CN207936785U - 一种用于电厂凝汽器辅助动能机械混合式节能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于电厂凝汽器辅助动能机械混合式节能系统，包括管道内冷凝液预排放管道(1)和节能辅助系统真空管道(2)；所述管道内冷凝液预排放管道(1)上设有罗茨真空泵(100)、蒸汽喷射泵(110)和冷凝液回收器(120)；所述罗茨真空泵(100)的出口端与所述蒸汽喷射泵(110)的入口端连接，所述蒸汽喷射泵(110)的出口端与所述冷凝液回收器(120)的入口端连接，冷凝液回收器(120)的出口端用于排出冷凝液；所述节能辅助系统真空管道(2)上设有前级泵(200)，节能辅助系统真空管道(2)的出口端与所述冷凝液回收器(120)连接。本实用新型具有更好的节能效果和使用稳定可靠性，并且可以对电厂富余能量的利用。

Description

一种用于电厂凝汽器辅助动能机械混合式节能系统

技术领域

本实用新型涉及电厂节能技术领域，具体涉及一种用于电厂凝汽器辅助动能机械混合式节能系统。

背景技术

为了实现国家的节能减排的目标，在现行电力工业系统中常见的300MW，600MW，和1000MW燃煤火电机组在辅机端已经实现了很大的技术改进和完善，基本达到了最大的节能效果，现在需要在冷端及真空泵能耗上进行技术优化，进一步提高节能减排的目标。

在冷端真空泵系统上，现有大部分燃煤电厂都是采用多台大抽气量的水环真空泵，主要实现两个目的：在锅炉点火启动前，电厂凝汽器在真空泵快速脱气下迅速达到指定的真空度；当锅炉正常点火后，真空泵用于维持真空，抽吸电厂凝汽器中的不凝性气体和部分饱和水蒸气。

然而单使用大型水环真空泵主要存在以下问题：

夏季开式循环水温度较高，造成液环泵的循环液的温度升高，一般可以达到32°-35°之间，此时液环泵的抽气效率在高真空区域会有一个明显的下降，这是因为液环泵中的循环液水随着温度上升，其饱和蒸汽压是下降的，例如当循环液的温度达到35°时，水的饱和蒸汽压就下降到了6.5kpa，此时液环泵能够维持的真空最高也只有6.5kpa，而且越接近极限真空，液环泵的抽气能力越小，可能只有其最大抽气能力的40％左右，对于一些单级液环泵来说，甚至更低。所以会造成夏天往往要比多天需要多开一台或者数台液环泵才能维持真空的需求。而且液环泵的运行真空越接近极限真空，即该水温的饱和蒸汽压时，液环泵极容易形成气蚀现象，气蚀危害主要如下：1、产生很大的噪声，同时引起机组振动。2、降低泵的性能，使真空泵的抽气能力和效率明显下降。3、破坏过流部件，表现为金属表面出现麻点，继而表面呈现海绵状、沟槽状、蜂窝状、鱼鳞状等痕迹；严重时可造成叶片或前后盖板穿孔、甚至叶轮破裂，酿成严重事故。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种用于电厂凝汽器辅助动能机械混合式节能系统，具有更好的节能效果和使用稳定可靠性，并且可以对电厂富余能量的利用。

本实用新型提供了一种用于电厂凝汽器辅助动能机械混合式节能系统，管道内冷凝液预排放管道和节能辅助系统真空管道，所述管道内冷凝液预排放管道的入口端和所述节能辅助系统真空管道的入口端均与外界的电厂凝汽器连接；

所述管道内冷凝液预排放管道上设有罗茨真空泵、蒸汽喷射泵和冷凝液回收器；所述罗茨真空泵的出口端与所述蒸汽喷射泵的入口端连接，所述蒸汽喷射泵的出口端与所述冷凝液回收器的入口端连接，冷凝液回收器的出口端用于排出冷凝液；

所述节能辅助系统真空管道上设有前级泵，节能辅助系统真空管道的出口端与所述冷凝液回收器连接。

优选的技术方案，其附加技术特征在于：所述管道内冷凝液预排放管道上设有气动蝶阀，所述气动蝶阀位于所述罗茨真空泵的入口端。

优选的技术方案，其附加技术特征在于：所述气动蝶阀与所述罗茨真空泵之间还设有真空压力变送器。

优选的技术方案，其附加技术特征在于：所述罗茨真空泵的出口端设有排气口冷却器。

优选的技术方案，其附加技术特征在于：所述蒸汽喷射泵上设有蒸汽气动调节阀。

优选的技术方案，其附加技术特征在于：所述前级泵的入口端设有冷凝液排放阀。

优选的技术方案，其附加技术特征在于：所述冷凝液回收器的出口端设有真空液排放阀。

优选的技术方案，其附加技术特征在于：所述前级泵包括为液环泵、罗茨风机或者干式真空泵中的一种。

优选的技术方案，其附加技术特征在于：还包括PLC控制系统，所述PLC控制系统分别与所述罗茨真空泵、蒸汽喷射泵、冷凝液回收器和前级泵控制连接。

优选的技术方案，其附加技术特征在于：还包括液晶控制屏，所述液晶控制屏与所述PLC控制系统控制连接。

本实用新型的有益效果为：适合水冷型凝汽器和风冷型凝气器；夏天水温过高时，在确保维持真空的同时，可以适度提高凝汽器的真空度，减少更多的煤耗，减少了废气排放；夏天可以回收大量饱和水蒸气(非污染)；利用电厂富余能量可以大幅降低电耗。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本实用新型的结构示意图。

附图中：1表示管道内冷凝液预排放管道；100表示罗茨真空泵；110表示蒸汽喷射泵；120表示冷凝液回收器；130表示气动蝶阀；140表示真空压力变送器；150表示排气口冷却器；160表示蒸汽气动调节阀；170表示真空液排放阀；2表示节能辅助系统真空管道；200表示前级泵；210表示冷凝液排放阀；3表示电厂凝汽器；4表示汽轮机；5表示电厂液环泵。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

如图1所示，本实用新型提供了一种用于电厂凝汽器辅助动能机械混合式节能系统，包括管道内冷凝液预排放管道1和节能辅助系统真空管道2，所述管道内冷凝液预排放管道1的入口端和所述节能辅助系统真空管道2的入口端均与外界的电厂凝汽器3连接；

所述管道内冷凝液预排放管道1上设有罗茨真空泵100、蒸汽喷射泵110和冷凝液回收器120；所述罗茨真空泵100的出口端与所述蒸汽喷射泵110的入口端连接，所述蒸汽喷射泵110的出口端与所述冷凝液回收器120的入口端连接，冷凝液回收器120的出口端用于排出冷凝液；

所述节能辅助系统真空管道2上设有前级泵200，节能辅助系统真空管道2的出口端与所述冷凝液回收器120连接。

如图1，所述管道内冷凝液预排放管道1上设有气动蝶阀130，所述气动蝶阀130位于所述罗茨真空泵100的入口端。

如图1，所述气动蝶阀130与所述罗茨真空泵100之间还设有真空压力变送器140。所述罗茨真空泵100的出口端设有排气口冷却器150。

如图1，所述蒸汽喷射泵110上设有蒸汽气动调节阀160。所述前级泵200的入口端设有冷凝液排放阀210。

如图1，所述冷凝液回收器120的出口端设有真空液排放阀170。

本实用新型中前级泵200包括为液环泵、罗茨风机或者干式真空泵中的一种。

同时，本实用新型还包括PLC控制系统和液晶控制屏，所述PLC控制系统分别与所述罗茨真空泵100、蒸汽喷射泵110、冷凝液回收器120和前级泵200控制连接；所述液晶控制屏与所述PLC控制系统控制连接。

其工作方式是：

燃煤电厂的汽轮机4系统准备启动点火，首先原有的电厂液环泵55把电厂凝汽器3抽到指定真空度后且稳定后，汽轮机4的锅炉点火同时电厂凝汽器3开始运行。等整个电厂凝汽器3、汽轮机4和燃煤锅炉稳定后，本实用新型开始启动，通过PLC控制实现气动蝶阀130使得电厂凝汽器3在启动前自动吸入前级泵200内，避免打开气动蝶阀130瞬间灌满罗茨真空泵100和蒸汽喷射泵110。然后再开启蒸汽气动调节阀160，等到系统稳定后再运行罗茨真空泵100。当本实用新型稳定后并且在真空系统吸入口达到<1kpa的真空度后，打开气动蝶阀130，同时关闭冷凝液排放阀210，待系统维持稳定，再关闭电厂液环泵55，进入辅助真空系统节能运行状态。

其工作原理如下：

由电厂凝汽器3过来的饱和水蒸气和不凝性气体先通过气动蝶阀130，再进入罗茨真空泵100，罗茨真空泵100是一种容积式真空泵，利用一对转子旋转，容积变化形成真空。

从罗茨真空泵100在排气口测配置了一个排气口冷却器150，该排气口冷却器150可以用于降低罗茨真空泵100的出口端气体的温度，降低温度的气体再进入蒸汽喷射泵110的入口端，蒸汽喷射泵110的真空是依靠从拉瓦尔喷嘴中喷出的高速水蒸汽流来携带气从而形成真空，其原理是由拉瓦尔喷嘴和扩压器及混合室相联而组成。工作喷嘴和扩压器这两个部件组成了一条断面变化的特殊气流管道，气流通过喷嘴可将压力能转变为动能，蒸汽经过喷嘴的出口到扩压器入口之间的这个区域(混合室)，由于蒸汽流处于高速而出现一个负压区。此处的负压要比工作蒸汽压强P0和反压强P4低得多。此时，被抽气体吸进混合室，工作蒸汽和被抽气体相互混合并进行能量交换，把工作蒸汽由压力能转变来的动能传给被抽气体；从而在吸气处形成真空。

从蒸汽喷射泵110出来的不凝性气体和饱和水蒸气进入冷凝液回收器120中，冷凝液回收器120的主要原理是：从电厂凝汽器3出来的饱和蒸汽在该运行真空度下，其沸点温度接近于常温所能提供的冷却水的温度，在没有热量可以传递的情况下，无法再进行液化。而当这些饱和水蒸气通过罗茨真空泵100的压缩和蒸汽喷射泵110的压缩，其饱和蒸汽压大幅提高，对应的的沸点温度也有明显的上升，此时原有环境温度和冷却水则可以对其进行二次冷凝液化，获得大量的冷凝液并在入冷凝液回收器120中收集。冷凝液回收器120采用的是夹套盘管式结构，气体从冷凝液回收器120中的上部接触冷却盘管到底部，形成大量液化液滴，然后气体再从底部返流到上面，这里配置了散堆填料和夹套通冷凝水设计，除了继续提高冷凝效果，同时在气流逆流而上时，凝结的小液滴通过碰撞变成大液滴，在重力引导下回落到冷凝液回收器120的底部。不凝性气体和饱和水蒸气则最终从侧排气口出去，进入下一个前级泵200中。

底部凝结的冷凝水通过真空排液阀或者排放高度等工艺设备，回收得到纯净的软水。蒸汽喷射泵110的抽气能力则是通过其蒸汽气动调节阀160和真空压力变送器140来实现自动控制。

后续前级泵200，无论若是采用液环泵和罗茨风机或者是干式真空泵，都能产生负压，把不能冷凝的饱和水蒸气和不凝性气体抽吸过来，通过压缩最终排放。液环泵的排出口采用气液分离器进行气液分离排放，而罗茨风机因其排放温度高，在压缩过程中，那些游离态的水也因为吸热气化，则是不需要气液分离器可以直接排放。

由于本实用新型配备了液晶触摸屏和PLC控制系统，可以根据设定不同的参数(例如罗茨机械真空泵额定最大转速和额定最低转速，安全电流，安全温度，最佳压力值等)获得不同的自动控制方式，亦可以设定最低能耗模式，最高效率模式，最安全模式以及季节模式(例如冬季模式，春秋模式，夏季模式等)得到最适合的运行模式使得蒸汽耗量和电耗达到最节能。所有的数据传感器检测到的温度，压力，电流等都可以在上显示，并且可以进行记录，储存，读取以及设定。

本实用新型中的采用蒸汽喷射泵110比起现有辅助节能真空机组来说主要有三个不可逾越的优势：

蒸汽喷射泵110完全不受前级泵200的影响。

现在配置的系统采用罗茨真空泵100本身属于容积式真空泵，其抽气能力不受水温影响，但是非常受压差和压缩比的影响，当前前级泵200的冷却水温升高时，其在高真空时(<20kpa)时的抽气量收到明显降低，直接造成罗茨真空泵100的压缩比变大，从而也影响到了罗茨真空泵100的抽气效率，同时前级泵200入口真空度变差，也造成了罗茨真空泵100的压差变大，从而增大了能耗。这也是为什么现在的辅助真空系统在北方风冷电厂凝汽器3上无法实现节能，以及在夏天，很多辅助真空机组(机械泵)无法有效维持电厂凝汽器3真空度，有时必须要强行提高罗茨真空泵100转速才能保持维持真空。不仅电耗增加，燃煤的耗量也大幅增加，节能的效果比起冬季明显的下降。

而蒸汽喷射泵110属于动能泵，本身的抽气量只和蒸汽量和蒸汽压力有关，并且具有非常的大压缩比，一般独立的蒸汽喷射泵110需要配备一个尾气冷凝器，对水蒸气冷凝。本实用新型通过设置前级泵200便不再需要额外的尾气冷凝器，当前级泵200为液环泵时，蒸汽喷射泵110高压压缩的气体带入到液环泵中，而水蒸气在液环泵的泵腔中被液化，大幅的提高了液环泵对蒸汽的抽气能力。再加上蒸汽喷射泵110很高的压缩比，因此只需要配备一个更小抽气量的液环泵就能满足需求。同时蒸汽喷射泵110的高的压缩比使得其排出口压力往往达到了>40kpa以上，即使液环泵的冷却水温度超过40°，不会对系统产生任何抽气影响。当前级泵200为罗茨风机时，单级的罗茨风机吸入口的真空度可以达到30kpa，更为关键的是，在夏季，电厂的低压乏蒸汽是非常富余的，大都是直接排放，因此利用蒸汽喷射泵110在夏季完全实现现有机械泵不能实现的节能减排。

蒸汽喷射泵110与液环泵、罗茨风机或者干式真空泵都可以满足风冷，水冷的电厂凝汽器3，尤其在夏季只需要燃煤电厂的微量的低压蒸汽，就可以大幅减少能耗，且不受任何水温的影响。

蒸汽喷射泵110完全不会出现机械故障油乳化问题，维护简单，周期超长。

现在很多罗茨真空泵100在夏季运行时，经常出现电流过载和润滑哟乳化的现象。电流过载在于其前级泵200因为冷却水温度高造成效率下降，入口真空度变差，造成压差过大，使得罗茨真空泵100负载过大。润滑油经常乳化，那是因为，电厂凝汽器3出来的饱和蒸汽在该运行真空度下，沸点温度就是该冷却水的温度，已经无法再冷却液化，但是通过中间罗茨真空泵100压缩后，饱和蒸气压上升使得其沸点温度上升，超过了环境和冷却水的温度，因此很容易出现液化。该现象最为明显则是在罗茨真空泵100，虽然排气口压力升高，水的沸点温度上升，但是与常温的温差并不大，同时罗茨真空泵100在运行时还有一定自身热量，因此没有出现大量液化现象。

管道内冷凝液预排放管道1中的罗茨真空泵100在通过两级压缩后其排气口的饱和水蒸气压力比电厂凝汽器3入口高的多，沸点温度与常温的温差也大了很多，尤其是罗茨真空泵100的齿轮箱、润滑油箱都是配备冷却水盘管的，也是温度最低的地方，因此会在罗茨真空泵100的润滑油中产生大量冷凝液，与润滑油混合在一起，造成润滑油乳化。长期运行的时候，一直产生的液态水会在润滑油箱底部积累，最终可以看到整个润滑油箱中充满了油水混合物，润滑油密度比水轻，因此油漂浮在水的上方，使得大量的润滑油被挤入到泵腔中，最终导致齿轮、轴承缺少油的润滑，造成机械故障，以及在大量液态水浸泡下出现锈蚀，致使出现故障和异响。

为了解决该问题，很多罗茨真空泵100厂家采用全机械密封的结构，即泵腔与齿轮箱和润滑油箱采用机械密封进行密封，全完隔离，确保冷凝液不接触齿轮箱和润滑油箱来避免出现润滑油乳化。但是罗茨真空泵100采用全机械密封的结构不是特别稳定，使用寿命在6-18个月，经常出现机械密封故障，而更换机械密封需要把整个罗茨真空泵100全部拆解，非常耗费时间、人力和财力。

蒸汽喷射泵110是动能泵，没有任何的机械传动装置，没有任何摩擦，不需要更换润滑油，在实现高压缩比的同时，不存在机械故障需要去维护和保养。传统的蒸汽喷射泵110由于配备了尾气电厂凝汽器3，需要大量的冷凝水去冷凝蒸汽，从而容易形成垢，需要定期清洗，否则会降低冷凝效果，影响蒸汽喷射泵110的效率，在我们这次提供的电厂凝汽器3辅助真空系统中，前一级是具有负压的真空泵，不需要额外的尾气电厂凝汽器3，因此就不存在了上述的问题了。

蒸汽喷射泵110完全不需要电气控制。

现在很多电厂凝汽器3辅助真空系统的罗茨真空泵100在冬、夏两季时抽气能力不一致，因此很多都是配备了变频器和变频电机来进行季节调整，有些为了实现自动调节，还需要很复杂的控制逻辑。蒸汽喷射泵110在本实用新型中使用时，不需要任何电气控制元件，只有一个气动调节阀，只要根据蒸汽喷射泵110的入口压力变送器的反馈值自动调节开关大小，就能实现稳定的抽气能力。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种用于电厂凝汽器辅助动能机械混合式节能系统，其特征在于：管道内冷凝液预排放管道(1)和节能辅助系统真空管道(2)，所述管道内冷凝液预排放管道(1)的入口端和所述节能辅助系统真空管道(2)的入口端均与外界的电厂凝汽器排气真空管道(3)连接；

所述管道内冷凝液预排放管道(1)上设有罗茨真空泵(100)、蒸汽喷射泵(110)和冷凝液回收器(120)；所述罗茨真空泵(100)的出口端与所述蒸汽喷射泵(110)的入口端连接，所述蒸汽喷射泵(110)的出口端与所述冷凝液回收器(120)的入口端连接，冷凝液回收器(120)的出口端用于排出或回收冷凝液；

所述节能辅助系统真空管道(2)上设有前级泵(200)，节能辅助系统真空管道(2)的出口端与所述冷凝液回收器(120)连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于电厂凝汽器辅助动能机械混合式节能系统，其特征在于：所述管道内冷凝液预排放管道(1)上设有气动蝶阀(130)，所述气动蝶阀(130)位于所述罗茨真空泵(100)的入口端。

3.根据权利要求2所述的一种用于电厂凝汽器辅助动能机械混合式节能系统，其特征在于：所述气动蝶阀(130)与所述罗茨真空泵(100)之间还设有真空压力变送器(140)。

4.根据权利要求3所述的一种用于电厂凝汽器辅助动能机械混合式节能系统，其特征在于：所述罗茨真空泵(100)的出口端设有排气口冷却器(150)。

5.根据权利要求1所述的一种用于电厂凝汽器辅助动能机械混合式节能系统，其特征在于：所述蒸汽喷射泵(110)上设有蒸汽气动调节阀(160)。

6.根据权利要求1所述的一种用于电厂凝汽器辅助动能机械混合式节能系统，其特征在于：所述前级泵(200)的入口端设有冷凝液排放阀(210)。

7.根据权利要求1所述的一种用于电厂凝汽器辅助动能机械混合式节能系统，其特征在于：所述冷凝液回收器(120)的出口端设有真空液排放阀(170)。

8.根据权利要求7所述的一种用于电厂凝汽器辅助动能机械混合式节能系统，其特征在于：所述前级泵(200)包括为液环泵、罗茨风机或者干式真空泵中的一种。

9.根据权利要求1所述的一种用于电厂凝汽器辅助动能机械混合式节能系统，其特征在于：还包括PLC控制系统，所述PLC控制系统分别与所述罗茨真空泵(100)、蒸汽喷射泵(110)、冷凝液回收器(120)和前级泵(200)控制连接。

10.根据权利要求9所述的一种用于电厂凝汽器辅助动能机械混合式节能系统，其特征在于：还包括液晶控制屏，所述液晶控制屏与所述PLC控制系统控制连接。