在發電廠中，提高汽輪機工作蒸汽的初參數和降低汽輪機蒸汽終壓都可以提高循環熱效率。凝汽設備運行經濟性總指標是凝汽器真空度，凝汽器真空度每降低1%，約使發電標煤耗升高3g/kw·h，按照30MW機組計算，每年發電量2.1億kw·h，將增加60余萬元燃料費用，同時還帶來大量的潛熱損失。要想維持真空度，就需要增加循環水泵運行臺數來增加循環水量，增加射水泵或真空泵運行抽出大量不凝結氣體，增加廠用電耗同時，抽出的混合氣體中可凝結水蒸汽熱焓也白白浪費了，還降低了設備使用壽命。究竟什么是凝汽器真空？真空低會帶來哪些危害呢？如何去優化真空系統呢？我們一起來看一看。

01、什么是凝汽器真空？

凝汽器的真空是真空泵或射水泵將凝汽器中的空氣抽出；機組沖轉后，進入凝汽器的汽輪機排汽受到循環水的冷卻而連續不間斷地凝結成水，其體積大大地縮小，原來由蒸汽充滿的容器空間就形成了高度真空。

凝汽器真空的維持：靠循環水不間斷地將排汽的熱量帶走，使得蒸汽的凝結過程不間斷地進行；靠真空泵或射水泵將不凝結的氣體不間斷地排出，使這些氣體不至于在凝汽器中積累而造成真空的破壞。

汽輪機運行中，在同樣的蒸汽流量、參數情況下，提高凝汽器真空，可使蒸汽在汽輪機中的可用焓增加，相應增加汽機負荷。但是在提高真空的同時，需要向凝汽器多供循環水，從而增加循環泵的電耗。由于凝汽器真空提高，使汽輪機功率增加比循環泵多耗功率為最大時的真空為凝汽器的最佳真空。

02、凝汽器真空過低的危害有哪些？

1、真空下降使排汽的容積流量減小，對末幾級葉片工作不利。末級要產生脫流及旋流，同時還會在葉片的某一部位產生較大的激振力，有可能損壞葉片，造成事故。

2、可能使汽輪機的軸向推力增加。

3、排汽溫度過高時，可能引起凝汽器冷卻水管脹口松弛，破壞嚴密性。

4、排汽溫度升高，排汽缸及軸承座受熱膨脹，可能引起中心變化，產生振動。

5、排汽壓力升高，可用焓降減少，不經濟，同時使機組出力降低。

03、零功耗真空多效節能系統優勢突出

北京松杉低碳技術研究院開發了“零功耗真空多效節能系統”技術，該技術是在水環真空泵入口或射水抽汽器前加裝零功耗直接混合降溫技術裝置。基于伯努利定律和熱力學定律基礎，一方面基于伯努利原理，將先進流體動力學、熱力學等理論與實踐具體結合，建立抽真空氣汽混合物的質量流量模型，并在此基礎上定制設計零功耗真空多效節能裝置；另一方面，在不同的環境溫度及循環水冷卻效果情況下，通過人工智能遺傳算法的模型預測技術，選擇相對應的質量流量點抽真空系統模型，通過精準控制系統進一步地運行優化，來盡可能的預測保證凝汽器最佳換熱效果，從而實現新型零功耗真空多效節能。

零功耗直接混合降溫技術裝置原理示意圖

利用自主研發的零功耗降溫降壓技術，根據不同的機組條件建立氣汽混合物比體積流量與機組真空的多維度數學模型，基于能量守恒原理基礎上將先進流體運動力學、熱力學等理論與實踐具體結合，以及在抽真空的氣汽混合物比體積流量和質量流量的模型預測的基礎上對裝置進行定制設計。在真空泵進口前加裝零功耗直接混合降溫技術裝置，混合氣體在通過該裝置時，所含的絕大部分高溫蒸汽將被凝結吸收，凝結水回到熱井進入凝結水系統。除去高溫蒸汽的氣體會抑制工作液溫度上升，提升真空泵的效能，提高凝汽器的真空。

零功耗直接混合降溫技術裝置示意圖

該技術已經成功應用于國內大型火電600MW和300MW機組，節能效果的數據非常優秀。目前，北京松杉低碳技術研究院已經對30MW農林生物質發電項目機組進行可行性研究，機組年發電量2.1億kw·h，發電單位燃料耗量0.001572t/kw·h，燃料熱值2268.64kcal。按照機組運行小時數7000h/年、按照當前生物質燃料價格折算標煤價格約1000元/噸、電價0.75元/kw·h、輔機蒸汽價格33元/t、凝結水價格15元/t，機組使用真空泵為37kw，可研測算數據如下：

（1）節約燃料效益

年可節約標煤量：

210000000×1×3/1000000=630t

折合效益630×1000/10000=63萬元

（2）回收潛熱效益

回收前，這部分熱量需要通過水環真空泵壓縮做功冷凝成水，是被浪費的可用熱量。回收潛熱熱量，查焓熵圖，按照12t/h的化補水平均升溫28℃來測算。

吸收潛熱600×12000×28=336000kcal/h

每年吸收潛熱相當于節約標煤量

336000/7000×7000/1000=336t

折合效益336×1000/10000=33.6萬元

（3）回收凝結水效益

被冷凝的水蒸氣潛熱600kcal/kg,回收的凝結水量：336000/600×7000/1000=3920t

回收凝結水收益：3920×15/10000=5.88萬元

（4）節約廠用電效益

因使用真空發生裝置代替水環真空泵（按單臺真空泵計算）運行，可產生節電：37×7000=259000kw·h

折合效益：259000×0.75/10000=19.43萬元

（5）碳資產效益

節約的廠用電直接上網，以多發電1MWh可獲得0.6tCO2的碳資產效益計算，CO2價格為35元/t，因此年可增加碳資產效益：

259000/1000×0.6×35/10000=0.54萬元

（6）消耗輔汽費用

真空發生裝置預計使用輔汽流量為0.25t/h，因此年消耗輔汽費用為：

0.25×33×7000/10000=5.78萬元

綜上：

1、1臺30MW機組年節約標煤996t；

2、則每年收益為：63+33.6+5.88+19.43+0.54-5.78=116.67萬元

使用案例

技術使用案例：2021年實施的“國家電投內蒙古某燃煤發電廠300MW機組冷端優化綜合提效技術的應用項目”。

機組改造后聘請專業機構進行性能試驗，得出以下結論：

（1）冷端優化提效技術與兩臺真空泵運行相比，汽輪機排汽壓力降低1.15kPa；

（2）冷端優化提效技術與兩臺真空泵運行相比，機組出力增加0.64%；

（3）冷端優化提效技術年可回收真空抽汽系統的凝結水量約8909t；

（4）通過計算，零功耗真空多效節能系統應用，可降低發電煤耗2.08g/kWh；冷端優化提效技術可降低發電煤耗1.23g/kWh；

（5）冷端優化提效技術停運兩臺真空泵，綜合廠用電率降低0.08個百分點。

案例項目現場照片展示

經濟效益分析

該電廠為2×300MW機組為孤網運行機組，其發電用于電解鋁廠。其中每年的1月、2月、3月、4月、5月、8月、9月、10月共8個月電解鋁需要大量向電網購電，因此這8個月按照多發電計算，剩下的4個月按照提高真空節約標煤耗計算。

（1）多發電效益約256.74萬元；

（2）節約標煤效益約62.58萬元；

（3）吸收水蒸氣潛熱（廢熱）效益約38.57萬元；

（4）回收凝結水效益約17.82萬元；

（5）降低廠用電效益約50.4萬元；

（6）消耗輔汽費用約79.2萬元；

（7）運行維護費用每年約10萬元；

（8）均攤到每年的折舊費約26.25萬元；

合計總效益為310.66萬元，即1臺300MW機組每年收益為310.66萬元，項目投資回報期約2年。

社會效益分析

20.05818億發電節約標煤效益為4172t/年，加上回收潛熱節約標煤857.14/年,則年節約標煤總量為5029.14t。

根據該機組2020年及2021年的煤質分析報告，到廠煤熱值為2800kcal，含硫量0.7%，含碳量30%。

將標煤換算成到廠煤即：5029.14×7000/2800=12572.85t

單臺機組年減少排放SO2：12572.85×（0.7%×2）=176t

單臺機組年減少排放CO2：12572.85×（30%×44/12）=13830t

碳中和背景下，以CO2排放價格按50元/噸計算，年節約CO2排放購置費用69.15萬元，即年減排收益69.15萬元。

項目綜合收益

經濟效益310.66萬元+社會效益69.15萬元=綜合效益379.81萬元

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