CN201225296Y - 一种可提高凝汽式汽轮机效率的水环真空泵 - Google Patents
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Abstract
一种可提高凝汽式汽轮机效率的水环真空泵，其技术方案是，构成中包括水环真空泵、制冷设备、汽水分离器和相应的连接管路，所述水环真空泵的抽气端经气体吸入管连通汽轮机的凝汽器，排气端与汽水分离器连通，水环真空泵的密封端与工作液供给管连通，所述工作液供给管和气体吸入管处分别设置工作液换热器和气体换热器进行冷却，所述工作液换热器和气体换热器内流动由制冷设备提供的冷冻水。本实用新型可使吸入的不凝性气体中的水蒸气部分凝结，可提高凝汽器的真空度并进而提高汽轮机的效率，减少电耗；通过闭式冷冻水循环来冷却水环真空泵工作液和吸入口的气态混合物，避免制冷工质与工作液直接换热，解决铜管腐蚀及使用寿命的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种改进的真空泵系统，特别是用于汽轮机的水环真空泵，属流体泵技术领域。
背景技术
从热力学观点看，火力发电机组凝汽器真空度每下降1％，发电热耗就上升1％，发电效率降低1％。以200MW机组为例，新蒸汽压力降低0.49MPa，仅使发电热耗上升21kJ/kW·h，而真空下降0.98kPa，热耗则增大50kJ/kW·h～63kJ/kW·h。一般来说，在进汽温度不变的情况下，若排汽温度下降10℃，机组的装置效率可提高3.5％，由此可见，凝汽器真空度对机组性能影响非常显著。
为了保证凝汽器真空，火力发电机组凝汽器一般都装有抽真空装置用来除去系统运行过程中由于各种原因进入凝汽器的不凝性气体。目前应用比较多的是水环真空泵，其叶轮偏心地安装在泵体内，起动时向泵内注入一定高度的水作为工作液，当叶轮旋转时，水受离心力的作用在泵体内壁形成一旋转的封闭水环，水环上部内表面与轮毂相切，水环的下部内表面刚好与叶片顶端接触。此时叶轮轮毂与水环之间形成一个月牙形空间，而这一空间又被叶轮分成与叶片数目相等的若干个小腔。在叶轮选装过程中，各个小腔分别进行吸气、压缩和排气等过程。叶轮每旋转一周，叶片间空间(小腔)吸、排气一次，若干小腔不停地工作，如此往复，泵就连续不断地抽吸或压送气体。在工作过程中，必须不断地给泵供水，以冷却和补充泵内消耗的水，满足泵的工作要求。泵排气口一端接有汽水分离器，废气和所带的部分水排入汽水分离器后，气体由排气管排出，水由于重力作用留在分离器内并经回水管供至泵内循环使用。由于在工作过程中，做功产生热量，会使工作水环发热，另外从凝汽器抽气中约2/3是水蒸气，水蒸气凝结时也会放出潜热，因此，随着工作时间的延长，工作液温度会不断地升高，而工作液温度升高会造成真空泵中的水汽化，真空泵因抽吸自身工质汽化产生的气体，挤占真空泵抽气量，造成真空泵出力严重不足。因此需要对工作液进行冷却，保证泵能达到所要求的技术要求和性能指标。目前工作液一般采用凝汽器循环冷却水冷却，但循环冷却水温度受气候影响，夏天因冷却水温度升高，水环真空泵工作液温度也升高，使真空泵出力下降，凝汽器真空度下降，机组热耗增加。
为了保证水环真空泵工作液在理想的温度范围内，可设法冷却工作液，中国专利ZL200620052506.8号(名称为：“一种水循环式真空泵的冷却装置”)对此技术进行了公开，但该技术存有下述问题：1.水环真空泵的进气部位缺乏有效冷却措施，导致吸气容积中不凝性气体的比例较低，水环真空泵单位抽气容积中水蒸气占多数，因此保证同样真空度需要选择抽气量比较大的水环真空泵，耗电量较大；2.水环真空泵工作液直接进入制冷装置与制冷装置的工质进行换热，这种制冷工质与工作液直接换热的方式容易引发制冷设备损坏，其原因如下：电厂为防止锅炉炉前系统腐蚀，要求将给水pH值调节在8.8～9.3之间。作为理想碱性调节剂，常用的是氨水或液氨，另外锅炉给水化学除氧经常用联氨，联氨遇热会分解成氨和氮气。氨水对铜表面产生腐蚀氧化生成铜氨络离子，氨水中的溶解氧也会对铜进行腐蚀。腐蚀严重时会导致铜管穿孔、折断与泄漏，严重影响系统的安全运行，因此目前很多火力发电站已经将原来低压加热器或凝汽器中的铜管改造成为钛管或不锈钢管，从而减少氨对铜管的腐蚀以及对系统安全的威胁。从水环真空泵吸入口吸入的是空气、水蒸气和氨的混合物，因此水环真空泵工作液也因为氨的存在呈碱性。而在制冷系统中，管道的连接和换热设备等用的最多的就是铜管，因此如果制冷工质与工作液直接换热会引起铜管腐蚀，影响设备安全运行。
发明内容
本实用新型用于克服现有技术之缺陷而提供一种可以不受气候条件限制保证凝汽器真空度的可提高凝汽式汽轮机效率的水环真空泵。
本实用新型所述问题是由以下技术方案解决的：
一种可提高凝汽式汽轮机效率的水环真空泵，构成中包括水环真空泵、制冷设备、汽水分离器和相应的连接管路，所述水环真空泵的抽气端经气体吸入管连通汽轮机的凝汽器，排气端与汽水分离器连通，水环真空泵的密封端与工作液供给管连通，其特别之处是：所述工作液供给管和气体吸入管处分别设置工作液换热器和气体换热器进行冷却，所述工作液换热器和气体换热器内流动由制冷设备提供的冷冻水。
上述可提高凝汽式汽轮机效率的水环真空泵，所述制冷设备、冷冻水循环管路、工作液换热器、气体换热器形成闭式循环，所述冷冻水循环管路内设有冷冻水泵，冷冻水循环管路的两个分支管路分别通过工作液换热器和气体换热器。
上述可提高凝汽式汽轮机效率的水环真空泵，所述工作液供给管管路内设有循环冷却水换热器，工作液换热器与其并联设置，循环冷却水管路通过循环冷却水换热器。
上述可提高凝汽式汽轮机效率的水环真空泵，所述制冷设备由依次连通的制冷压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器组成，所述冷冻水循环管路通过蒸发器。
本实用新型针对现有冷却装置对于水环真空泵进气部位缺乏有效冷却的问题进行了改进，其主要特点如下：1.在水环真空泵进气口设置气体换热器，使得吸入水蒸气和不凝性气体中的水蒸气部分凝结，从而增加单位吸气容积中不凝性气体的比例，这样在保证同样真空度的前提下可以选用更小型号的水环真空泵，减少电耗，提供工作效率；2.通过闭式冷冻水循环来冷却水环真空泵工作液和吸入口的气态混合物，避免制冷工质与工作液直接换热，解决因铜管腐蚀影响设备安全运行及使用寿命的问题；3.保留原装置循环冷却水换热器，当制冷装置检修时，循环冷却水换热器投入工作，以保证系统运行；另外冬季冷却水温度比较低时可以关闭制冷设备改用循环冷却水换热器冷却，从而减少电耗。本实用新型可以不受季节的影响保证水环真空泵工作液温度处于理想范围内，从而使水环真空泵工作在最佳状态，并进而提高凝汽器的真空度和汽轮机的运行效率。
附图说明
图1是本实用新型原理示意图。
图中各部件标号为：1.制冷压缩机、2.冷凝器、3.节流阀、4.蒸发器、5.冷冻水泵、6.工作液换热器、7.气体换热器、8，水环真空泵、9，汽水分离器、10.循环冷却水换热器、11.气体吸入管、12.工作液供给管、13，冷冻水循环管路、14.循环冷却水管路。
具体实施方式
本实用新型设计思路为：由制冷设备制取冷量，通过闭式冷冻水循环来冷却水环真空泵工作液和吸入口的气态混合物。原装置的循环冷却水换热器予以保留，这样当制冷系统检修时可以保证系统安全运行，另外冬季冷却水温度比较低，可以保证凝汽器真空要求，停用制冷设备，减少电能消耗。
参看图1，本实用新型构成中包括制冷设备、水环真空泵8、汽水分离器9和各管路，水环真空泵连通工作液供给管12和气体吸入管11，工作液供给管另一端连通汽水分离器出水口。由图可见，工作液供给管12处和气体吸入管11处分别设置工作液换热器6和气体换热器7，工作液换热器和气体换热器内流动由制冷设备提供的冷冻水。冷冻水由制冷设备流出经过冷冻水泵5，然后分成两路，一路通过换热器6冷却水环真空泵工作液，这样，可以不受季节的影响保证水环真空泵工作液温度在理想的范围内，从而使水环真空泵工作在最佳状态；另一路通过换热器7冷却水环真空泵进气，使部分水蒸气放热凝结，进入真空泵的不凝性气体量增加，提高凝汽器真空。在保证凝汽器一定真空前提下，真空泵进气被冷却后，可以选用较小抽气量的真空泵，从而减少耗电量。
仍参看图1，本实用新型由制冷设备、冷冻水循环管路13、工作液换热器6、气体换热器7形成闭环循环，该设计以水作为载冷剂，这样冷冻水可以通过不锈钢等材料制成的换热表面与工作液进行热量交换，避免制冷工质与工作液直接换热，解决了制冷设备因铜管腐蚀影响设备安全运行及使用寿命的问题。
所述制冷设备由依次连通的制冷压缩机1、冷凝器2、节流阀3和蒸发器4组成。制冷设备也可以采用吸收式制冷机。
本实用新型的工作过程如下：压缩机1排出高温高压气态制冷工质进入冷凝器2，放热后变成高压液态工质进入节流阀3，节流后低温低压制冷工质在蒸发器4内吸收冷冻水热量。冷冻水经过蒸发器4放热温度降低后经过冷冻水泵5，然后分成两路，一路通过换热器6冷却水环真空泵工作液，一路通过换热器7冷却水环真空泵进气，冷冻水吸热温度升高后汇合再进入蒸发器4放热降温。设备检修或冬季时，可停关闭冷设备，由循环冷却水管路14引进凝汽器循环冷却水，并通过循环冷却水换热器10冷却工作液，减少电能消耗。
循环冷却水管路14，除可连接循环冷却水外，还可连接风冷或其它闭路冷却水。
Claims (4)
1.一种可提高凝汽式汽轮机效率的水环真空泵，构成中包括水环真空泵、制冷设备、汽水分离器和相应的连接管路，所述水环真空泵的抽气端经气体吸入管连通汽轮机的凝汽器，排气端与汽水分离器连通，水环真空泵的密封端与工作液供给管连通，其特征在于：所述工作液供给管(12)和气体吸入管(11)处分别设置工作液换热器(6)和气体换热器(7)，所述工作液换热器和气体换热器内流动由制冷设备提供的冷冻水。
2.根据权利要求1所述的可提高凝汽式汽轮机效率的水环真空泵，其特征在于：所述制冷设备、冷冻水循环管路(13)、工作液换热器(6)、气体换热器(7)形成闭式循环，所述冷冻水循环管路内设有冷冻水泵(5)，冷冻水循环管路的两个分支管路分别通过工作液换热器和气体换热器。
3.根据权利要求2所述的可提高凝汽式汽轮机效率的水环真空泵，其特征在于：所述工作液供给管管路内设有循环冷却水换热器(10)，工作液换热器(6)与其并联设置，循环冷却水管路(14)通过循环冷却水换热器。
4.根据权利要求1或2或3所述的可提高凝汽式汽轮机效率的水环真空泵，其特征在于：所述制冷设备由依次连通的制冷压缩机(1)、冷凝器(2)、节流阀(3)和蒸发器(4)组成，所述冷冻水循环管路通过蒸发器。
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