干式真空泵组在直接空冷机组中的应用研究与优化方向

1 引言

直接空冷机组因空冷凝汽器容积大（可达 2500m³ ）、背压波动范围宽（ 5-40kPa， ），其真空系统面临严峻挑战。传统水环真空泵存在汽蚀损坏（年故障率超 10% ）、高温工况抽气衰减（水温 >35^∘C 时抽速下降 30% ）及能耗高（ 160kW， 台）问题。干式真空泵组通过罗茨泵预抽与螺杆泵深度压缩的组合模式，实现无油、耐腐蚀的高效抽真空。本案例将其引入直接空冷机组，开展系统性性能对比与优化分析。

2 不同真空泵工作原理及性能对比

2.1 工作机理差异

2.1.1 水环真空泵：

依赖叶轮偏心旋转形成水环密闭容积，通过容积变化实现气体压缩。其工作液需持续冷却（耗水量 80t/h ），且气体压缩过程近似等温。易因工作液汽化引发汽蚀，导致转子裂纹甚至断裂。

另外，水环泵的一个显著特点是在较低的抽气压力下所抽气的容积流量随着抽气压力的下降而急剧较少。其原因之一是水环真空泵是一种容积泵，有余隙容积。在余隙容积一定的情况下，抽气压力降低，水环真空泵的吸气容积减少，达到某一极限时，就完全不能吸气。因此，标准规定单级水环真空泵的设计抽气压力不小于 3.39kPa（a） （密封冷却水温 15°C 时）。

2.1.2 罗茨-螺杆干式泵组：

干式高效真空泵组主要由罗茨真空泵与螺杆真空泵串联组成。干式真空泵是在转子与泵体组成的一个工作室，转子与泵体之间没有磨擦且保持一定的间隙。泵工作时，相互之间无磨擦，运转平稳，噪音低，工作腔无需润滑油或工作水，转子、泵体防腐技术，因此干式罗茨、螺杆泵能抽除含有大量水蒸汽及少量粉尘的气体场合，极限真空更高，消耗功率更低，具有节能，降耗，维修量小等优点。无泄漏、无磨损特殊设计复合密封，使用寿命长，解决轴承润滑油乳化、泄露问题。

2.2 水环真空泵与罗茨-螺杆干式泵组关键性能参数对比

注：干式泵组抽气量提升源于罗茨泵在低背压区高抽速特性与螺杆泵高压缩比协同作用。

表 1

3 干式真空泵组对背压与能耗的影响分析

3.1 干式真空泵组降低背压的工作机制

3.1.1 泄漏气体高效抽除：罗茨泵在 10-30kPa 区间抽速为水环泵的2.3倍，快速抽出空气泄漏（典型值 40kg/h⟩ ），减少凝汽器热阻。

3.1.2 无蒸汽返流污染：干式泵无需工作液，避免水蒸气溶解于工作液导致的真空度下降，维持极限真空稳定性。

3.1.3 实测数据：某 350MW 机组，负荷率 60% 左右，平均环境温度23°C ，空冷耗电率 1% ，干式真空泵组替换水环泵后：

3.1.4 月平均背压同期（7 月）由 12.35kPa 降至 10.71kPa （降幅 1.64kPa， ）；

3.1.5 凝结水过冷度同期下降 0.5°C 。

3.1.6 夏季高温时段背压波动范围收窄至 _±0.3kPa （水环泵为 ±1.2kPa. ）。

3.2 能耗降低效益

背压每降低 1kPa ，汽轮机热耗减少 1.5-2.0% 。采用干式泵组后：3.2.1单机组煤耗下降： 2.1g/kWh （年运行 5000h 计算，节煤 6，730t） ；

3.2.2 厂用电率优化：真空系统功耗由 160kW 降至 90kW ，年节电 32.5万 kWh。

3.2.3 节水效益显著：通过干式真空泵组冷却器将抽出的汽气混合物冷却，疏水回收至主机系统参与循环，节水量 0.8t/h 。

4 优化方向

4.1 智能联动调节：

4.1.1 背压 >10kPa 时启动罗茨泵快速抽气；

4.1.2 背压 <5kPa 时切换螺杆泵深度维持；

4.1.3 通过动态调节功率分配，综合能效提升 12% 。

4.2 热能回收集成：现泵组排气热量（ 80-120^∘C ）通过机组闭冷水冷却后排至大气，可利用这部分热量预热凝结水或厂内生活热水，实现能源梯级利用。

4.3 适应直接空冷特性的改进

4.3.1 大容积快速启动：增设大流量罗茨泵预抽单元（抽速 >1，000 m³/h^⋅ ），将 2500m³ 空冷凝汽器抽真空时间缩短至 40min （水环泵需 90min ）。

4.3.2 防冻堵设计：低温地区泵腔加装电加热带，防止停机时残余水蒸气凝结。

5 结论

5.1.1 干式真空泵组（罗茨 + 螺杆）在直接空冷机组中具备显著技术优势：

5.1.2 抽气性能跃升：干空气抽气量提高 115% 以上，极限真空度达100Pa 级，彻底解决汽蚀顽疾；

5.1.3 经济性突出：降低背压 1.5-2.5kPa ，减少煤耗 2.1-2.5g/kWh ，投资回收期 <3 年；

5.1.4 系统兼容性强：通过变螺距螺杆设计、智能联动控制及防腐涂层优化，适配空冷机组大容积、宽背压工况需求。

5.1.4 未来需深入开展变工况适应性试验，并结合空冷系统防冻探索冬季运行方式，以进一步提升全负荷区间能效。

参考文献

安亚军等. 罗茨–水环泵组在大型直接空冷机组中的应用研究. 中国电力，2018.

李林等罗茨、水环、螺杆真空泵的区别 机械工程，2022.

螺杆真空泵与罗茨真空泵比较 锦工罗茨风机 ，2021.

史良宵等. 主机真空保证优化方案及系统配置研究 中国机械， 2022.