多级蒸汽喷射式抽真空系统及其调节方法与流程

本发明涉及发电厂机组抽真空系统，尤其是涉及多级蒸汽喷射式抽真空系统及其调节方法。

背景技术：

抽真空系统作为电厂的重要辅机之一，其主要作用是在机组启动期间，使冷端凝汽器迅速建立真空，而在机组正常运行期间，能够维持凝汽器内部真空。目前电厂常用的抽真空设备为水环式真空泵，此套设备运行中易受工作液温度的影响，不但制约了抽气能力，而且易发生汽蚀，导致叶片产生裂纹或者断裂，影响机组运行安全，增加了检修维护费用。

另外由于真空泵自身的特点，其在维持机组真空时工作效率也偏低。申请号为201520433961.1的中国专利公开了一种火电机组的真空保持系统，其核心设备为水环式真空泵+罗茨泵的串联组合，该系统解决了水环真空泵汽蚀的问题，在一定程度上也提高了抽真空系统的效率，但抽吸湿空气易造成罗茨泵的乳化、内部腐蚀等故障，另外增加了旋转设备，维护工作量大。申请号为201420174151.4中国专利公开一种以蒸汽喷射器为核心部件的抽真空系统，该系统中采用了一级启动喷射器作为机组启动期间的建立真空，三个蒸汽喷射器通过两级串联用以维持机组高、低凝汽器真空。该系统通过采用蒸汽喷射器，避免了水环真空泵汽蚀的问题，保证了机组运行条件下的安全性。但就目前机组背压条件下，二级蒸汽喷射器串联效率偏差，而且采用固定式蒸汽喷射器组合在机组的变工况时偏离设计点运行，造成动力蒸汽用量偏大，效率较差，严重时偏离喷射器的工作范围，抽真空系统无法正常工作。

综上，现有技术中存在的主要问题在于：

1、水环真空泵抽真空系统噪音大、泵体易汽蚀，维护工作量大；

2、罗茨泵工作环境恶劣，泵体抽吸湿空气条件下易发生乳化及内部腐蚀；

3、目前的蒸汽喷射器抽真空系统变工况条件下的抽真空系统的运行效率低，动力蒸汽耗量大。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的上述问题，本发明提供了一种多级蒸汽喷射式抽真空系统及其调节方法。利用该系统，可以解决以下问题：

1、在此系统中由于喷射器属于无转动的机械部件，因此维护方便。

2、此系统耗大大降低了抽真空系统的耗电量。

3、变工况条件下，通过控制模块实现自调节，使真空系统始终处于高效工况下运行，节省动力蒸汽耗量。

为此，本发明了一种新型的抽真空系统及控制方法，该系统主要适用于目前在役机组的抽真空改造项目，为主机真空建立后的真空维持装置，与原真空系统互为备用；其特征在于：

所述系统主要包括蒸汽缓冲罐(2)、减温器(19)，可调式蒸汽喷射器ⅰ(3)、可调式蒸汽喷射器ⅱ(4)、固定式蒸汽喷射器(5)、与蒸汽喷射器相配套的三个蒸汽冷却装置(6、7、8)，疏水系统采用单级u型水封(9、10)和多级u型水封(11)，以及连接以上装置的阀门和管件；

当系统正常运行时，其具体的工作流程为主机抽汽通过蒸汽缓冲罐(2)稳压并经减温器喷水减温后，作为动力蒸汽分别进入可调式蒸汽喷射器ⅰ(3)、可调式蒸汽喷射器ⅱ(4)、固定式蒸汽喷射器(5)，三个蒸汽喷射器是串联的关系，可调式蒸汽喷射器ⅰ直接与凝汽器(1)连接，抽吸凝汽器内不凝结气体与动力蒸汽混合后进入第一级冷却装置(6)进行冷却，可调式蒸汽喷射器ⅱ与第一级冷却装置连接，抽吸其内不凝结气体与动力蒸汽混合后进入第二级冷却装置(7)，最后固定式蒸汽喷射器再把第二级冷凝装置中不凝结气体抽吸出来送入第三级冷却装置(8)进行冷却，充分冷却后不凝结气体排到大气中；

机组启动时，关闭乏汽进汽阀ⅰ(14)，开启乏汽进汽阀ⅱ(15)，原真空系统启动运行，机组建立真空后，关闭乏汽进汽阀ⅱ，开启乏汽进汽阀ⅰ、动力蒸汽进汽阀(13)、动力蒸汽调节阀(12)，投入冷却水系统，关闭原有真空系统，蒸汽喷射器抽真空系统投入运行；

此套抽真空系统采用可调式蒸汽喷射器+固定式蒸汽喷射器组合，可调式蒸汽喷射器ⅰ、可调式蒸汽喷射器ⅱ执行器的开度根据机组背压变化时通过控制模块进行调节。

根据本发明所述的抽真空系统，其特征在于：每级冷却装置的疏水采用单级u型水封。

根据本发明所述的抽真空系统，其特征在于：每级冷却装置的疏水采用疏水阀或者多级u型水封。

根据本发明所述的抽真空系统，其特征在于：

机组正常运行时，动力蒸汽取用主机抽汽，经蒸汽缓冲罐(2)减温稳压后保证蒸汽参数压力＝0.3～0.8mpa(abs.)，温度过热度＝10～20℃；动力蒸汽缓冲罐(2)本体上安装有压力变送器(17)，减温器(18)，热电阻(19)，压力变送器检测值通过控制模块作用于动力蒸汽调节阀(12)，热电阻检测值通过控制模块作用于减温水调节阀(20)，确保蒸汽喷射器动力蒸汽入口压力、温度不偏离设计值。

本发明还提供了一种所述的抽真空系统的调节方法，其特征在于：

当系统投入后，凝汽器压力处于p0≤p2,min时，系统采用三级喷射器串联的组合方式，关闭乏汽进汽阀ⅱ、乏汽进汽阀ⅲ，打开乏汽进汽阀ⅰ，三台蒸汽喷射器均投入运行；

随着凝汽器压力在此范围内波动时，通过控制模块调节可调式蒸汽喷射器ⅰ的执行机构，当某时刻背压pt增大到(1+a)p0时，计算理论换热系数和实际换热系数，判断是否满足，当满足此条件时，控制模块调节可调式蒸汽喷射器ⅰ的执行机构开度增大m，p0重置为此时刻的背压pt；若不满足，维持可调式蒸汽喷射器ⅰ的执行机构开度不变，同时p0重置为此时刻的背压pt；

当某时刻背压pt减小到(1-a)p0时，控制模块调节可调式蒸汽喷射器ⅰ的执行机构开度减小n，同时p0重置为此时刻的背压pt；

凝汽器压力处于p0＞p2,min时，系统采用两级级喷射器串联的组合方式，关闭动力蒸汽进汽阀(13)、乏汽进汽阀ⅱ，打开乏汽进汽阀ⅲ、乏汽进汽阀ⅰ，使凝汽器内被抽吸的不可凝气体经第一级冷却装置冷却后直接进入可调式蒸汽喷射器ⅱ，可调式蒸汽喷射器ⅰ停止工作，随着凝汽器压力在p2范围内波动时，通过控制模块调节可调式蒸汽喷射器ⅱ的执行机构。当某时刻背压pt增大到(1+a)p0时，计算理论换热系数k'和实际换热系数k，判断是否满足，当满足此条件时，控制模块调节可调式蒸汽喷射器ⅱ的执行机构开度增大m，p0重置为此时刻的背压pt；若不满足，维持可调式蒸汽喷射器ⅱ的执行机构开度不变，同时p0重置为此时刻的背压pt；当某时刻背压pt减小到(1-a)p0时，控制模块调节可调式蒸汽喷射器ⅱ的执行机构开度减小n，同时p0重置为此时刻的背压pt；

其中定义p0为初始时刻凝汽器的背压值，pt为t时刻凝汽器的背压值，m，n为可调式蒸汽喷射器执行机构每次动作开度的大小，a，b均为t时刻凝汽器背压pt较初始背压p0的偏差率，且满足下述公式：

c为t时刻理论换热系数k'与实际换热系数k的偏差率，且满足下述公式：

k'、k的计算应满足下列公式：

k'＝k0f(β,βw,βt,βz,βd)

式中：k'—计算的理论换热系数，k0—基本换热系数，β—考虑冷却表面清洁状况和冷凝管材料及壁厚的系数，βw,βt,βz,βd—考虑冷却介质流速、冷却介质温度、冷却介质流程数、蒸汽负荷率等影响的修正系数；k—实际计算的换热系数，h”—排汽焓值，hs—疏水焓值，a-换热面积，δtm-平均传热温差；

系统调节时，满足公式：0＜a≤0.1，0＜b≤0.1，0＜n≤m≤5％，0＜c≤min(a,b)

定义p1,max为可调式蒸汽喷射器ⅰ正常工作时最大的吸入口压力，p2,min为可调式蒸汽喷射器ⅱ正常工作时最小的吸入口压力，且满足p2,min＜p1,max。

相对于现有技术，本发明获得了以下优点：

1、维护简便；

2、耗电量低；

3、噪音低，抽吸能力稳定；

4、可良好适应主机工况的变化，具有良好的节能效益。

附图说明

图1是本发明的系统的示意图；

图2是可调式喷嘴开度调节逻辑示意图

图中，1-主机凝汽器；2-蒸汽缓冲罐；3-可调式蒸汽喷射器ⅰ；4-可调式蒸汽喷射器ⅱ；5-固定式蒸汽喷射器；6-第一级冷却装置；7-第二级冷却装置；8-第三级冷却装置；9-u型水封ⅰ；10-u型水封ⅱ；11-多级u型水封；12-动力蒸汽调节阀；13-动力蒸汽进汽阀；14-乏汽进汽阀ⅰ；15-乏汽进汽阀ⅱ；16-乏汽进汽阀ⅲ；17-压力变送器；18-热电阻；19-减温器；20-减温水调节阀。p0-初始凝汽器背压，pt-t时刻凝汽器背压，a,b-机组背压变化量，c-换热系数变化量，m,n-执行器开度变化量，k’-理论换热系数，k-实际换热系数，y-满足条件，n-不满足条件，p2,min—可调式蒸汽喷射器ⅱ正常工作时最小的吸入口压力。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的描述，本发明提供了一种多级蒸汽喷射式抽真空系统及其调节方法。利用该系统，可以解决以下问题：

1、在此系统中由于喷射器属于无转动的机械部件，因此维护方便。

2、此系统耗大大降低了抽真空系统的耗电量。

3、变工况条件下，通过控制模块实现自调节，使真空系统始终处于高效工况下运行，节省动力蒸汽耗量。

为此，本发明了一种新型的抽真空系统及控制方法，该系统主要适用于目前在役机组的抽真空改造项目，为主机真空建立后的真空维持装置，与原真空系统互为备用；其特征在于：

所述系统主要包括蒸汽缓冲罐(2)、减温器(19)，可调式蒸汽喷射器ⅰ(3)、可调式蒸汽喷射器ⅱ(4)、固定式蒸汽喷射器(5)、与蒸汽喷射器相配套的三个蒸汽冷却装置(6、7、8)，疏水系统采用单级u型水封(9、10)和多级u型水封(11)，以及连接以上装置的阀门和管件；

当系统正常运行时，其具体的工作流程为主机抽汽通过蒸汽缓冲罐(2)稳压并经减温器喷水减温后，作为动力蒸汽分别进入可调式蒸汽喷射器ⅰ(3)、可调式蒸汽喷射器ⅱ(4)、固定式蒸汽喷射器(5)，三个蒸汽喷射器是串联的关系，可调式蒸汽喷射器ⅰ直接与凝汽器(1)连接，抽吸凝汽器内不凝结气体与动力蒸汽混合后进入第一级冷却装置(6)进行冷却，可调式蒸汽喷射器ⅱ与第一级冷却装置连接，抽吸其内不凝结气体与动力蒸汽混合后进入第二级冷却装置(7)，最后固定式蒸汽喷射器再把第二级冷凝装置中不凝结气体抽吸出来送入第三级冷却装置(8)进行冷却，充分冷却后不凝结气体排到大气中；

机组启动时，关闭乏汽进汽阀ⅰ(14)，开启乏汽进汽阀ⅱ(15)，原真空系统启动运行，机组建立真空后，关闭乏汽进汽阀ⅱ，开启乏汽进汽阀ⅰ、动力蒸汽进汽阀(13)、动力蒸汽调节阀(12)，投入冷却水系统，关闭原有真空系统，蒸汽喷射器抽真空系统投入运行；

此套抽真空系统采用可调式蒸汽喷射器+固定式蒸汽喷射器组合，可调式蒸汽喷射器ⅰ、可调式蒸汽喷射器ⅱ执行器的开度根据机组背压变化时通过控制模块进行调节。

根据本发明所述的抽真空系统，其特征在于：每级冷却装置的疏水采用单级u型水封。

根据本发明所述的抽真空系统，其特征在于：每级冷却装置的疏水采用疏水阀或者多级u型水封。

根据本发明所述的抽真空系统，其特征在于：

机组正常运行时，动力蒸汽取用主机抽汽，经蒸汽缓冲罐(2)减温稳压后保证蒸汽参数压力＝0.3～0.8mpa(abs.)，温度过热度＝10～20℃；动力蒸汽缓冲罐(2)本体上安装有压力变送器(17)，减温器(18)，热电阻(19)，压力变送器检测值通过控制模块作用于动力蒸汽调节阀(12)，热电阻检测值通过控制模块作用于减温水调节阀(20)，确保蒸汽喷射器动力蒸汽入口压力、温度不偏离设计值。

本发明还提供了一种所述的抽真空系统的调节方法，其特征在于：

当系统投入后，凝汽器压力处于p0≤p2,min时，系统采用三级喷射器串联的组合方式，关闭乏汽进汽阀ⅱ、乏汽进汽阀ⅲ，打开乏汽进汽阀ⅰ，三台蒸汽喷射器均投入运行；

随着凝汽器压力在此范围内波动时，通过控制模块调节可调式蒸汽喷射器ⅰ的执行机构，当某时刻背压pt增大到(1+a)p0时，计算理论换热系数和实际换热系数，判断是否满足，当满足此条件时，控制模块调节可调式蒸汽喷射器ⅰ的执行机构开度增大m，p0重置为此时刻的背压pt；若不满足，维持可调式蒸汽喷射器ⅰ的执行机构开度不变，同时p0重置为此时刻的背压pt；

当某时刻背压pt减小到(1-a)p0时，控制模块调节可调式蒸汽喷射器ⅰ的执行机构开度减小n，同时p0重置为此时刻的背压pt；

凝汽器压力处于p0＞p2,min时，系统采用两级级喷射器串联的组合方式，关闭动力蒸汽进汽阀(13)、乏汽进汽阀ⅱ，打开乏汽进汽阀ⅲ、乏汽进汽阀ⅰ，使凝汽器内被抽吸的不可凝气体经第一级冷却装置冷却后直接进入可调式蒸汽喷射器ⅱ，可调式蒸汽喷射器ⅰ停止工作，随着凝汽器压力在p2范围内波动时，通过控制模块调节可调式蒸汽喷射器ⅱ的执行机构。当某时刻背压pt增大到(1+a)p0时，计算理论换热系数和实际换热系数，判断是否满足，当满足此条件时，控制模块调节可调式蒸汽喷射器ⅱ的执行机构开度增大m，p0重置为此时刻的背压pt；若不满足，维持可调式蒸汽喷射器ⅱ的执行机构开度不变，同时p0重置为此时刻的背压pt；当某时刻背压pt减小到(1-a)p0时，控制模块调节可调式蒸汽喷射器ⅱ的执行机构开度减小n，同时p0重置为此时刻的背压pt；

其中定义p0为初始时刻凝汽器的背压值，pt为t时刻凝汽器的背压值，m，n为可调式蒸汽喷射器执行机构每次动作开度的大小，a，b均为t时刻凝汽器背压pt较初始背压p0的偏差率，且满足下述公式：

c为t时刻理论换热系数k'与实际换热系数k的偏差率，且满足下述公式：

k'、k的计算应满足下列公式：

k'＝k0f(β,βw,βt,βz,βd)

式中：k'—计算的理论换热系数，k0—基本换热系数，β—考虑冷却表面清洁状况和冷凝管材料及壁厚的系数，βw,βt,βz,βd—考虑冷却介质流速、冷却介质温度、冷却介质流程数、蒸汽负荷率等影响的修正系数；k—实际计算的换热系数，h”—排汽焓值，hs—疏水焓值，a-换热面积，δtm-平均传热温差；

系统调节时，满足公式：0＜a≤0.1，0＜b≤0.1，0＜n≤m≤5％，0＜c≤min(a,b)

定义p1,max为可调式蒸汽喷射器ⅰ正常工作时最大的吸入口压力，p2,min为可调式蒸汽喷射器ⅱ正常工作时最小的吸入口压力，且满足p2,min＜p1,max。

相对于现有技术，本发明获得了以下优点：

1、维护简便；

2、耗电量低；

3、噪音低，抽吸能力稳定；

4、可良好适应主机工况的变化，具有良好的节能效益。

实例分析：

目前电厂真空严密性一般控制得较好，但基于机组安全性问题，抽真空设备得选型会以较差的严密性条件下作为设计工况进行设计，因此，对于固定式多级蒸汽喷射抽真空系统而言，在机组正常运行条件下，抽吸能力要远大于实际漏入空气量，浪费了较多的动力蒸汽用量，造成了不必要的能量损失。

以某电厂抽真空系统为例，对比设计工况、真空严密性300pa/min、200pa/min、100pa/min条件下进行计算分析如下：

目前机组的真空严密性一般均能控制在200pa/min以内，较好的机组能控制在100pa/min以内，由上表可以看出，采用可调式+固定式多级蒸汽喷射抽真空系统，较采用固定式节能量明显。