汽轮机罗茨-水环真空泵变频控制抽气系统及其控制方法技术方案

一种汽轮机罗茨‑水环真空泵变频控制抽气系统及其控制方法，所述抽气系统包括控制系统、气冷式罗茨真空泵、水环真空泵和与气冷式罗茨真空泵并接的旁通管路，所述控制系统主要包括核心控制器PLC及其输入输出端。本发明专利技术抽气系统及其控制方法在汽轮机组启动时通过旁路可快速建立真空，机组正常运行时，利用变频控制器根据凝汽器工况自动调整水环真空泵转速，以实现最优运行压缩比分配方案，满足不同情况下抽空气量的要求，降低汽轮机抽气系统的能耗。本发明专利技术系统及其控制方法解决了水环真空泵抽气能力受水温限制的问题，系统可以更有效地对气冷式罗茨真空泵出口气体进行冷却，削弱混合气体中空气的存在对换热的影响，保障机组运行的安全性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
汽轮机罗茨-水环真空泵变频控制抽气系统及其控制方法
本专利技术涉及电力
，具体为一种汽轮机罗茨-水环真空泵变频控制抽气系统及其控制方法。
技术介绍
汽轮机抽气系统作为凝汽系统不可或缺的一部分，其抽气能力对凝汽器有至关重要的影响。抽气系统的作用是将凝汽器内的不凝结气体及时抽出，如果漏入的空气量较大，而抽气系统又无法及时将其抽出，凝汽器中空气和其他不凝结气体聚积在管束周围形成气膜，使热阻增加，传热系数降低，影响凝汽器的传热性能，导致凝汽器传热端差增大，真空度降低。传统汽轮机抽气系统一般采用水环真空泵，由于真空泵需要在汽轮机组启动前建立真空，因此配置的真空泵容量往往较大，抽吸流量和消耗功率也较大。但在机组正常运行时，漏入空气量少，要求的抽速远小于真空建立时的抽速，而配置的电机却不能随系统漏气量自动调节水环真空泵转速，这就导致了机组正常运行维持真空时抽气系统消耗功率大，造成了真空泵功率的严重浪费。同时，虽然水环真空泵相较过去使用的射水抽气器性能已有很大改善，也降低了抽气功耗，但作为单一水介质的真空泵，水环真空泵是一种粗真空抽吸装置，其抽气性能受工作水温度影响很大。由于水的压力达到温度对应的饱和压力时，水会发生汽化，水环真空泵的吸气腔室被汽化的水蒸汽充满，失去抽吸能力，所以水环真空泵所能达到的极限压力即为工作水温度所对应的饱和压力。由此可见，工作水的温度是制约水环真空泵抽气能力的重要因素。根据真空泵生产厂商的数据，当工作液温度为额定值15℃时，其极限压力为3kPa左右。但在电厂实际运行中，工作液温度往往远高于实际值，尤其在闭冷器的冷却器结垢等现象发生时，水环真空泵抽气能力下降明显，导致凝汽器压力上升。夏季工作水温度也较高，水环真空泵运行在极限压力附近，吸气效率急剧下降，有时甚至导致一台真空泵无法维持凝汽器的真空，严重影响凝汽器换热效率。另外，由于水环真空泵是一种容积泵，压缩比受结构限制，吸气腔室和排气腔室决定了水环真空泵的压缩比，变化范围较小，随凝汽器真空度提高，水环真空泵抽气能力随压缩比的增大而下降，当凝汽器真空度发生较大范围的变化时，单独使用水环真空泵无法有效地满足抽气要求。在冷却水进口温度较低的春冬季，凝汽器真空度较高，而在冷却水温度较高的夏季，凝汽器真空度较低。凝汽器压力可从3kPa变化到10kPa，这也就意味着抽气压缩比在10~33的范围内变化，当压缩比较大时，水环泵吸气效率低，容易出现压缩不足、出口压力低于大气压力的现象，同时凝汽器换热也因抽气系统的抽气能力不足而受到影响。鉴于目前使用的汽轮机抽气系统适应性差、能耗大的特点，一些电厂开始采用罗茨水环真空泵抽气系统，将水环式真空泵用作气冷式罗茨真空泵的前级泵，凝汽器抽出的蒸汽-空气混合物首先经由罗茨泵进行预压缩，后进入中间冷却器进行冷却，最后通入水环式真空泵后再由气水分离器排出。这样的罗茨-水环真空泵抽气系统有效提高了水环式真空泵的入口气体压力，水环泵工作液过冷度明显提高，压缩效率也明显提高。但是由于结构及工作原理的限制，气冷式罗茨真空泵入口工作压力有限制，因此不能用于机组启动时凝汽器真空的建立。一些电厂使用的罗茨-水环真空泵机组，由于选型、运行方式不当等问题，不但导致节能降耗效果不明显，甚至导致了凝汽器压力的升高。
技术实现思路
本专利技术的技术目的是在现有罗茨-水环真空泵机组的基础上进行改进，制定一套新型的凝汽器罗茨-水环真空泵变频控制抽气系统及其控制方法，针对现有技术中存在的问题，以改善现有技术的不足。为实现上述技术目的，本专利技术提供的技术方案为：一种汽轮机罗茨-水环真空泵变频控制抽气系统，包括由气冷式罗茨真空泵、喷水混合式冷却器及其进水水泵、气水分离器A、水环式真空泵、水环真空泵变频控制器、气水分离器B、抽气阀、三通阀、压力传感器A、压力传感器B、温度传感器A和控制系统，其特征在于：所述气冷式罗茨真空泵的抽气口通过设有抽气阀的管道与凝汽器的出口相连，其排气口与喷水混合式冷却器的气体入口连接，喷水混合式冷却器的气体出口与气水分离器A的入口连接，所述气水分离器A的出口与水环真空泵的抽气口连接，水环真空泵的排气口与气水分离器B连接；一条旁通管路的一端连接在抽气阀与气冷式罗茨真空泵之间的管路上，另一端通过三通阀连接在气水分离器A与水环真空泵之间的管路上，三通阀在控制系统控制下，决定是否旁路气冷式罗茨真空泵及其后冷却器和气水分离器A；所述压力传感器A设置在气冷式罗茨真空泵的抽气口前，用于监测抽气系统入口的气压；所述压力传感器B设置在水环真空泵抽气口与所述三通阀的出口之间，用于监测抽气系统中间点的气压；所述温度传感器A设置于喷水混合式冷却器内，用于监测喷水混合式冷却器内的气体温度；气冷式罗茨真空泵的驱动电机与控制系统连接，由控制系统控制启闭；所述水环真空泵的驱动电机通过变频控制器与控制系统连接，根据控制系统发送的控制指令利用变频控制器调整其转速；所述三通阀的第一进口与气水分离器A连接，第二进口与旁通管路连接，出口与水环真空泵连接，所述第一进口、第二进口各自设有控制阀门，且分别与所述控制系统连接，由控制系统控制通断；所述喷水混合式冷却器内设有喷洒减温水的喷头，喷头通过管路与混合式喷水冷却器进水水泵连接，进水水泵与控制系统连接，由控制系统控制启停。在上述方案的基础上，进一步改进或优选的方案还包括：所述喷水混合式冷却器采用的减温水为除盐水。所述气冷式罗茨真空泵与喷水混合式冷却器的连接管路上设有逆止阀A，所述三通阀与水环真空泵的连接管路上设有逆止阀B。所述喷水混合式冷却器的下部设有储液池，所述储液池通过管路与冷却器排水水泵连接，所述控制系统包括设置在喷水混合式冷却器内的液位传感器，所述液位传感器、冷却器排水水泵分别与控制系统连接，控制系统根据液位传感器反馈的信号，控制冷却器排水水泵的启停。所述喷水混合式冷却器的气体出口通过主管路与气水分离器A的入口连接，通过分支管路与气冷式罗茨真空泵的冷却气入口连接，以使返流气体对泵体进行冷却；所述水环真空泵的工作液采用气水分离器B的排水，所述工作液经汽水分离器B出水口流向水环真空泵进水口。所述气水分离器B的出水口与水环真空泵进水口之间的连接管路上安装有水环泵工作液冷却器和温度传感器B，所述水环泵工作液冷却器、温度传感器B分别与所述控制系统连接，控制系统根据温度传感器B的反馈调节水环泵工作液冷却器出口水温。一种基于如上所述汽轮机罗茨-水环真空泵变频控制抽气系统的抽气控制方法，其特征在于，包括以下步骤：汽轮机组启动前，打开所述抽气阀、三通阀第二进口的控制阀门，关闭三通阀第一进口的控制阀门，使旁通管路处于通路状态，气冷式罗茨真空泵被旁路，启动水环真空泵，将其调节到最大功率，迅速建立凝汽器真空；当凝汽器内气压值达到或低于预设值时，关闭三通阀第二进口的控制阀门，打开第一进口的控制阀门，关闭旁通管路，启动气冷式罗茨真空泵。汽轮机组正常运行时，控制系统根据压力传感器A测量的压力值确定气冷式罗茨真空泵的最优压缩比，同时根据压力传感器B发送的中间点压力信号计算求得气冷式罗茨真空泵实际的压缩比，将所述最优压缩比作为目标值，将实际压缩比与目标值进行对比后，根据比较结果，调整水环真空泵的转速，若气冷式罗茨真空泵实际的压缩比小于目标值，则降低转速；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种汽轮机罗茨‑水环真空泵变频控制抽气系统，包括气冷式罗茨真空泵（100）、喷水混合式冷却器（200）及其进水水泵、气水分离器A（400）、水环式真空泵（500）、水环真空泵变频控制器（600）、气水分离器B（700）、抽气阀（801）、三通阀（803）、压力传感器A（901）、压力传感器B（904）、温度传感器A（903）和控制系统，其特征在于：所述气冷式罗茨真空泵（100）的抽气口通过设有抽气阀（801）的管道与凝汽器的出口相连，其排气口与喷水混合式冷却器（200）的气体入口连接，喷水混合式冷却器（200）的气体出口与气水分离器A（400）的入口连接，所述气水分离器A（400）的出口与水环真空泵（500）的抽气口连接，水环真空泵（500）的排气口与气水分离器B（700）连接；一条旁通管路的一端连接在抽气阀（801）与气冷式罗茨真空泵（100）之间的管路上，另一端通过所述三通阀（803）连接在气水分离器A（400）与水环真空泵入口逆止阀（804）之间的管路上，三通阀（803）在控制系统控制下，决定是否旁路气冷式罗茨真空泵（100）及其后冷却器（200）和气水分离器A（400）；控制系统中所述压力传感器A（901）设置在气冷式罗茨真空泵（100）的抽气口前，用于监测抽气系统入口的气压；所述压力传感器B（904）设置在水环真空泵（500）抽气口与三通阀（803）的出口之间，用于监测抽气系统中间点的气压；所述温度传感器A（903）设置于喷水混合式冷却器（200）内，用于监测喷水混合式冷却器（200）内的气体温度；气冷式罗茨真空泵（100）的驱动电机与控制系统连接，由控制系统控制启闭；所述水环真空泵（500）的驱动电机通过所述变频控制器（600）与控制系统连接，根据控制系统发送的控制指令利用变频控制器（600）调整其转速；所述三通阀（803）的第一进口与气水分离器A（400）连接，第二进口与旁通管路连接，出口与水环真空泵（500）连接，所述第一进口、第二进口各自设有控制阀门，且分别与所述控制系统连接，并由控制系统控制通断；所述喷水混合式冷却器（200）内设有喷洒减温水的喷头，喷头通过管路与喷水混合式冷却器（200）的进水水泵连接，所述进水水泵与控制系统连接，由控制系统控制启停。...

【技术特征摘要】
1.一种汽轮机罗茨-水环真空泵变频控制抽气系统，包括气冷式罗茨真空泵（100）、喷水混合式冷却器（200）及其进水水泵、气水分离器A（400）、水环式真空泵（500）、水环真空泵变频控制器（600）、气水分离器B（700）、抽气阀（801）、三通阀（803）、压力传感器A（901）、压力传感器B（904）、温度传感器A（903）和控制系统，其特征在于：所述气冷式罗茨真空泵（100）的抽气口通过设有抽气阀（801）的管道与凝汽器的出口相连，其排气口与喷水混合式冷却器（200）的气体入口连接，喷水混合式冷却器（200）的气体出口与气水分离器A（400）的入口连接，所述气水分离器A（400）的出口与水环真空泵（500）的抽气口连接，水环真空泵（500）的排气口与气水分离器B（700）连接；一条旁通管路的一端连接在抽气阀（801）与气冷式罗茨真空泵（100）之间的管路上，另一端通过所述三通阀（803）连接在气水分离器A（400）与水环真空泵入口逆止阀（804）之间的管路上，三通阀（803）在控制系统控制下，决定是否旁路气冷式罗茨真空泵（100）及其后冷却器（200）和气水分离器A（400）；控制系统中所述压力传感器A（901）设置在气冷式罗茨真空泵（100）的抽气口前，用于监测抽气系统入口的气压；所述压力传感器B（904）设置在水环真空泵（500）抽气口与三通阀（803）的出口之间，用于监测抽气系统中间点的气压；所述温度传感器A（903）设置于喷水混合式冷却器（200）内，用于监测喷水混合式冷却器（200）内的气体温度；气冷式罗茨真空泵（100）的驱动电机与控制系统连接，由控制系统控制启闭；所述水环真空泵（500）的驱动电机通过所述变频控制器（600）与控制系统连接，根据控制系统发送的控制指令利用变频控制器（600）调整其转速；所述三通阀（803）的第一进口与气水分离器A（400）连接，第二进口与旁通管路连接，出口与水环真空泵（500）连接，所述第一进口、第二进口各自设有控制阀门，且分别与所述控制系统连接，并由控制系统控制通断；所述喷水混合式冷却器（200）内设有喷洒减温水的喷头，喷头通过管路与喷水混合式冷却器（200）的进水水泵连接，所述进水水泵与控制系统连接，由控制系统控制启停。2.根据权利要求1所述的一种汽轮机罗茨-水环真空泵变频控制抽气系统，其特征在于，所述喷水混合式冷却器（200）采用的减温水为除盐水。3.根据权利要求1所述的一种汽轮机罗茨-水环真空泵变频控制抽气系统，其特征在于，所述气冷式罗茨真空泵（100）与喷水混合式冷却器（200）的连接管路上设有逆止阀A（802），所述三通阀（803）与水环真空泵（500）的连接管路上设有逆止阀B（804）。4.根据权利要求1所述的一种汽轮机罗茨-水环真空泵变频控制抽气系统，其特征在于，所述喷水混合式冷却器（200）的下部设有储液池，所述储液池通过管路与冷却...

【专利技术属性】
技术研发人员：王骏，高远，吴正勇，姚永灵，张泰岩，徐斌，卢承斌，卢修连，许健，戴兴干，
申请(专利权)人：江苏方天电力技术有限公司，国网江苏省电力有限公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32