CN211692766U - 用于提高热力发电厂凝汽器真空度的节能真空机组 - Google Patents

Abstract

一种用于提高热力发电厂凝汽器真空度的节能真空机组，该凝汽器包括一真空母管用于接收外部输入的水蒸气；该节能真空机组包括至少一阀门设置在该真空母管上；一前级泵，该前级泵的入口连接一进气管路；至少一罗茨真空泵，包括一主罗茨真空泵，该主罗茨真空泵的入口连接到该真空母管的后端；当该至少一罗茨真空泵仅包括该主罗茨真空泵时，该主罗茨真空泵的排气口通过该进气管路连接到该前级泵；当该至少一罗茨真空泵为多个罗茨真空泵时，还包括至少一中间级罗茨真空泵，该主罗茨真空泵的排气口串接到一对应的中间级罗茨真空泵，各级的中间级罗茨真空泵也互相串接；位在最后一级的中间级罗茨真空泵通过该进气管路连接到该前级泵。

Description

用于提高热力发电厂凝汽器真空度的节能真空机组

技术领域

本实用新型有关于真空泵系统，尤其是一种用于提高热力发电厂凝汽器真空度的节能真空机组。

背景技术

在热力发电厂中，汽轮发电机组凝汽器是在真空条件下运行的。汽轮机凝汽器的主要功能之一就是保证发电机组的真空条件。凝汽器真空度会直接影响汽轮机组的燃煤或燃气效率。根据目前国内的50MW小机组到1000MW大发电机组，真空每提高1kPa，则可节约发每度电所需的煤耗2-4克。而影响热电厂凝汽器真空度的因素有很多。如不同生产商的凝汽器的设计值会在出厂时有所差异，冷却方式（空冷，水冷等）导致的真空度差异，冷却水工况（主要是水温及水量）的变化，冷却效率（冷却水管结垢等）差异、凝汽器真空严密性维护水准以及真空获得设备的能力大小等。但是通过较小投资对凝汽器真空维持系统进行创新改造，以便在一定程度上提高凝汽器的真空度方面尚未有成功的案例。

目前热电厂常见的凝汽器抽真空系统大多为大水环泵或其它形式的系统，少数还保留蒸汽抽气器系统，水射泵抽气系统。在以上抽真空系统将凝汽器的真空建立后（时间较短，一般不超过2小时），便仅用于维持凝汽器的真空度，就是在继续运行中不断抽走凝汽器中的不凝性气体，否则真空度将会因为凝汽器内泄露入不可压缩的不凝性气体而降低凝汽器效率，使得其真空度变差。

然而大多数电厂所使用的真空泵均存在以下问题：

（1）凝汽器现用水环真空泵影响发电机组经济性，增加煤耗：

虽然大水环泵在凝汽器启动阶段的粗真空阶段的抽气量较大，但是当凝汽器真空度逐渐提高时，水环泵的抽气能力便开始衰减。且接近极限真空时抽气能力衰减更快，并产生 “气蚀”现象。同时，与凝汽器的属性相似，水环泵抽气能力及极限真空值均与工作水温有关。在夏季水温较高时，水环泵更易气蚀，抽气能力衰减为理论抽气能力的三分之一甚至更低。当水环泵抽气能力不能满足凝汽器维持高真空的需要时，便会导致凝汽器真空变差。汽轮机效益变差，发电煤耗增加，所累积的直接经济损失或潜在的节能效益为数以亿计。

（2）目前市面上大部分凝汽器真空节能机组能力有限：

虽然目前已经有很多凝汽器真空节能机组在各电厂运行，但凝汽器节能机组的设计目的是为了跟原有系统保持真空不下降，所以各种类型的凝汽器真空节能机组的抽气能力都有限，仅仅能做到的就是在保持真空度不降的情况下尽可能节能，但依然存在当凝汽器漏率变大，或者其他异常状况时不能维持凝汽器真空的现象，更不可能提高凝汽器真空度。

（3）试验验证：

本发明人在多个电厂凝汽器真空系统中的试验表明，部分凝汽器的真空度在加大真空泵抽气量的情况下，可以比原设计大水环泵常规保持的真空度更高，因此，本发明人希望通过改造现行的大水环泵和节能真空机组，以提高真空度，进而提高发电机燃煤效率，最后实现进一步的节能减排的目的。

实用新型内容

所以本实用新型的目的为解决上述现有技术上的问题，本实用新型中提出一种用于提高热力发电厂凝汽器真空度的节能真空机组，为用于热电厂凝汽器抽真空系统中的一种提高凝汽器真空度的节能真空泵系统。本实用新型应用高效率的罗茨真空泵连接到相对应的前级泵(如水环真空泵)，通过该罗茨真空泵可以提高前级泵的抽气能力及极限真空度，因此可以有效提高凝汽器抽真空系统的抽气性能，达到改善凝汽器真空度的目的。因此通过本实用新型的结构，不但可以使得电厂凝汽器真空维持系统达到高比例的用电节省(可达80%)，而且由于特别设计的更大抽气能力、更高真空度，可以使得凝汽器中被原有的大水环泵因抽气能力及极限真空度的局限而遗漏的不凝性气体予以去除（凝汽器中漏入的不凝性气体会占据可凝蒸汽的空间，从而影响凝汽器形成真空的效果），因此可以提高整个凝汽器的运行真空度，节煤收益显著。相较于电厂现用的大水环泵以及市场上现有的改造技术所组成的真空系统，本实用新型的优点在于应用一或多个高效率的罗茨真空泵大幅增加前级水环真空泵的抽真空性能。一般而言影响热电厂凝汽器真空度的因素主要是凝汽器设计值，冷却方式及冷却水工况，凝汽器维护水准等等。而本实用新型针对凝汽器的抽真空系统进行改造，其投资成本低廉，且功效收益显著。本实用新型通过改善凝汽器真空值，提高发电效率，有望达到每年节约数千吨燃煤及工厂用电的功效。当然，这种技术并不能任意提高真空度，因为当凝汽器中的实际真空度无需接近于完全没有不凝性气体的时候，再加上一定的“过真空差”之后，凝汽器中的水分将加速蒸发，从而在新的平衡点上使真空度温度。这个真空度不可能与理论的水蒸气饱和压力相去很多。不过，本实用新型的意图仅在于将凝汽器的真空度提高0.1~1kPa。这已经被实际所证实。

为达到上述目的本实用新型中提出一种用于提高热力发电厂凝汽器真空度的节能真空机组，其中该节能真空机组安装于一凝汽器后端，该凝汽器包括一真空母管用于接收外部输入的水蒸气；该节能真空机组包括至少一阀门设置在该真空母管上，用于封闭管路，防止大气倒入该凝汽器；一前级泵，该前级泵包括一入口及一排气口；该前级泵的入口连接一进气管路；至少一罗茨真空泵，包括一主罗茨真空泵，该主罗茨真空泵包括一入口及一排气口，该主罗茨真空泵的入口连接到该真空母管的后端；其中当该至少一罗茨真空泵仅包括该主罗茨真空泵时，该主罗茨真空泵的排气口通过该进气管路连接到该前级泵的入口；其中当该至少一罗茨真空泵为多个罗茨真空泵时，该多个罗茨真空泵互相串联，且该多个罗茨真空泵包括该主罗茨真空泵及至少一中间级罗茨真空泵，各中间级罗茨真空泵包括一入口及一排气口，该主罗茨真空泵的排气口通过一输送管路连接到一对应的中间级罗茨真空泵的入口，而每一级的中间级罗茨真空泵的排气口通过一输送管路连接到下一级的中间级罗茨真空泵的入口；而位在最后一级的中间级罗茨真空泵的排气口通过该进气管路连接到该前级泵的入口；其中该进气管路上配置一单向阀，用以避免在设备突然停机或其他突发情况导致大气由抽真空系统倒灌入该罗茨真空泵及该凝汽器中。

进一步的，该至少一阀门包括自动阀门或手动阀门其中至少一个。

进一步的，各罗茨真空泵为两叶式或三叶式的罗茨真空泵或气冷罗茨真空泵。

进一步的，该前级泵为可直排大气的真空泵。

进一步的，该前级泵为电厂现有的凝汽器真空维持系统中的水环真空泵或是凝汽器真空维持节能真空机组中的液环泵或是整个凝汽器真空维持节能真空机组。

进一步的，该前级泵的排气口连接到一汽水分离器，该汽水分离器用于将该前级泵所输出的汽水混合物分离为空气和液态水，而该液态水则输入该汽水分离器，并通过回圈液换热器形成水温合适的工作水并输回到该前级泵，以作为该前级泵运作所需的工作回圈液。

进一步的，各罗茨真空泵连接一驱动电机及一冷却机构，该冷却机构用于将冷却水输入到该罗茨真空泵以进行冷却。

进一步的，该罗茨真空泵还配置有压力变送器及温度变送器，该压力变送器位在该罗茨真空泵的入口处；该压力变送器用于侦测该罗茨真空泵的管路压力，该温度变送器用于侦测该罗茨真空泵的温度；该压力变送器及该温度变送器连接到一控制机构，该控制机构连接该驱动电机及该冷却机构；该控制机构接收来自该压力变送器及该温度变送器所侦测的压力值及温度值，控制该驱动电机及该冷却机构，以保护设备稳定运行；该压力变送器及该温度变送器将其侦测值传送到仪表；其中该控制机构用于控制该驱动电机，而以变频方式控制该罗茨真空泵，根据变频特性调控其发挥的性能。

进一步的，该阀门的前方设有一小口径回水管连接在该真空母管上及回水目的地之间，以防止该真空母管的凝结水进入真空泵。

进一步的，各输送管路及该进气管路上配置有排气口冷却器或换热器，以防止前一级的真空泵压缩气体产生过高的温度而影响到下一级的真空泵的安全运作。

由下文的说明可更进一步了解本实用新型的特征及其优点，阅读时并请参考附图。

附图说明

图1显示本实用新型的元件组合示意图；

图2显示本实用新型的另一元件组合示意图；

图3显示本实用新型的罗茨真空泵与相关电气元件以及侦测控制电路的方块示意图。

附图标记说明

1 真空母管 71 入口

2 阀门 72 排气口

3 主罗茨真空泵 75 进气管路

4 中间级罗茨真空泵 80 换热器

6 单向阀 91 冷却机构

7 前级泵 92 驱动电机

11 小口径回水管 93 压力变送器

12 回水目的地 94 温度变送器

30 罗茨真空泵 95 控制机构

31 入口 100 凝汽器

32 排气口 300 节能真空机组

35 输送管路 301 泵壳

41 入口 911 冷却水盘或冷却水盘管

42 排气口 912 级间换热冷却器

45 输送管路 600 汽水分离器

610 回圈液换热器。

具体实施方式

现谨就本实用新型的结构组成，及所能产生的功效与优点，配合附图，举本实用新型的一较佳实施例详细说明如下。

请参考图1至图3所示，显示本实用新型的用于提高热力发电厂凝汽器真空度的节能真空机组300，其中该节能真空机组300安装于一凝汽器100后端，该凝汽器100包括一真空母管1用于接收外部输入的水蒸气。该节能真空机组300包括下列元件：

至少一阀门2设置在该真空母管1上，该至少一阀门2可包括自动阀门(例如气动阀门或电动阀门)，以在意外停机时迅速封闭管路，防止大气倒入该凝汽器100。该至少一阀门2还可包括手动阀门，作为自动阀门的备用阀门。其中该阀门2的前方设有一小口径回水管11连接在该真空母管1上及回水目的地12之间，以防止该真空母管1的凝结水进入真空泵。

一前级泵7，该前级泵7包括一入口71及一排气口72。该前级泵7的入口71连接一进气管路75。该前级泵7可为水环真空泵(例如电厂现用的大水环真空泵，或是其他节能真空机组内的小水环真空泵)，或非水环的其它形式可直排大气的前级真空泵。

至少一罗茨真空泵30，包括一主罗茨真空泵3，该主罗茨真空泵3包括一入口31及一排气口32，该主罗茨真空泵3的入口31连接到该真空母管1的后端。

如图1所示，其中当该至少一罗茨真空泵30仅包括该主罗茨真空泵3时，该主罗茨真空泵3的排气口32通过该进气管路75连接到该前级泵7的入口71。

如图2所示，其中当该至少一罗茨真空泵30为多个罗茨真空泵30时，该多个罗茨真空泵3互相串联，且该多个罗茨真空泵30包括该主罗茨真空泵3及至少一中间级罗茨真空泵4，各中间级罗茨真空泵4包括一入口41及一排气口42，该主罗茨真空泵3的排气口32通过一输送管路35连接到一对应的中间级罗茨真空泵4的入口41，而每一级的中间级罗茨真空泵4的排气口42通过一输送管路45连接到下一级的中间级罗茨真空泵4的入口41。而位在最后一级的中间级罗茨真空泵4的排气口42通过该进气管路75连接到该前级泵7的入口71。应用串联的该多个罗茨真空泵30可以分担每一级罗茨真空泵30所需要承受的压差，从而分担在压缩空气过程中所产生的热量，因此使得各个罗茨真空泵30不会因为过热而卡死，而可以稳定运行。

其中在各输送管路35、45及该进气管路75上可以配置排气口冷却器或换热器80，以防止前一级的真空泵压缩气体产生过高的温度而影响到下一级的真空泵的安全运作。

其中该进气管路75上配置一单向阀6，用以避免在设备突然停机或其他突发情况导致大气由抽真空系统倒灌入该罗茨真空泵30及该凝汽器100中。

在实际的应用中，该前级泵7可为电厂现有的凝汽器真空维持系统中的水环真空泵，或是凝汽器真空维持节能真空机组中的液环泵，或是整个凝汽器真空维持节能真空机组。

其中各罗茨真空泵30为任意形式的罗茨真空泵(包括气冷罗茨真空泵)，例如两叶式或三叶式的罗茨真空泵或气冷罗茨真空泵。

其中当该至少一罗茨真空泵30为多个罗茨真空泵30时，该真空母管1上配置有三通阀，增加一抽真空管道到该主罗茨真空泵3的入口。当该至少一罗茨真空泵30为单一个罗茨真空泵30时，则需改造至热电厂现用大水环泵(即该前级泵7)的入口的原有的真空管道，使得该主罗茨真空泵3拥有足够的安装空间。

其中该前级泵7的排气口72连接到一汽水分离器600，该汽水分离器600用于将该前级泵7所输出的汽水混合物分离为空气和液态水，其中空气向外排出或进入抽真空系统的排气管道(图未显示)，而该液态水则输入该汽水分离器600的底端积液中，并通过回圈液换热器610形成水温合适的工作水并输回到该前级泵7，以作为该前级泵7运作所需的工作回圈液。

图3显示各罗茨真空泵30的机电元件的方块图，主要是用于显示相关的电气元件以及侦测控制电路。其中该罗茨真空泵30连接一驱动电机92，该驱动电机92用于驱动该罗茨真空泵30。该罗茨真空泵30还连接一冷却机构91，该冷却机构91用于将冷却水输入到该罗茨真空泵30以进行冷却。该冷却机构91还包括冷却水盘或冷却水盘管911或级间换热冷却器912，用于降低排气温度及该泵壳301的温度。该罗茨真空泵30还配置有压力变送器93及温度变送器94，该压力变送器93可位在该罗茨真空泵30的入口处。该压力变送器93用于侦测该罗茨真空泵30的管路压力，该温度变送器94用于侦测该罗茨真空泵30的温度。该压力变送器93及该温度变送器94连接到一控制机构95，该控制机构95连接该驱动电机92及该冷却机构91。该控制机构95接收来自该压力变送器93及该温度变送器94所侦测的压力值及温度值，控制该驱动电机92及该冷却机构91，以保护设备稳定运行。该压力变送器93及该温度变送器94将其侦测值传送到仪表以使检修人员可以监控。上述该压力变送器93及该温度变送器94及该控制机构95的相关数值也可以传送到电厂的控制中心(图中未显示)，以进行统一监控。

其中该控制机构95可以控制该驱动电机92，而以变频方式控制该罗茨真空泵30，根据变频特性调控其发挥的性能。变频启动可以保证电气方面安全稳定，即时调节可以适应凝汽器100工况的波动。该罗茨真空泵30在凝汽器100工况较好时，以低频运行，以达到节能效果。在工况较差或希望真空系统发挥更大出力时则高频运行，以充分发挥罗茨真空泵抽气性能。

本实用新型的优点在于应用高效率的一或多级的罗茨真空泵连接到相对应的前级泵(如水环真空泵)，通过该一或多级的罗茨真空泵可以提高前级泵的抽气能力及极限真空度，因此可以有效提高凝汽器抽真空系统的抽气性能，达到改善凝汽器真空度的目的。因此通过本实用新型的结构，不但可以使得电厂达到高比例的用电节省(可达80%)，而且由于抽气能力更大、真空度更高，可以使得凝汽器中被原有的大水环泵所遗漏的不凝性气体被更彻底的予以去除（凝汽器中漏入的不凝性气体会占据可凝蒸汽的空间，从而影响凝汽器形成真空的效果），并且可以叠加利用冷凝水再次挥发以平衡凝汽器真空度之前的动能压力差，而实现提高整个凝汽器的运行真空度，达到显著的节煤收益。相较于电厂现用的大水环泵以及市场上现有的改造技术所组成的真空系统，本实用新型的优点在于应用一或多个高效率的罗茨真空泵大幅增加前级水环真空泵的抽真空性能。一般而言影响热电厂凝汽器真空度的因素主要是凝汽器设计值，冷却方式及冷却水工况，凝汽器维护水准等等。而本实用新型针对凝汽器的抽真空系统进行改造，其投资成本低廉，且功效收益显著。本实用新型通过改善凝汽器真空值，提高发电效率，有望达到一个大型电厂每年节约数千吨燃煤及工厂用电的功效。

上列详细说明针对本实用新型的一可行实施例的具体说明，惟该实施例并非用以限制本实用新型的专利范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所为的等效实施或变更，均应包括于本实用新型的专利范围中。

Claims (10)

1.一种用于提高热力发电厂凝汽器真空度的节能真空机组，其中该节能真空机组安装于一凝汽器后端，该凝汽器包括一真空母管用于接收外部输入的水蒸气；其特征在于，

该节能真空机组包括：

至少一阀门设置在该真空母管上，用于封闭管路，防止大气倒入该凝汽器；

一前级泵，该前级泵包括一入口及一排气口；该前级泵的入口连接一进气管路；

至少一罗茨真空泵，包括一主罗茨真空泵，该主罗茨真空泵包括一入口及一排气口，该主罗茨真空泵的入口连接到该真空母管的后端；

其中该至少一罗茨真空泵仅包括该主罗茨真空泵，该主罗茨真空泵的排气口通过该进气管路连接到该前级泵的入口；

其中该至少一罗茨真空泵为多个罗茨真空泵，该多个罗茨真空泵互相串联，且该多个罗茨真空泵包括该主罗茨真空泵及至少一中间级罗茨真空泵，各中间级罗茨真空泵包括一入口及一排气口，该主罗茨真空泵的排气口通过一输送管路连接到一对应的中间级罗茨真空泵的入口，而每一级的中间级罗茨真空泵的排气口通过一输送管路连接到下一级的中间级罗茨真空泵的入口；而位于最后一级的中间级罗茨真空泵的排气口通过该进气管路连接到该前级泵的入口；

其中该进气管路上配置一用以避免在设备突然停机或其他突发情况导致大气由抽真空系统倒灌入该罗茨真空泵及该凝汽器中的单向阀。

2.如权利要求1所述的用于提高热力发电厂凝汽器真空度的节能真空机组，其特征在于，该至少一阀门包括自动阀门或手动阀门其中至少一个。

3.如权利要求1所述的用于提高热力发电厂凝汽器真空度的节能真空机组，其特征在于，各罗茨真空泵为两叶式或三叶式的罗茨真空泵或气冷罗茨真空泵。

4.如权利要求1所述的用于提高热力发电厂凝汽器真空度的节能真空机组，其特征在于，该前级泵为可直排大气的真空泵。

5.如权利要求1所述的用于提高热力发电厂凝汽器真空度的节能真空机组，其特征在于，该前级泵为电厂现有的凝汽器真空维持系统中的水环真空泵或是凝汽器真空维持节能真空机组中的液环泵或是整个凝汽器真空维持节能真空机组。

6.如权利要求5所述的用于提高热力发电厂凝汽器真空度的节能真空机组，其特征在于，该前级泵的排气口连接到一汽水分离器，该汽水分离器用于将该前级泵所输出的汽水混合物分离为空气和液态水，而该液态水则输入该汽水分离器，并通过回圈液换热器形成水温合适的工作水并输回到该前级泵，以作为该前级泵运作所需的工作回圈液。

7.如权利要求2所述的用于提高热力发电厂凝汽器真空度的节能真空机组，其特征在于，各罗茨真空泵连接一驱动电机及一用于将冷却水输入到该罗茨真空泵以进行冷却冷却机构。

8.如权利要求7所述的用于提高热力发电厂凝汽器真空度的节能真空机组，其特征在于，该罗茨真空泵还配置有用于侦测该罗茨真空泵的管路压力的压力变送器及用于侦测该罗茨真空泵的温度的温度变送器，该压力变送器位在该罗茨真空泵的入口处；该压力变送器及该温度变送器连接到一控制机构，该控制机构连接该驱动电机及该冷却机构；该控制机构接收来自该压力变送器及该温度变送器所侦测的压力值及温度值，控制该驱动电机及该冷却机构；该压力变送器及该温度变送器将其侦测值传送到仪表；其中该控制机构用于控制该驱动电机，而以变频方式控制该罗茨真空泵。

9.如权利要求1所述的用于提高热力发电厂凝汽器真空度的节能真空机组，其特征在于，该阀门的前方设有一防止该真空母管的凝结水进入真空泵的小口径回水管，该小口径回水管连接在该真空母管上及回水目的地之间。

10.如权利要求1所述的用于提高热力发电厂凝汽器真空度的节能真空机组，其特征在于，各输送管路及该进气管路上配置有用以防止前一级的真空泵压缩气体产生过高的温度而影响到下一级的真空泵的安全运作的排气口冷却器或换热器。

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