[發明專利]汽輪機羅茨-水環真空泵變頻控制抽氣系統及其控制方法

在審

• 申請號: 201811496331.3
• 申請日: 2018-12-07
• 公開（公告）號: CN109340114A
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發明（設計）人: 王駿;高遠;吳正勇;姚永靈;張泰巖;徐斌;盧承斌;盧修連;許健;戴興干
• 申請（專利權）人: 江蘇方天電力技術有限公司;國網江蘇省電力有限公司;國家電網公司
• 主分類號: F04C23/00
• 分類號: F04C23/00;F04C25/02;F04C28/08;F28B9/10
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 戴朝榮

一種汽輪機羅茨?水環真空泵變頻控制抽氣系統及其控制方法，所述抽氣系統包括控制系統、氣冷式羅茨真空泵、水環真空泵和與氣冷式羅茨真空泵并接的旁通管路，所述控制系統主要包括核心控制器PLC及其輸入輸出端。本發明抽氣系統及其控制方法在汽輪機組啟動時通過旁路可快速建立真空，機組正常運行時，利用變頻控制器根據凝汽器工況自動調整水環真空泵轉速，以實現最優運行壓縮比分配方案，滿足不同情況下抽空氣量的要求，降低汽輪機抽氣系統的能耗。本發明系統及其控制方法解決了水環真空泵抽氣能力受水溫限制的問題，系統可以更有效地對氣冷式羅茨真空泵出口氣體進行冷卻，削弱混合氣體中空氣的存在對換熱的影響，保障機組運行的安全性和可靠性。

技術領域

本發明涉及電力技術領域，具體為一種汽輪機羅茨-水環真空泵變頻控制抽氣系統及其控制方法。

背景技術

汽輪機抽氣系統作為凝汽系統不可或缺的一部分，其抽氣能力對凝汽器有至關重要的影響。抽氣系統的作用是將凝汽器內的不凝結氣體及時抽出，如果漏入的空氣量較大，而抽氣系統又無法及時將其抽出，凝汽器中空氣和其他不凝結氣體聚積在管束周圍形成氣膜，使熱阻增加，傳熱系數降低，影響凝汽器的傳熱性能，導致凝汽器傳熱端差增大，真空度降低。

傳統汽輪機抽氣系統一般采用水環真空泵，由于真空泵需要在汽輪機組啟動前建立真空，因此配置的真空泵容量往往較大，抽吸流量和消耗功率也較大。但在機組正常運行時，漏入空氣量少，要求的抽速遠小于真空建立時的抽速，而配置的電機卻不能隨系統漏氣量自動調節水環真空泵轉速，這就導致了機組正常運行維持真空時抽氣系統消耗功率大，造成了真空泵功率的嚴重浪費。

同時，雖然水環真空泵相較過去使用的射水抽氣器性能已有很大改善，也降低了抽氣功耗，但作為單一水介質的真空泵，水環真空泵是一種粗真空抽吸裝置，其抽氣性能受工作水溫度影響很大。由于水的壓力達到溫度對應的飽和壓力時，水會發生汽化，水環真空泵的吸氣腔室被汽化的水蒸汽充滿，失去抽吸能力，所以水環真空泵所能達到的極限壓力即為工作水溫度所對應的飽和壓力。由此可見，工作水的溫度是制約水環真空泵抽氣能力的重要因素。根據真空泵生產廠商的數據，當工作液溫度為額定值15℃時，其極限壓力為3kPa左右。但在電廠實際運行中，工作液溫度往往遠高于實際值，尤其在閉冷器的冷卻器結垢等現象發生時，水環真空泵抽氣能力下降明顯，導致凝汽器壓力上升。夏季工作水溫度也較高，水環真空泵運行在極限壓力附近，吸氣效率急劇下降，有時甚至導致一臺真空泵無法維持凝汽器的真空，嚴重影響凝汽器換熱效率。

另外，由于水環真空泵是一種容積泵，壓縮比受結構限制，吸氣腔室和排氣腔室決定了水環真空泵的壓縮比，變化范圍較小，隨凝汽器真空度提高，水環真空泵抽氣能力隨壓縮比的增大而下降，當凝汽器真空度發生較大范圍的變化時，單獨使用水環真空泵無法有效地滿足抽氣要求。在冷卻水進口溫度較低的春冬季，凝汽器真空度較高，而在冷卻水溫度較高的夏季，凝汽器真空度較低。凝汽器壓力可從3kPa變化到10kPa，這也就意味著抽氣壓縮比在10~33的范圍內變化，當壓縮比較大時，水環泵吸氣效率低，容易出現壓縮不足、出口壓力低于大氣壓力的現象，同時凝汽器換熱也因抽氣系統的抽氣能力不足而受到影響。

鑒于目前使用的汽輪機抽氣系統適應性差、能耗大的特點，一些電廠開始采用羅茨水環真空泵抽氣系統，將水環式真空泵用作氣冷式羅茨真空泵的前級泵，凝汽器抽出的蒸汽-空氣混合物首先經由羅茨泵進行預壓縮，后進入中間冷卻器進行冷卻，最后通入水環式真空泵后再由氣水分離器排出。這樣的羅茨-水環真空泵抽氣系統有效提高了水環式真空泵的入口氣體壓力，水環泵工作液過冷度明顯提高，壓縮效率也明顯提高。但是由于結構及工作原理的限制，氣冷式羅茨真空泵入口工作壓力有限制，因此不能用于機組啟動時凝汽器真空的建立。一些電廠使用的羅茨-水環真空泵機組，由于選型、運行方式不當等問題，不但導致節能降耗效果不明顯，甚至導致了凝汽器壓力的升高。

發明內容

本發明的技術目的是在現有羅茨-水環真空泵機組的基礎上進行改進，制定一套新型的凝汽器羅茨-水環真空泵變頻控制抽氣系統及其控制方法，針對現有技術中存在的問題，以改善現有技術的不足。