射水抽气设备工作水温过高对真空的影响及改进措施

摘 要：在本文研究过程中，主要针对山西某余热电厂射水抽气设备工作水温高而引起真空低问题进行分析，阐述了抽气器和凝汽器间的压力关系和抽气设备工作水温对真空的影响，提出在凝汽器与抽气器之间的管线上增加冷却器的方法，促进水蒸气的冷凝，不断降低射水使其冷凝，有效的降低抽气设备内部的温度，满足实际生产的需要。

关键词：射水抽气器；冷却器；真空；工作水温；凝汽器

1 前言

射水抽气器具有其他设备无法比拟的优势，能够极大地提升抽气量，降低能耗，减少水蒸气损失，具有稳定可靠的特点，受到各大企业的欢迎。在山西某余热电厂使用的是南京苏荣机械厂的CS12-2型射水抽气器。射水抽气设备的抽吸过程中，再很大程度上影响了内部空气集聚的效果，同时会直接影响到实际水的温度。在实际应用过程中，现在电厂广泛采用射水池溢流补水的方法降低其工作水温，维持水池水量，但在夏季，由于环境温度较高，射水池中的工作水温通经常高达30℃，但是采用这种方法，很难获得良好的效果，出现热量损失，并且实际温度过高，降低抽气器工作性能，影响到实际凝气器的效果，增加了生产投资。因此，本文就针对射水抽气设备工作水温过高对真空的影响及改进措施展开论述。

2 射水抽气器抽真空系统

山西某余热电厂，为了提升实际生产的收益，主要采用射水抽气器。射水抽气器的混合室与凝汽器通过管道相连接，之间安装有止回阀，来自射水泵的高压水，通过抽气器喷嘴使压力变成动能，以一定的速度从抽气器喷嘴喷出，从而使混合室中形成高度真空。凝汽器中的气汽混合物被吸入混合室与工作水混合，一起进入扩压管，在扩压管中将动能变成压力势能，在略高于气压的情况下随水流排入射水池。同时气汽混合物中的水蒸气凝结成水放出大量得热，使射水池温度不断上升，通过射水池中的溢流阀与补水阀不断的对水池进行水温调节。

3 抽气器工作水温过高对真空的影响

3.1 凝汽器与抽气器的压力关系

在凝汽器中，由于大量的乏汽被冷凝成水，导致体积骤然减小，从而使凝汽器中的压力远小于大气压建立高度真空，而凝汽器内的蒸汽压力就是蒸汽凝结温度对应的饱和压力，由凝汽器热平衡和换热条件可知蒸汽凝结温度为：

在运行中除了保证循环冷却水的正常运行外，还应当保证抽气器及真空系统的正常工作，抽气器能够实现连续工作，不断抽出内部不凝结砌体，保证形成高度真空，但是在实际运行过程中，射水抽气设备对凝汽器工作性能产生非常明显的影响。其二者之间的关系可用以下压力方程进行描述。下面就针对凝汽器压力与抽气器抽吸压力之间的关系展开论述：

上式中：Pk为凝汽器压力，△Pc为凝汽器汽阻，Pk"为抽气器抽气口压力。pk，t为给定条件下纯蒸汽凝结时凝汽器理论压力，△pk为凝汽器压力变化，A为表征抽气引射器系数，Da为抽吸不凝结气体的质量流量，ps为抽气器抽吸口气汽混合物温度对应的蒸汽分压力。

由（1）～（4）式得凝汽器压力变化与抽气工况的关系：

由此看出，凝汽器真空直接与凝汽器运行工况、射水抽气器吸入口处气、汽混合物的温度和抽吸干空气流量有关，射水抽气器抽气室压力ps与凝汽器真空变化△pk成线性正比关系。

3.2 抽气设备工作水温的影响

在射水抽气器运行过程中，根据空气质量划分的标准，蒸汽会占到所有气体的三分之二，剩下的不凝结砌体占到三分之一。当水蒸气被抽到抽气器后，温度就会升高，形成相应的特性曲线

根据实际运行的结果，在水温达到30℃时，每升高5℃， 内部压力就会不断上升，从而对抽气器造成一定的影响。另外，根据实际由水蒸汽热力性质分析，在设备实际运行过程中，一旦出现射水温度高于射水抽气器喉部压力的饱和温度，就会出现汽化现象，增加吸入室的压力，极大地降低内部抽吸能力，导致真空出现恶化问题。而为了降低射水池温度，就要加大射水池换水量， 然而在电厂实际运行中，即使这样也不能保障射水池水温达到所需的工作温度。所以为了降低射水池的工作水温只得考虑其他途径和方法。

4 抽气器抽真空系统增加冷却器的改进措施

4.1 抽气器入口增加冷却器吸收的热量来源

为了保证实际效果，实际操作人员要控制好水池的温度，避免的出现过快升高情况。工作水温的升高使得真空恶化严重，在此情况下考虑到从抽气源头上控制热量进入射水抽气设备，提出在凝汽器与射水抽气器之间增加冷却器，以增加的冷却器所吸收的热量，作为计算及分析的基础条件。

热源中的第二项不予不计，现场凝汽器名牌排气量为113.25 kg/h，根据美国换热器行业协会（HEI）标准，抽气设备抽吸的混合物的中不凝结气体为：37.75 kg/h，水蒸汽为：75.5 kg/h。在实际运行过程中，當抽吸的气、汽混合物温度达到30℃，需要分析水蒸汽汽化潜热值，则冷却器最大可以吸收Q为182538.51kJ/h的热量。

4.2 冷却器的设计与系统布置分析

在冷却器实际运行过程中，由于受到射水泵的耗功等因素影响，就会产生一定的热量，因此，为了满足实际生产的需要，现场操作人员需要在抽气器吸入室之前，导出气汽混合物，最大限度的减少热量损耗，因此，从系统布置出发，为了满足实际生产需要，操作人员可以安装相应的冷却器，利用管道回收水蒸气。在水蒸气进入冷却器以后，需要利用化学补水的方式，通过扩大换热面积，获得良好的换热效果。另外，针对冷却器内的压力低于凝汽器内的压力，操作人员需要结合实际情况，利用相应的高度差，采用卧室布置的方式，从而提升效果。同时，针对抽汽管道内混合气体换热条件差的问题，操作人员需要根据现场设备运行情况，采用混合式换热器，从而满足实际生产的需要，

4.3 增加冷却器的计算分析

发电分厂配套的射水抽气器型号为CS12-2，为了满足实际生产的需要，避免对设备产生不良影响，需要设计进水温度为20℃，并且需要控制好渐缩喷嘴出口处膨胀的绝对压力，大概在3.43KPa左右，对应的饱和温度为26℃。因此，为了保证机组正常运行时，须保证射水池水温在26℃以下，才能满足实际生产需要。

但是在夏季生产过程中，温度最高可达35℃，需要结合实际情况计算的好射水池的水温和压力。在通常情况下，可以采用以下计算方式：

其中P1为喷嘴进口压力，喷嘴与射水泵出口高差为8m，忽略射水泵至喷嘴管道的压损，则：

P1=0.28-103×9.8×8×10-6=0.2016 MPa。

P2为喷嘴出口压力，一般比凝汽器的压力高0.0002MPa，即

P2=0.0052+0.002=0.0054MPa。

喷嘴口径为90mm时，则通过喷嘴的工作水流量为：

射水抽气器之前增加的冷却器最大吸收热量Q为182538.5kJ/h，则由换热方程可得射水池工作水温升的变化：

由此可见，当射水池温度达到30℃以后，增加冷却器，射水抽气器投入工作约40h后，便可将水温维持在26℃以下。30℃和26℃时工作水温所对应的饱和蒸汽压Ps分别为4.2kPa、3.43kPa，射水抽气器铭牌抽气量D为40kg/h，吸入空气的容积流量υ为1886.5m3/h，根据射水抽气器特性方程可知，抽气器吸入室压力为：

那么射水抽气器吸入室的压力在工作水温由30℃降到26℃的压降为：

4.4 新增冷却器后的经济分析

由上述计算可知，在冷却器投入约40小时后，射水池温度降低4℃，维持在26℃以下，需要实际工作人员把凝汽器真空提高约0.8KPa，从而降低实际生产的投资成本[2]。本厂机山西某余热电厂机组功率为12MW，按当前煤价635元/吨计算，则每小时可节约2.4×10-6×12×103×635=18.29元/小时，一年按300天运行，则每年可节约13.2万元以上。

5 结论

（1）凝汽器真空随着射水抽气器吸入室压力变化成线性变化，射水抽气器的工作水温升高直接导致抽气设备的效率减低，从而使凝汽器真空降低。

（2）射水抽气真空系统增加冷却器后，投入约40小时能够降低射水泵工作水温约4℃，提高凝汽器真空0.8KPa，每年产生13.2万余元的经济效益。

参考文献：

[1] 王秋东.循环水系统运行优化的研究与应用[D].南京：東南大学，2008.

[2] 张卓澄.大型电站凝汽器[M].北京：机械工业出版社，1993.

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