一种凝汽器抽真空系统集成装置及其真空维持方法和应用与流程

本发明涉及凝汽器抽真空系统，尤其涉及一种凝汽器抽真空系统集成装置及其真空维持方法和应用。

背景技术：

一般来说，电厂发电设备内形成稳定的真空需要凝汽器和真空泵的共同作业。凝汽器正常运行特点是，水蒸气进入凝汽器冷却变成冷凝水，形成真空。但难以避免系统内会漏入空气，空气在常温下是不凝结气体，会增大换热热阻，阻碍冷凝器内水蒸气的冷凝换热，降低机组的运行效率，所以必须使用抽真空装置，将不凝气抽出来。

现行的真空泵大多使用的是水环泵真空泵，而设计部门在设计选型时，主要考虑快速启机的响应速度(30分钟内达到启机要求的真空值)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余量，建立真空与维持真空混为一谈，因此，把建立真空的真空泵用作维持真空将耗费较多能量，经济性低。另外，水环式真空泵自身的特性决定了它的效率较低，其总效率一般低于35％，效率低。除此之外，水环真空泵在运转中，汽蚀影响大，长时间运行易导致叶片的断裂，威胁机组的安全运行。

亟需寻找一种功耗小，抽气效率高，无汽蚀，结构简单，安全可靠，易于电厂改造的凝汽器的抽真空系统。专利申请号201310040062.0公开了一种离心射流真空泵，即一种“离心泵+射流泵”的高度集成装置，将典型的连续性工作喷射抽气过程向脉冲式喷射过程转变，脉冲射流具有的惯性力提高了射流泵工作压力，提高了吸气能力。使用离心射流真空泵取代或配合现有基于射水抽气器或水环真空泵的真空系统，具有显著的经济效益。

但是离心射流真空泵在电厂凝汽器冷端高真空建立和维持中也会部分受制于工作水的温度，工作水温度升高时，真空泵性能、出力急剧下降，极限真空值降低，无法从凝汽器内抽取气体，进而导致凝汽器真空下降，造成机组经济性降低。所以迫切需要通过一种既能满足工作水温稳定，又能满足结构紧凑，可无需对电厂进行大量工程改造的集成装置。

技术实现要素：

当电厂采用二次循环的供水方式时，电厂冷端需进行真空改造，以提升冷端真空度，针对这种情景，本发明提出了一种凝汽器抽真空系统集成装置及其真空维持方法和应用。

本发明所提出的凝汽器抽真空系统集成装置是一种闭式循环解决方案，其主要技术方案是将离心射流真空泵和汽水分离冷却罐集成为一体，离心射流真空泵和汽水分离冷却管安装到同一底座，利用汽水分离冷却罐中的水循环使用，用作离心射流真空泵工作水，并利用电厂现有冷却水管路对离心射流真空泵工作水进行降温，极大节约了凝汽器真空节能改造过程中复杂的工程改造，抑或建设水池等工程，整机结构紧凑，安装便捷。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的第一个方面是提供一种凝汽器抽真空系统集成装置，包括凝汽器、分别与所述凝汽器汽室的空气抽出口连接的启动真空泵和离心射流真空泵，所述离心射流真空泵用于联合或取代所述启动真空泵完成所述凝汽器真空系统的建立和维持。

进一步地，在所述的凝汽器抽真空系统集成装置上，所述离心射流真空泵采用离心射流脉冲式喷射抽真空装置，其是包括离心机、抽气室和喷射管的高度集成装备，所述抽气室的抽气进口与所述凝汽器汽室的空气抽出口连接。

进一步地，在所述的凝汽器抽真空系统集成装置上，所述离心射流真空泵的吸入室内安装有叶轮分配器、方形导叶和叶轮，所述吸入室与所述抽气室连通且一体成型，所述叶轮分配器一侧开口，该开口与所述方形导叶的入口相连接，所述方形导叶的出口与所述叶轮的入口相对应，所述叶轮上安装多个叶片，相邻所述叶片之间形成喷嘴，由所述离心机驱动所述叶轮高速旋转，将工作水经叶轮分配器、方形导叶和叶轮从所述喷嘴中形成非连续射流进入所述抽气室内。

进一步地，在所述的凝汽器抽真空系统集成装置上，还包括与所述离心射流真空泵的进水管和出水管相连接的汽水分离冷却罐。

进一步优选地，在所述的凝汽器抽真空系统集成装置上，所述汽水分离冷却罐上设置有不凝气出口和溢水口。

进一步优选地，在所述的凝汽器抽真空系统集成装置上，在所述汽水分离冷却罐内装设有热交换器，所述热交换器的冷却水进水管和冷却水出水管分别与电厂冷却水的进出水管相连接。

进一步较为优选地，在所述的凝汽器抽真空系统集成装置上，所述热交换器横向设置在所述汽水分离冷却罐中部，所述热交换器下部与所述汽水分离冷却罐的罐体底部之间横向设置有减速孔板。

进一步更为优选地，在所述的凝汽器抽真空系统集成装置上，所述汽水分离冷却罐内自左到右依次纵向设置有上折流板和下折流板，所述热交换器贯穿于所述上折流板和下折流板设置，所述上折流板的顶端与罐体顶部不接触连接，所述上折流板的下端止于所述减速孔板，所述下折流板的上端低于所述上折流板，所述下折流板的底端止于罐体底部。

进一步更为优选地，在所述的凝汽器抽真空系统集成装置上，所述上折流板和下折流板将罐体的内部自左到右依次分为第一分离换热区、第二分离换热区和换热集水区，所述第一分离换热区与所述气液混合物进口连通，所述换热集水区底部与出水管连通，使得气液混合物依次通过第一分离换热区、第二分离换热区和换热集水区分别进行多次换热和气液分离后，降温和气液分离后的从罐体底部的出水管输送给所述离心射流真空泵用作循环工作水。

进一步更为优选地，在所述的凝汽器抽真空系统集成装置上，所述气液混合物进口正下方位置设置有挡流板，所述挡流板宽度略大于所述气液混合物进口的直径。

进一步更为优选地，在所述的凝汽器抽真空系统集成装置上，所述减速孔板46为表面均匀钻设有通孔的平板。

进一步地，在所述的凝汽器抽真空系统集成装置上，所述汽水分离冷却罐40和所述离心射流真空泵安装在同一底座上。

进一步地，在所述的凝汽器抽真空系统集成装置上，所述启动真空泵为水环式真空泵、射水式真空泵或射汽式真空泵。

进一步地，在所述的凝汽器抽真空系统集成装置上，在所述凝汽器10的汽室和所述启动真空泵之间的管道上设置有第一逆止阀；在所述凝汽器10的汽室和所述离心射流真空泵之间的管道上设置有第二逆止阀。

本发明的第二个方面是提供一种凝汽器抽真空系统集成装置的真空维持方法，包括如下步骤：

步骤1，将离心射流真空泵和启动真空泵联合启动并行工作，以相互配合的方式对凝汽器进行抽真空，直至凝汽器的汽室内的真空形成；

步骤2，关闭所述启动真空泵，由所述离心射流真空泵继续对所述凝汽器的汽室进行抽真空；

步骤3，利用电厂内冷却水系统对所述离心射流真空泵的工作水进行循环换热，使工作水维持在较低水温；

步骤4，再利用换热后的低温工作水通过所述离心射流真空泵对所述凝汽器的汽室进行持续抽真空，完成所述凝汽器真空系统的建立和维持。

进一步地，在所述凝汽器抽真空系统集成装置的真空维持方法的步骤2中，在凝汽器的汽室内的真空压力达到30kPa时启动真空泵退出运行，并关闭启动真空泵管上逆止阀的阀门。

进一步地，在所述凝汽器抽真空系统集成装置的真空维持方法的步骤3中，所述利用电厂内冷却水系统对所述离心射流真空泵的工作水进行循环换热具体方法是：另设一用于为离心射流真空泵提供循环工作水的汽水分离冷却罐，并在汽水分离冷却罐内装设以与电厂内冷却水系统连接的热交换器，通过热交换器实现电厂内冷却水与循环工作水的热交换。

本发明的第三个方面是提供一种上述所述的凝汽器抽真空系统集成装置在电厂自由冷却水管路冷端真空改造中的应用，其无需另设水池或水循环系统。

在电厂自由冷却水管路冷端真空改造中，利用电厂现有冷却水管路装设本发明的凝汽器抽真空系统集成装置，极大节约了凝汽器真空节能改造过程中复杂的工程改造，抑或建设水池等工程，整机结构紧凑，安装便捷；既能解决离心射流真空泵在电厂冷端凝汽器的真空建立及维持问题，可实现真空度高，抽气量大的功能，又能提高火电厂真空系统的安全性问题；离心射流真空系统作为凝汽器真空系统的维持，在同样的工况下较以前真空泵运行电耗降低60-70％，用于现有电厂冷端节能改造具备极大竞争力。

本发明采用上述技术方案，与常规抽真空系统相比相比，具有如下技术效果：

本发明的凝汽器抽真空系统集成装置，采用闭式系统，将抽真空系统紧凑整体化布置，并将离心射流真空泵和汽水分离冷却器配合，循环使用汽水分离冷却罐中的工作水，并在汽水分离冷却罐中加装热交换器使水温维持在一定范围；热交换器内使用电厂二次循环供水作为冷却水，保持离心射流真空泵的工作水温在一定范围，同时实现系统的集成布置；利用冷却水进入汽水分离冷却罐，与离心射流式真空泵的工作液体进行换热，降低离心射流真空泵工作水的温度，提高离心射流真空泵的极限真空值，增加凝汽器的抽吸气体，提高凝汽器的换热效率，降低工作噪音；此外由于系统集成设计，本装置还具有结构紧凑，占地面积小，安装快捷的优点，易于投入使用。

附图说明

图1为本发明一种凝汽器抽真空系统集成装置的结构示意图；

图2为本发明所采用的离心射流真空泵的结构示意图；

图3为本发明所采用的汽水分离冷却罐的结构示意图。

其中，10-凝汽器，20-启动真空泵，30-离心射流真空泵，31-离心机，32-抽气室，33-喷射管，34-吸入室，35-叶轮分配器，36-方形导叶，37-叶轮，38-叶片，40-汽水分离冷却罐，41-不凝气出口，42-溢水口，43-热交换器，44-冷却水出水管，45-冷却水进水管，46-减速孔板，47-上折流板，48-下折流板，49-挡流板。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本发明，但是下述实施例并不限制本发明范围。

本发明的凝汽器抽真空集成装置，将离心射流真空泵和汽水分离冷却罐组装在一起，实现高度集成。具体地，通过调节逆止阀的开闭为凝汽器建立和维持真空；并通过增加汽水分离冷却罐，利用电厂二次循环供水，实现对离心射流真空泵工作水的冷却，提高离心射流真空泵的真空极限值，增大对凝汽器不凝气的抽吸量；同时汽水分离冷却罐和离心射流真空泵组装在一起，噪音震动小，安装快捷；直接利用电厂现有二次冷却水管路对汽水分离冷却罐中工作水进行冷却，无需另设冷却水池；该装置本身是一种闭式循环装置，实现了抽真空系统紧凑化整体化布置；具备安装简单，抽气量大，工程改造量少，利于电厂凝汽器真空系统的节能改造，可用于660MW以下的机组。

如图1所示，本实施例提供了一种凝汽器抽真空系统集成装置，包括凝汽器10、分别与凝汽器10汽室的空气抽出口连接的启动真空泵20和离心射流真空泵30，离心射流真空泵30用于联合或取代启动真空泵20完成凝汽器10真空系统的建立和维持；其中，离心射流真空泵30采用离心射流脉冲式喷射抽真空装置，其包括依次连接的离心机31、抽气室32和喷射管33，抽气室32的抽气进口与凝汽器10汽室的空气抽出口连接，离心射流真空泵30的进、出水管与汽水分离冷却罐40相连接，汽水分离冷却罐40中装有与离心射流真空泵正常运行相匹配的水。

本实施例凝汽器抽真空系统集成装置的具体工作过程为：预先使用离心射流真空泵30和启动真空泵20配合的方式对凝汽器10抽真空，在冷凝器压力达到30kPa时启动真空泵20退出运行，并关闭启动真空泵20管上阀门；而离心射流真空泵30继续投入运行，用于凝汽器10运行真空的建立和后续的真空维持；离心射流真空泵10的进水管和出水管与汽水分离冷却罐40相连接，汽水分离冷却罐40中装有与离心射流真空泵相匹配的工作水，且在汽水分离冷却罐40中加装了热交换器43，热交换器43进出口与电厂冷却水进出水管相连接，从而利用厂内冷却水系统将离心射流泵的工作水维持在较低水温。

于上述技术方案的基础上，本实施例所采用的离心射流真空泵30可以是常规离心泵通过管道与射流泵连接的组合装置；如图1所示，所采用的汽水分离冷却罐40，内部加装有热交换器43、并设有不凝气出口41和溢水口42，其中，溢水口42的作用是维持不变的水面；其中不凝气出口41作用是凝汽器10中抽离的空气的排出口。

作为本发明的一个优选地实施例，离心射流真空泵30是一种如图2所示的“离心泵+射流泵”的高度集成装置，不连续的射流流束之间的间隙起了一般容积式泵抽气的作用，可实现更高真空、更高效率的运行，其脉冲射流独具的惯性力使得抽气能力大。具体地，该离心射流真空泵30的吸入室34内安装有叶轮分配器35、方形导叶36和叶轮37，吸入室34与抽气室32连通且一体成型，叶轮分配器35一侧开口，该开口与方形导叶36的入口相连接，方形导叶36的出口与叶轮37的入口相对应，叶轮37上安装多个叶片38，相邻叶片38之间形成喷嘴，此外，叶轮37环心一端由一圆形孔板封闭，另一端敞开，叶轮分配器35和方形导叶36依次通过叶轮37的敞开口放入，离心机31转动轴与圆形孔板连接，而叶轮分配器35和方形导叶36固定在泵体上，由离心机31驱动叶轮37高速旋转，将工作水经叶轮分配器35、方形导叶36和叶轮37从喷嘴中形成非连续射流进入抽气室32内。

作为本实施例的一个优选技术方案，工作水从吸入室34进入抽气室32内的角度方向与进入抽气室32的角度与叶轮37的转速和叶片38之间的流道形状相关，为使离心射流真空泵30的效率最大化，应使工作水进入抽气室32的方向与喷射管33的轴线平行或重合，且喷射管33为水平设置。

作为本实施例的一个优选技术方案，方形导叶36的中心线与水平面的夹角α在45±4°范围内，其中顺时针转动为正值，逆时针转动为负值，以保证叶轮5的进流角在±10°范围内，减小叶轮4前缘位置的工作水流损失，从而保证脉冲射流真空泵具有最大射流量。

作为本实施例的一个优选技术方案，方形导叶36的进水口与出水口的面积之比为1:1-2，优选地方形导叶3的进水口与出水口面积之比为1:1.6-2，方形导叶36的进水口和/或出水口为锥形或流线形或由直段和锥段组成，或将方形导叶36的进水口和/或出水口加工为锥形或流线形。

作为本实施例的一个优选技术方案，叶片38为直叶片，数量为15-35片。优选地也可根据脉冲频率调整叶片数量，如为降低工作水喷射的脉冲频率将叶片38的数量设置为10-15片，或为了增大工作水喷射的脉冲频率将叶片6的数量设置为25-40片；叶片38的内弧和背弧均为流线型或均由直线段和弧段组成。

作为本实施例的一个优选技术方案，抽气室32右侧的入口为椭圆形，与吸入室34的出口相连，抽气室32左侧的出口为圆形，抽气室32的长度为抽气室32出口直径的1-5倍，优选地，抽气室32的长度为抽气室32出口直径的3-4.5倍，用于使工作水和被抽吸水在抽气室32内充分混合均匀，并减小混合水在抽气室32内的压力损失。

作为本实施例的一个优选技术方案，喷射管33是依次由收缩段331、平直段332和扩散段333三部分组成，且所收缩段、平直段和扩散段为同轴且水平连接。为了提高脉冲射流真空泵的性能，由收缩段和平直段扩散段组成的喷射管33采用同轴水平安装，既能使两股流体在收缩段和平直段内混合均匀，又能使用较短的混合长度，以减少混合水流与喷射管33之间的摩阻损失。

作为本发明的另一个较为优选的实施例，本实施例的凝汽器抽真空系统集成装置中还包括与离心射流真空泵30的进水管和出水管相连接的汽水分离冷却罐40，如图3所示结构，且在汽水分离冷却罐40上设置有不凝气出口41和溢水口42，在汽水分离冷却罐40内装设有热交换器43，热交换器43的冷却水进水管45和冷却水出水管44分别与电厂冷却水的进出水管相连接。

作为本实施例的一个优选技术方案，如图3所示，热交换器43横向设置在汽水分离冷却罐40中部，热交换器43下部与汽水分离冷却罐40的罐体底部之间横向设置有减速孔板46，急速流动的气液混合物在穿过减速孔板46时，减速孔板46起到了抵消气液混合物动能的作用，由于气液惯性差异较大，液体不能及时跟随气流变向，使得部分被重力分离为分离气体和分离液体，分离液体经热交换器43换热后可重新作为离心射流真空泵30的工作水循环使用。

作为本实施例的一个优选技术方案，如图3所示，汽水分离冷却罐40内自左到右依次纵向设置有上折流板47和下折流板48，热交换器43贯穿于上折流板47和下折流板48横向设置；为便于分离后的气体排出，上折流板47的顶端与罐体顶部不接触连接，即上折流板47的顶端与留有罐体的顶部一定的距离；上折流板47的下端止于减速孔板46，下折流板48的上端低于上折流板47，下折流板48的底端止于罐体底部，用于改变气液混合物的流向。上折流板47和下折流板48将罐体的内部自左到右依次分为第一分离换热区a、第二分离换热区b和换热集水区c，第一分离换热区a与气液混合物进口连通，换热集水区c底部与出水管16连通，使得气液混合物依次通过第一分离换热区a、第二分离换热区b和换热集水区c分别进行多次换热和气液分离后，降温和气液分离后的从罐体底部的出水管输送给离心射流真空泵30用作循环工作水。

作为本实施例的一个优选技术方案，气液混合物进口正下方位置设置有挡流板49，挡流板49宽度略大于气液混合物进口的直径。在凝汽器抽真空系统集成装置上，减速孔板46为平板且表面均匀钻设有通孔。挡流板49和减速孔板46的设置是为了进一步加快气液混合物中气液的分离。

作为本实施例的一个优选技术方案，在该凝汽器抽真空系统集成装置上，汽水分离冷却罐40和离心射流真空泵30安装在同一底座上。所采用的启动真空泵20为水环式真空泵、射水式真空泵或射汽式真空泵。

作为本实施例的一个优选技术方案，在该凝汽器抽真空系统集成装置上，在凝汽器10的汽室和启动真空泵20之间的管道上设置有第一逆止阀；在凝汽器10的汽室和离心射流真空泵30之间的管道上设置有第二逆止阀。

本发明凝汽器抽真空系统集成装置的真空建立和维持方法，具体通过如下操作方式实现：步骤1，将离心射流真空泵30和启动真空泵20联合启动，以相互配合的方式对凝汽器10进行抽真空，直至凝汽器10的汽室内的真空形成；其中，启动真空泵和离心射流真空泵并行工作，是为了加速凝汽器真空的形成，减少启动时间；步骤2，关闭启动真空泵20，由离心射流真空泵30继续对凝汽器10的汽室进行抽真空；步骤3，利用电厂内冷却水系统对离心射流真空泵30的工作水进行循环换热，使工作水维持在较低水温；步骤4，再利用换热后的低温工作水通过离心射流真空泵30对凝汽器10的汽室进行持续抽真空，完成凝汽器10真空系统的建立和维持。

在凝汽器抽真空系统集成装置的真空建立和维持方法的步骤2中，在凝汽器10的汽室内的真空压力达到30kPa时启动真空泵退出运行，并关闭启动真空泵管上逆止阀的阀门；步骤3中，利用电厂内冷却水系统对离心射流真空泵30的工作水进行循环换热具体方法是：另设一用于为离心射流真空泵30提供循环工作水的汽水分离冷却罐40，并在汽水分离冷却罐40内装设以与电厂内冷却水系统连接的热交换器43，通过热交换器43实现电厂内冷却水与循环工作水的热交换。

本发明的凝汽器抽真空系统集成装置主要应用于电厂自由冷却水管路冷端真空改造中，其无需另设水池或水循环系统，其利用电厂现有冷却水管路装设本发明的凝汽器抽真空系统集成装置，极大节约了凝汽器真空节能改造过程中复杂的工程改造，抑或建设水池等工程，整机结构紧凑，安装便捷；既能解决离心射流真空泵在电厂冷端凝汽器的真空建立及维持问题，可实现真空度高，抽气量大的功能，又能提高火电厂真空系统的安全性问题；离心射流真空系统作为凝汽器真空系统的维持，在同样的工况下较以前真空泵运行电耗降低60-70％，用于现有电厂冷端节能改造具备极大竞争力。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。