液压系统的工作效率及减少液压油的温升。
2.2 主要技术问题
新研制的抽真空平板硫化机的主要结构特点是:真空罩由安装在上横梁上的油缸直接驱动, 能迅速与升降台形成真空工作室, 并且与升降台实现液压上的联动, 在排气时保证真空工作室的密封性能, 确保胶料在密闭的真空环境下进行压制;在油箱的下方开设了一独立空间作为真空箱使用 (相当于真空罐) , 实现真空工作室的快速抽真空和补抽真空。
(1) 为了使胶料在较短的时间内在真空状态下反复压制, 使气体不断被抽出, 要求在合模后压制开始时短时间内将真空工作室快速抽真空, 以及在合模时真空罩与升降平台之间迅速密封。除此之外, 还必须在产品排气的时候保证真空罩与活动台的良好密封。
(2) 为了使胶料能在模腔中流动, 保证胶料各部分厚度均匀一致, 硫化机必须具备较高的压力, 以使胶料在成型时流动。因此要求液压系统在压制时能提供足够的压力, 又能满足升降台按照不同的速度进行动作, 并且要使真空罩抽真空时能紧贴升降台, 同时还要为开模和顶出装置提供合适的压力和流量, 保证在硫化结束后能迅速地开模, 顶出产品。
2.3 主要技术创新
为保证硫化制品的质量, 在该机型上采取了如下一些技术创新措施。
(1) 增加一个独立的真空箱, 其容积相当于真空工作室容积的3倍～4倍。抽真空时, 先将真空工作室与真空箱互通2 s, 此时真空工作室内真空度可达0.05 MPa以上。接着关闭真空工作室与真空箱的互通电磁阀, 再独立对真空工作室进行抽真空, 以做备用。这种工作方式大大加快了抽真空速度, 约10 s时间真空度即可达到0.096 MPa。
(2) 抽真空系统在工作时, 当真空工作室内真空度达到0.096 MPa时, 真空度传感器立即将信号返回PLC, PLC控制真空泵停止抽真空;当真空度下降到0.06 MPa时, 立刻补抽真空, 这一补抽真空环节, 可迅速地使系统再次达到真空度要求, 几乎没有时间延时, 进一步保证了硫化成型的产品质量, 同时实现了按需抽真空, 降低了机器的运行成本, 达到节能的目的。
真空罩控制油缸实现与升降台的连动, 在升降台上升时, 真空罩油缸自动回油配合升降台的上升;而下降时, 主动开启电磁阀进行下降, 保证真空工作室的良好密封。
(3) 液压系统全过程采用电液比例阀精确控制各油缸的压力和流量, 保证了各动作的精度和速度, 又能最大限度地降低噪声。同时, 尽可能地使每个动作对应额定的压力, 减少电机的工作负荷, 也有效降低了液压油的发热问题。
(4) 硫化机所有热板均采用恒温平板, 其特点是处于发热工作面与发热元件之间的热管阵列中的每一热管单元, 被一条或一条以上的通道所沟通, 使整个热管阵列形成一个其内部工质能自由流通的整体导热管系, 这样可大幅度提高工作面的温度均匀性, 其表面温差通常可减小到±1.5 ℃。采用专用温度调节仪, 该仪表可根据输入的硫化温度对平板温度进行PID调节, 提供P、I、D各参数的自诊断功能以及手动调节功能。
3技术水平和市场前景
3.1 产品技术水平
湖州双力自动化科技装备有限公司研发的全自动平板硫化机系列产品, 与国内同类产品相比, 在性能、外形和价格等方面都有一定的优势, 具体参数对比见表1。
3.2市场前景
全自动抽真空平板硫化机自研制成功并经用户试用, 证明其效果不错, 用户满意度较高, 订单逐年增加, 产品供不应求, 形成了一定的生产批量。这一发展态势, 非常有助于该企业进一步降低生产成本, 拓展市场空间, 实现可持续发展。
参考文献
[1]成大先.机械设计手册[M].北京:化学工业出版社, 1969.
[2]凌勇坚.2000 kN摩擦材料液压机构造及控制系统[J].通用机械, 2008 (11) :46-47.
[3]凌勇坚.MK1020E型自动平压模切机故障原因探究和处理[J].今日印刷, 2008 (1) :41-42.
抽真空系统优化 篇2
空调在安装时，由于内机和连接的管路内在打开堵帽后与空气接触，在与外机连接后防止管路的空气和外机系统的冷媒（制冷剂）混合，造成空调运行时的危害，运行压力高低不稳定、系统冰堵等，所以必须在连接好内外机器后先将这些空气排和抽走。
空调在系统维修后，比如更换了压缩机、管路的配件，都必须在清洁和清洗后把连接好内外机器后先将这些空气抽走，再按照定量加氟。
2、为什么需要抽真空？
抽真空可以把系统的空气和水蒸汽抽到系统外，可以防止空气和水蒸汽除影响正常的运行外，可以制止空气和水蒸汽和压缩机的冷冻油产生化学变化，减少脏堵的产生。
3、什么情况的空调需要抽真空？
a在安装时天气比较潮湿，下小雾雨，内机器和管路开口后放置的时间比较长（二-三天）的一拖一的机器；
b厂家出厂时，在系统里面没有多增加用于靠内气排空的制冷剂（安装说明书中有著名）。
cR410A的机器由于系统制冷剂标量要求精确，用内气排的时间不好控制，需要抽真空。
d一拖多的机器。
e连接管加长2米以上的一拖一的机器。
f系统维修过的机器。
g制冷剂全部泄漏了的机器。
4、什么情况的空调不要需要抽真空？
除上面的多个情况外，大家不要认为一定是要抽真空才好，抽真空的步骤要比较仔细，并且工具的要求要好，这在一般的安装工是达不到的，现在安装工连起码的检漏的工序都可以省，抽真空的步骤那是能少就少，个别的半瓢水可能会弄巧成拙把机器搞坏。
蒸汽喷射抽真空系统故障排查 篇3
1 工作原理
蒸汽喷射真空泵利用流体流动时的静压能与动能相互转换的气体动力学原理来形成真空。具有一定压力的水蒸汽通过拉瓦尔喷嘴喉径时达到声速, 到喷嘴的扩散部时, 静压能全部转化为动能, 达到超声速, 同时喷嘴出口处形成真空, 被抽气体在压差的作用下, 被抽入吸入室, 和以超声速的蒸汽一边混合一边进入文丘里管, 然后以亚声速从文丘里的扩散管排出, 同时混合的气体速度逐渐降低, 压力随之升高, 而后从排出口排出。如果将几个喷射泵串联起来使用, 泵与泵中间加入冷凝器使蒸汽冷凝, 便可得到更高的真空度。整台蒸汽喷射真空泵由若干级泵体与冷凝器两大部分组成。各级泵体均由喷嘴、入室及扩压器组成, 喷嘴可以是单只, 也可以是多只, 喷嘴一般采用不锈钢材料, 吸入室和扩压器等其它部件可采用不锈钢、铸铁及碳钢等材料[2]。 (如图、图2)
2 影响真空的因素分析
2.1 蒸汽品质:
抽真空用的蒸汽是要求有一定压力和过热度的, 蒸汽压力偏低及压力波动均对真空泵的能力有较大影响, 因此蒸汽压力不应低于要求的工作压力, 但所用真空泵结构设计已定型, 过多提高蒸汽压力并不会增加抽气量及真空度。在抽真空过程中如果压力不够, 就不足以形成高速射流, 破坏抽真空过程。在抽真空过程中会出现压力温度的变化, 如果过热度不够会引发蒸汽的相变, 影响抽真空的作用。
2.2 冷却器换热效果的影响:
如果冷却器换热效果不够好, 就会导致部分蒸汽无法冷凝, 致使该冷凝器中的气体总量增加, 变相增加下一级抽子的负荷, 当超出设计能力时, 抽真空就会出现问题, 冷却水温度、流量以及冷却器结垢都直接影响冷却器换热效果。
2.3 系统密封性:
抽真空系统法兰, 导淋阀, 放空阀的气密性都会影响到抽真空系统的整体性能, 另外被抽真空系统的气密性对抽真空系统的影响也是比较明显的。
2.4 喷嘴的问题:
喷嘴的安装质量以及堵塞情况都将直接影响到抽真空效果, 存在的问题有:喷嘴装错、装歪、堵塞、损坏、腐蚀和泄漏, 不管采取何种预防措施, 喷嘴的堵塞在所难免。一方面由于安装蒸汽管道时, 管道中残存的铁屑及焊渣会堵塞喷嘴;另一方面, 真空泵系统停用时, 蒸汽管道易生锈, 锈斑在使用时掉落堵塞喷嘴[3]。
2.5 大气腿的重要性:
大气腿如果出现漏气或水封不好将直接影响到抽真空效果。
3 实际使用中的问题:
蒸汽喷射抽真空在乙二醇装置中主要用于真空塔抽真空;透平抽真空, 在实际应用中蒸汽喷射抽真空系统出现过多次波动或抽不下来真空的现象, 每次出现的问题都不尽相同, 对此做如下分析总结:
3.1 开车过程中真空抽不下来:
3.1.1 被抽真空系统泄露:
在一次大修后的开车过程中, 真空总抽不下来, 最小化系统后, 发现抽真空系统能力没有问题, 分析是由于被抽真空系统泄漏引起的抽真空抽不下来, 随对被抽真空系统进行气密试验, 发现产品泵机封、部分管线法兰泄漏及塔顶压力表膜片导淋泄漏, 在解决这些问题后, 真空系统很快恢复正常;
3.1.2 蒸汽喷嘴堵塞:
2015年大修结束的开车过程中, 最终浓缩塔出现真空抽不下来的情况, 最小化系统后发现抽真空系统抽真空能力有问题, 随即对该抽真空系统进行气密试验未发现问题, 最后通过对抽真空系统解体发现二级抽子处有胶块阻挡, 后来分析认为是大修拆除卡子时遗漏在系统中的胶块;
3.2 正常生产中真空波动:
3.2.1 凝液罐压力、液位:
现场后部三个抽真空系统的一、二级换热器凝液均排到C-6861罐, 二级换热器和C-6861废气均排至废气总管, 由于C-6861没有连续的废气排入, 在系统遭遇波动时, 该罐内部压力P1就会出现变化, 当罐内压力P1与二级冷却器压力P3差值达到一定值时, L3就会接近H, 当L3等于H时, 就会导致一二级换热器串气, 破坏一级换热器内的压力, 最终使得一级换热器内压力与废气总管压力一致, 二级抽真空失去其作用, 一级抽子也不能达到其设计值;而C-6861罐的液位L1控制过低将会直接导致L3等于H, 使得一二级换热器串气, 影响真空。
3.2.2 蒸汽质量:
2016年的临时停车检修过程中, 后部真空出现波动, 因处在停车过程中, 中压蒸汽用户用量较小, 后部抽真空系统又处于接近中压蒸汽官网末端, 分析认为中压蒸汽流动性较差, 经现场检查及分析认为是中压蒸汽过热度问题, 之后通过提高中压蒸汽温度, 真空恢复稳定。 (图3)
3.2.3 废气排气不畅:
这种现象多发生在入冬季节, 因末级换热器排气排入废气总管, 而排废气管线在设计中没有伴热线, 在入冬温度零下后, 排气管线易形成冻堵现象, 直接造成末级换热器排气不畅, 导致末级换热器压力偏高, 破坏真空;
3.2.4 内部构件损坏:
2014年透平抽真空系统出现问题, 在经过反复检查后未查出其它问题, 最终在解体过程中发现喷嘴处金属出现磨损, 导致结构数据发生变化, 直接影响到抽真空效果, 后经更换备件投用恢复正常。
4 结语
通过以上的总结分析, 在真空系统出现问题时应采取的排查步骤为:
(1) 出现问题前做过什么:特别是对蒸汽管道、冷却水、抽真空系统以及被抽真空系统的构件做过什么, 往往一个使用正常的设备, 在经过一些操作后出现问题, 那么就有很大的可能是这些操作导致的;
(2) 确认压力表没有问题:通过对现场和DCS压力的核对, 排除掉DCS压力错误显示的问题;
(3) 确认末级排废气是否通畅:尤其是冬季注意下游关系是否有温度, 如有异常及时将末级换热器直排大气;
(4) 检查流程是否有误:所有阀门是否在其该在的位置上, 包括导淋、放空阀;
(5) 检查水封大气腿情况:主要检查凝液罐真实液位以及凝液罐和排气管压力差值之间的关系, 粗略计算是否能够形成水封, 如不能形成水封及时提高凝液罐液位或将凝液罐压力提高;
(6) 检查蒸汽质量情况:确认蒸汽总管末端疏水器工作情况, 如有问题及时提高该管网蒸汽温度, 保证工作蒸汽为5 (9) ~10 (9) 的过热蒸汽;
(7) 检查冷却水系统:对冷却水出入口温度进行检查, 温差过高时应确认冷却水流量
(8) 最小化系统检查:关闭联塔阀, 观察抽真空系统是否能工作正常, 如能工作正常, 那么就是由于被抽真空系统出现泄漏导致的真空问题, 对被抽真空系统做正压气密试验查找问题根源, 如果抽真空系统工作不正常, 那么做进一步处理;
(9) 检查真空系统气密情况:将抽真空系统隔离, 充压做正压气密试验, 查找漏点;
(10) 检查内部构件情况:对抽真空系统进行解体, 查看内部构件是否有堵塞或损坏。
参考文献
[1]孙胜先, 朱小四.蒸汽喷射泵失效分析及修复, 化工设备与防腐蚀, 2002.2:30-31.
[2]王培红, 李开胜.蒸汽喷射泵穿孔事故分析, 化工设计通讯, 2005.6:15-17.
抽真空系统优化 篇4
1 抽气装置容量的选择
国内外汽轮机组抽气装置容量的确定大多采用美国热交换协会 (HEI) 《表面式凝汽器标准》推荐的计算方法。抽气装置的设计容量不应小于HEI的规定, 应保证在各种运行工况下, 有足够的抽气能力。从HEI标准确定漏入汽轮机组空气量的计算中可以看出, 由凝汽器中抽出的汽气混合物量与汽轮机低压缸的排汽量、辅助汽轮机的排汽量及排汽口数目、凝汽器壳体数目有关。也就是说漏入的空气量不单与排汽量大小有关, 而且与排汽口数目、凝汽器壳体数目有关。这一观点抛弃了过去那种只与排汽量有关的粗糙近似公式 (如别尔曼公式) 。由于HEI标准给抽气装置容量计算带来了满意的经济效果, 所以被世界各国所公认。
当采用多壳体凝汽器时, 可选用并联抽气或串联抽气方式。当采用多背压单壳体或多背压多壳体时, 可按每一压力凝汽器壳体或每一壳体的一个压力确定抽气装置的总设计容量。对核电汽轮机组和空冷系统汽轮机组, 除按HEI标准选定空气量外还应考虑特殊的要求, 确定总设计容量。
2 对真空系统严密性的要求
对大容量机组真空系统严密性的要求, 不能采用评定中、小机组真空系统严密性的标准或算式。GB/T5578-85《固定式发电用汽轮机技术条件》规定, 功率100～200 MW汽轮机组的真空下降速度不大于399.96 Pa/min, 现在对大型汽轮机组又提出了更严格的要求, 如300 MW以上汽轮机组的真空下降速度不大于199.96 Pa/min。真空系统的严密性是影响汽轮机组年运行小时、停机率, 乃至机组提前进行大修的重要因素之一。真空系统不严密, 漏入的空气量就猛增, 导致抽气设备合理的设计容量遭到破坏。
抽气装置的设计抽吸空气量应等于或大于按HEI标准设计的数值, 即 C=Gv/Gh
式中, C为储备系数;Gv为抽气装置设计抽吸空气量, kg/h;Gh为按HEI标准计算的漏入空气量, kg/h。
近年来对不同国家制造的机组统计表明, 由于设计、制造、安装和运行管理水平的差异, 储备系数C=1～3, 从而直接影响了机组的热效率。个别先进国家机组C<1, 但运行效果令人满意。
评价真空系统抽气设备的主要性能指标有:极限真空、抽空气量、抽气速率、启动压力和最大背压值。对使用于不同位置及不同型式真空系统的抽气设备, 其性能指标各不相同。
3 真空系统抽气装置类型
3.1 射水抽气器
射水抽气器消耗的工作水量通常为凝汽器冷却水量的7%～10%不等;射水泵耗功通常为机组额定功率的0.03%～0.05%左右。
射水抽气器生产能力特性的评定参数为容积引射系数。由于射水抽气器以循环水引射汽、气混合物, 呈两相流混合流动, 所以可按不可压缩流体有关方程式计算。根据射水抽气器的变工况特性, 如果增加工作水压力, 即增大了工作喷嘴出口流速时相应地增加了工作水的水量, 则在维持容积生产率不变的条件下, 可以获得比设计抽吸压力更低的吸入压力值。由于工作喷嘴出口到混合室的距离对射水抽气器所能产生的最大压力降无关, 故可对其不进行出厂性能试验。这点是射水抽气器的一个特点。因射水抽气器工作水温升高时, 其抽吸能力会下降, 所以采用闭式循环水系统时, 应经常监测工作水温的变化, 必要时应定期补冷水来保持设计水温, 保证射水抽气器正常运行。此外, 增大扩散管出口截面到水箱水面的高度, 可使扩散管出口截面处压力降低, 所需有效压缩功减少, 当吸入的空气量不改变时, 可获得比设计压力更低的吸入压力。
目前, 200 MW以下汽轮机组采用喉管长为喉管直径15～40倍的长喉部射水抽气器, 其引射效率可大于40% (比短喉部抽气器的引射效率大一倍以上) , 同时还减少了耗功、噪声和振动。
射水抽气器除结构简单, 运行、维护方便外, 其特性线也不存在过载段, 所以吸入的空气量不受过载限制。在抽吸设计空气量时, 能维持凝汽器的设计压力, 而当抽吸最大空气量时, 又能保证凝汽器压力不超过允许值。通常采用1台运行, 1台备用。
3.2 射汽抽气器
射汽抽气器的工作蒸汽气源往往来自新蒸汽, 经调节阀节流减压到所需的工作蒸汽设计压力, 也有的来自除氧器的汽平衡管, 这时取除氧器的工作压力为工作蒸汽的设计压力。射汽抽气器在设计工况下要求工作蒸汽定压运行, 否则射汽抽气器的工作将恶化。来自凝结水泵之后的主给水作为射汽抽气器冷却器的冷却水, 每级冷却水并联流动, 然后送回热力循环系统。工作蒸汽在冷却器中凝结的水逐级流出, 最后经水封管排到凝汽器。射汽抽气器的工作蒸汽采用新蒸汽时, 因节流损失将影响机组的热耗等经济指标;不使用除氧器作为蒸汽汽源时, 则需要能快速切换的备用汽源, 以防汽轮机组在低负荷变工况下蒸汽压力降低, 影响抽气器的正常工作。
由于蒸汽与空气的混合物沿扩散管的流动过程较复杂, 所以用常规的能量方程和空气动力学理论来研究射汽抽气器的通流部分必然带来较大的误差。通常采用由试验结果总结出的经验公式进行射汽抽气器通流部分和冷却器的计算。
由于射汽抽气器的特性线是对应某一确定的混合物温度绘制的, 但从凝汽器空冷区抽出的汽气混合物的温度变化, 将使射汽抽气器的特性曲线发生相应地变化。所以射汽抽气器的变工况 (诸如吸入压力、吸入温度、吸入空气量, 工作蒸汽参数和冷却水温度) 运行, 将导致抽气器特性线的改变。
因射汽抽气器特性线的过载点, 直接影响抽气器的性能和抽吸能力, 故在实际运行中当某些参数改变时, 应注意是否接近过载点工作。
为适应汽轮机组迅速提高真空, 凡采用射汽抽气器作为主抽气器时, 应配置1只不带冷却器的单级启动抽气器。
射汽抽气器应在特性线的改造段上运行, 当出现最大吸入空气量时, 也不应达到过载点的空气量界线, 否则将明显地引起容积出力骤然降低, 真空严重恶化的工况, 使机组不能连续运行。为适应吸入大量空气而过载的恶劣工况出现, 常采用1台运行, 1台备用的原则。
3.3 机械式水环真空泵
水环式真空泵的极限真空与射水抽气器相似, 与工作水温度有关。由水环式真空泵的特性曲线可以查到在不同抽吸压力下抽吸的最大汽气混合物量。此外它还具有启动抽气器的功能, 故在特性线上可查到汽轮机组在启动工况下的抽吸压力, 抽吸时间、功耗与抽吸空气量之间的关系。
水环真空泵的性能与被抽吸气体的状态、工作液体的性质及温度有关。当实际工作条件与规定的工作条件有差异时, 则可按气体状态方程式进行换算,
4 真空系统抽气装置的选择
4.1 按传统习惯选择
国内常规200 MW及以下火电机组采用射水抽气器, 300 MW及以上火电机组和联合循环机组都以及核电机组、空冷机组往往采用机械式水环真空泵。
4.2 抽气器效率的评定方法
在上述3钟抽气器中, 单位抽汽量耗功最大的是射汽抽气器, 而机械式水环真空泵与射水抽气器的耗功相近。评定1台抽气器的效率不能单看耗功的大小, 还应看同时抽出多少空气量。同功率的机组, 系统中漏入的空气量大则抽气器的耗功大。因此, 应以单位抽汽量的耗功来评定抽气器的效率, 并作为选择的依据。
5 结束语
抽真空系统优化 篇5
当前, 大容量凝汽式发电机组在凝汽器背压高于设计值时, 凝汽器背压每升高1kPa, 机组热耗增加0.5%, 有些机组甚至超过1%[1]。因此降低凝汽式汽轮发电机组的背压对降低汽轮机热耗、机组煤耗和机组节能有着十分重要的意义。凝汽式火力发电厂中, 汽轮机的背压通常是由凝汽器和循环水来保证的, 为了连续不断地抽出凝汽器中的不凝结气体, 均配置抽真空系统, 因此, 提高抽真空系统的效率, 对降低凝汽器压力, 进而降低汽轮机组热耗起着十分重要的作用。
近年来, 各电厂对凝汽器的抽真空系统进行了各种改进, 充分挖掘真空系统和设备潜力, 提高抽真空系统的效率, 系统性能得到改善。
1 影响真空泵性能的因素
(1) 工作液温度。
凝汽器抽真空系统的真空泵密封水作为泵的工作液, 其温度对真空泵的工作效率有着直接影响。根据JB/T7255的参数规定, 对于单级水环真空泵, 制造商通常设计入口温度为20℃[2]、密封水温度15℃条件下, 泵入口压力为3.3kPa (a) [3]。在电厂实际运行中, 即使在冬季工况, 密封水温度也高于设计的15℃。由于密封水的冷却水温度偏高, 加上从凝汽器抽出的空气和蒸汽混合物不断对密封水加热, 以及工作液在真空泵内摩擦产生热量, 通常实际的工作液温度远大于这一设计值。随着工作液温度升高, 泵的抽吸能力大大降低, 致使凝汽器背压也随之升高。为提高真空泵的工作效率, 提高抽吸能力, 就必须降低真空泵工作液的温度。
(2) 吸入气体温度。
一定转速的真空泵的抽吸速度, 即单位时间内抽出的空气量与真空泵工作液的温度、真空泵入口介质温度有关:
式中:Qt—工作液温度t、吸入温度ts工作条件下的实际抽汽量, m3/mm;
K1—吸入温度修正系数, K1= (20+273.15) / (ts+273.15) ;
K2—吸入压力P1时工作液温度修正系数, K2= (P1-Pt) / (P1-P15) , P1为水环泵的吸入压力, kPa, Pt为水温为t时的饱和蒸汽压力, kPa, P15为水温为15℃时的饱和蒸汽压力, kPa;
Qd—水环真空泵设计抽气量, 设计密封水温度15℃、吸入温度20℃的干空气, m3/mm。
典型水环真空泵各种密封水工作液温度在各吸入压力下的修正系数K2值如表1所示。
从表1可以看出, 随着吸入气体温度和密封水温度的升高, 真空泵抽吸性能下降, 泵的极限抽吸压力升高。
要提高真空泵的工作效率 (即提高抽吸速度) , 并降低极限抽吸压力, 至少有两个途径:一是降低真空泵工作液的温度;二是降低真空泵吸入气体温度, 即凝汽器来的空气—水蒸气混合物的温度。
2 提高真空泵性能的方法
2.1 降低真空泵工作液温度
真空泵的工作液通常被称为真空泵的密封水, 由于密封水是循环工作的, 在工作中由于叶轮摩擦和受到从凝汽器来的空气—水蒸气混合物的加热, 温度会持续上升, 因此真空泵均设置冷却装置, 对密封水进行冷却。密封水的冷却水采用开式冷却水或除盐水水质的闭式水。这两种冷却水中开式水一般温度低一些, 但在夏季对采用冷却塔的机组, 一般在30℃左右;闭式水的温度要高些, 夏季最高可达37℃, 即使在冬季也在20～25℃, 因此密封水温度通常在25～30℃。
由于密封水温度偏离设计温度, 泵的抽吸能力和效率大大降低。
为降低密封水温度, 可采取降低冷却水温度的办法。
目前采用制冷降低冷却水温度的方式有两种, 一种是采用电制冷, 即采用纯电制冷机组, 以冷媒来冷却密封水, 再以开式水或者闭式水带走冷媒从密封水吸收的热量。这种方式的特点是, 系统和设备配置简单, 运行方式灵活, 且具有安装周期短的优点。该方法的缺点就是单机耗电量大, 单台泵造价相对较高, 通常一台真空泵配置的制冷机组耗电在60～80kW。某电厂亚临界700MW机组配置电制冷系统的真空泵工作液温度一般在14℃左右, 该机组配置3台50%容量的真空泵, 由于真空泵的效率较高, 即使在夏季工况, 仍采用单台泵运行方式。现场试验表明, 采用24℃循环水冷却的真空泵工作时, 凝汽器压力比采用冷却装置的真空运行时高0.6kPa, 而当采用30℃循环水冷却的真空泵工作时, 凝汽器压力比采用冷却装置的真空运行时高1.2kPa。该机组真空泵工作液冷却系统典型配置的原理如图1所示。
对于真空泵机组台数较多的电厂, 需采用另一种方法即采用集中制冷系统。其原理也是通过冷却水降低工作液温度。各机组设置一套共用的蒸汽驱动溴化锂制冷机组, 冷冻水采用母管制, 分别向各真空泵提供温度较低的冷却水。制冷装置主要包括溴化锂制冷主机、冷却塔、循环水泵、冷冻水泵及温度、压力调节装置。这种方法的优点是, 发电厂辅助蒸汽参数稳定可靠, 而每套1600kW的制冷机组耗汽量仅3t/h左右, 可以提供较大流量且温度较低的冷却水, 冷却水温最低可达7℃, 可供多台真空泵同时使用, 对于真空泵数量较多的电厂较为经济, 单台真空泵组平均造价较低、平均耗电少, 平均每台真空泵增加的电耗仅15kW左右, 且可与电厂空调系统合并使用。其缺点是一次投资较高, 不适于真空泵台数较少的电厂。
某电厂4台300MW机组共8台真空泵密封冷却水典型配置流程如图2所示。
2.2 降低真空泵吸入气体温度
真空泵密封水热量的重要来源之一就是自凝汽器抽出的空气—水蒸气混合物, 降低混合物温度不仅可以减少进入真空泵的热量, 同时随着温度的降低, 其中的水蒸气会凝结成水, 蒸汽分压力降低, 增大了空气分压比, 因而进入真空泵气体中的空气浓度随之增大, 从而使真空泵的有效抽吸能力得到提高。
目前广泛采用的方法是将温度较低的除盐水或者冷却后的凝结水引入真空泵入口的抽空气管道冷却器, 混合气体中的蒸汽凝结水与喷入的减温水混合后回收, 不凝结的空气由真空泵抽出。该方法具有布置简单、投资少的特点, 且没有任何转动设备, 免于维护, 因此是最为经济、可靠的方法。典型流程如图3所示。
2.3 串联大气喷射器
有些电厂凝汽式机组真空泵工作液的冷却水采用与凝汽器循环水相同的水源, 泵的极限吸入压力与吸入口压力接近, 而真空泵如果长时间工作在极限压力附近, 则易发生叶轮汽蚀、噪音、振动和效率下降, 严重时甚至可能发生叶轮断裂, 因此应使真空泵的实际入口压力远离极限压力, 避免真空泵发生叶轮汽蚀、噪音、振动等。
为解决这一问题, 可在真空泵入口串联大气喷射器。大气喷射器是配置在水环式真空泵的进口管道上的一个前置射气抽气器, 它的一端开口朝向大气, 利用真空泵负压与大气压形成压差而产生的空气射流, 在喷射器内获得比真空泵更低的抽吸压力, 因此可以提高抽吸真空。真空泵入口接到大气喷射器的排出口, 因此真空泵入口压力高于喷射器吸入压力, 离开其极限压力区域, 同时随着真空泵吸入能力的提高, 又可提高喷射器的吸入性能。这样, 既避免了真空泵运行在极限抽吸压力不稳定工况, 又能有效提高真空。大气喷射器主要包括喷射器组件、喷射关断阀和旁通阀等, 由于其不含任何运动部件, 因此具有很高的可靠性, 因此也作为真空泵的常规配置得以广泛采用。
国内电站真空泵主要生产厂家如纳氏泵、佛山水泵厂等均将大气喷射器作为真空泵的可选标准配置, 国内许多电厂真空泵配置了大气喷射器, 真空泵性能明显改善。串联大气喷射器的真空泵极限吸入压力较不配置喷射器的真空泵低, 在真空吸入温度20℃、工作液温度15℃时, 真空泵极限吸入压力可达1.5kPa (a) [3]。由于增加了部分大气作为喷射器的射流动力气体, 致使真空泵负荷增大, 因此真空泵耗电稍有增加, 根据电厂实际运行经验, 使用大气喷射器的真空泵电耗一般增大5～10kW。由于大气喷射器从大气吸入空气, 流速较高, 因而现场噪音较为明显。串联大气喷射器工作原理如图4所示。
3 抽真空系统再优化
用于降低冷却水温度而配置的溴化锂制冷机组采用单独的循环水系统和冷却塔的设备, 造价约20万元, 每套制冷机组循环水泵及水塔风机电耗在50～60kW, 因此存在继续改进的可能。如果将其循环水采用机组的循环水, 取代独立设置的冷却塔和水泵设备, 可使系统得到简化, 降低初始投资, 也可降低厂用电消耗。
降低真空泵吸入气体温度的方法有多种, 需根据现场设备条件和布置选取更为合理的方式, 以充分降低被抽吸气体的温度。除了采用降温后的凝结水或除盐水外, 如果水质合适还可直接喷淋冷冻水。减温装置的位置也有不同的优化方案, 一般认为越靠近凝汽器越有利。目前已经有将温度较低的冷冻水替代凝汽器抽空气区循环水冷却水的做法, 这些方法值得借鉴。
4 结语
降低真空密封水温度及真空泵吸入口混合物温度的方法已在火力发电厂中得到实际应用。使用情况表明, 这两种方法均能明显提高真空泵工作性能, 不同程度提高凝汽器真空, 若同时使用两种方法效果更为明显。在真空泵入口安装串联大气喷射器能构明显提高真空泵的抽吸效率和抗汽蚀性能, 在火力发电厂的真空泵入口具有很多安装实例。通过对真空泵冷却系统的优化和改进, 提高了真空泵的工作效率, 提高了真空泵运行的可靠性, 使凝汽器真空得到提高, 从而提高汽轮机组效率, 达到节能的目的。
摘要：介绍提高火力发电厂真空泵工作效率的方法, 通过对真空泵工作液冷却系统改进和降低真空泵吸入口介质温度, 可有效提高真空泵的抽吸能力和降低入口极限压力, 因而降低凝汽器压力, 提高火电机组效率。
关键词：凝汽器,真空,真空泵,冷却系统,抽吸压力
参考文献
[1]中国动力工程学会.火力发电设备技术手册.第二卷汽轮机[M].北京:机械工业出版社, 1998.
[2]热交换学会.表面式蒸汽冷凝器标准, 第9版[S].1995.