凝汽器作為汽輪機冷端設(shè)備的重要組成部分，其冷端損失是汽輪機發(fā)電機組的最大可控?fù)p失，而汽輪機抽氣系統(tǒng)是影響凝汽器真空的重要因素。水環(huán)真空泵（簡稱水環(huán)泵）因具有抽速大、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，被廣泛運用于汽輪機凝汽器抽氣系統(tǒng)。
一方面，水環(huán)泵以水為工作介質(zhì)，工作液達到飽和溫度時就會汽化，因而決定了其極限抽氣壓力；
另一方面，凝汽器壓力隨季節(jié)變化，但水環(huán)泵近似容積泵，壓縮比雖能在一定范圍內(nèi)變化，但會產(chǎn)生附加損失導(dǎo)致能耗增大。針對目前水環(huán)泵抽氣系統(tǒng)存在的問題，某些發(fā)電廠 將氣冷式羅茨機械真空泵（簡稱羅茨泵）用作前級泵，提高水環(huán)泵吸氣壓力和抽氣能力，稱羅茨泵與水環(huán)泵復(fù)合抽氣系統(tǒng)。
傳統(tǒng)羅茨泵機組采用表面式換熱器，但由凝汽器抽氣中含有相當(dāng)一部分空氣，積聚在換熱器管束周圍將會影響冷卻效果。筆者基于凝汽器采用羅茨泵與水環(huán)泵復(fù)合抽氣系統(tǒng)，優(yōu)化泵組中間換熱器，采用混合式噴水冷卻器代替表面式換熱器，建立抽氣系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，分析噴水冷卻器減溫水質(zhì)量流量對泵組功耗的影響，并進行中間點冷卻優(yōu)化。
某600ＭＷ 機組配備Ｎ－36000型凝汽器，該凝汽器為雙背壓、雙殼體、單流程、表面式橫向布置凝汽器，循環(huán)冷卻水設(shè)計溫度為20℃，筆者以低壓側(cè)凝汽器為研究對象進行數(shù)學(xué)計算。抽氣系統(tǒng)應(yīng)滿足不同凝汽器背壓下的最大要求抽氣量，采用ＺＪＱ－1800型羅茨泵后接２BEC－50型水環(huán)泵。圖１為該機組凝汽器抽氣系統(tǒng)示意圖。
凝汽器中蒸汽空氣混合物首先由羅茨泵進行預(yù)壓縮，氣體壓力和溫度將會明顯提高，壓力的提高避免了水環(huán)泵長期工作在極限壓力附近?；旌蠚怏w隨后經(jīng)過噴水冷卻器噴射減溫水進行降溫，使得減溫后的氣體返流至茨泵進氣腔室，冷卻羅茨泵的轉(zhuǎn)子和腔室；
由于溫度的降低混合氣體體積流量減小，對水環(huán)泵抽氣出力要求降低，節(jié)省了水泵功耗。相比傳統(tǒng)機組，該系統(tǒng)采用混合式噴水冷卻器代替表面式冷卻器，主要依靠減溫的蒸發(fā)吸熱。減溫水水源來自閉式冷卻器的除鹽水，溫度水環(huán)泵工作液接近。由于水的汽化潛熱巨大，而蒸汽和空氣的比熱容較小，少量的減溫水即可起到有效的冷卻作用，相比表面式冷卻器冷卻水的利用率更高。冷卻器底部設(shè)有水泵，將未蒸發(fā)的減溫水抽回到凝汽器熱井中。
進行冷卻優(yōu)化時，應(yīng)綜合考慮減溫水質(zhì)量流量和泵組功耗影響等因素。
2.1減溫水質(zhì)量流量
若噴水冷卻器的減溫水質(zhì)量流量較少，混合氣體中蒸汽質(zhì)量流量僅有少量增加。隨著噴水冷卻器的減溫水量增加，混合氣體的溫度逐漸降低，若低于初始蒸汽分壓對應(yīng)的飽和溫度，一部分蒸汽將發(fā)生冷凝，總蒸汽質(zhì)量流量可能減小。在噴水冷卻器中，根據(jù)能量守恒定律且 不考慮冷卻器與外界環(huán)境換熱，混合氣體中的蒸汽和空氣放熱量應(yīng)等于冷卻水的吸熱量。
如果減溫水用量較少，減溫后混合氣體溫度高于混合氣體中蒸汽分壓應(yīng)飽和溫度，且混合氣體中空氣比熱容很小，少量減溫水即能起到顯著的冷卻效果。如果減溫水用量較多，減溫后混合氣體溫度低于混合氣體中蒸汽分壓對應(yīng)飽和溫度，部分蒸汽將發(fā)生冷凝，減溫后蒸 汽質(zhì)量流量可能減少。求得新的蒸汽質(zhì)量流量后可根據(jù)道爾頓分 壓定律確定蒸汽分壓，重新查表得到蒸汽比焓，進行迭代計算，當(dāng)誤差小于0.5％時停止迭代（見 圖２）。
2.2 泵組功耗
抽氣系統(tǒng)的泵組功率計算具體見文獻［朱靈瑜，王駿，吳正勇，等．凝汽器復(fù)合真空泵抽氣系統(tǒng)壓縮比分配研究［Ｊ］．發(fā)電設(shè)備，２０１８，３２（２）：８６－９０．］。
在夏季和冬季工況下，進行計算分析時所有工況的參數(shù)匯總見表１。
３．１ 混合氣體中蒸汽不發(fā)生冷凝
機組負(fù)荷率分別為100％、90％、80％、70％ 時，在夏季和冬季工況下減溫水質(zhì)量流量對泵組功耗的影響見圖３。
由圖３可知：增加減溫水質(zhì)量流量可有效降低泵組功耗，且夏季工況泵組功耗降低更明顯，降低了近10％。因 此 在 進 行 冷 卻 優(yōu) 化 時 可 以適當(dāng)增加減溫水質(zhì)量流量，尤其是在夏季。
３．２ 混合氣體中蒸汽部分發(fā)生冷凝
機組負(fù)荷率分別為100％、90％、80％、70％時，在夏季和冬季工況下蒸汽冷凝質(zhì)量比對減溫 水質(zhì)量流量的影響見圖４。
機組負(fù)荷率分別為100％、90％、80％、70％時，在夏季和冬季工況下蒸汽冷凝質(zhì)量比對泵組 功耗的影響見圖５。
由圖４、圖５可知：在夏季、冬季工況下，泵組 功耗幾乎與蒸汽冷凝質(zhì)量比無關(guān)，但是減溫水質(zhì) 量流量受蒸汽冷凝質(zhì)量比影響較大。
３．３ 蒸汽冷凝臨界點計算
同一工況下，隨著噴水冷卻器的減溫水質(zhì)量 流量的增加必然存在某個確定的質(zhì)量流量使蒸 汽剛好能夠發(fā)生冷凝，此時的蒸汽壓力等于該溫度對應(yīng)的飽和蒸汽壓力。仍然采用圖２的計算流程，按照混合氣體中蒸汽部分發(fā)生冷凝的計算方法，蒸汽冷凝質(zhì)量比?。?。夏季、冬季工況臨界泵組功耗及臨界減溫水質(zhì)量流量隨機組負(fù)荷率的變化見圖６。
在蒸汽不發(fā)生冷凝的情況下增加減溫水質(zhì) 量流量可有效降低泵組功耗。若減溫水質(zhì)量流 量過大，蒸汽發(fā)生冷凝，雖然計算得到的蒸汽質(zhì)量流量減小，但實際上需要大量的減溫水蒸發(fā)吸 熱以平衡蒸汽冷凝產(chǎn)生的汽化潛熱，綜合多方因 素蒸汽質(zhì)量流量幾乎維持不變，泵組功耗不受蒸汽冷凝質(zhì)量比的影響。因此，在進行冷卻優(yōu)化時，應(yīng)在盡量避免發(fā)生蒸汽冷凝的情況下增加減溫水質(zhì)量流量。
筆者基于復(fù)合抽氣系統(tǒng)，采用混合式噴水冷卻器代替表面式換熱器，對混合氣體中蒸汽不發(fā)生冷凝和蒸汽部分冷凝分別進行討論，優(yōu)化了噴水冷卻器的減溫水質(zhì)量流量，得出以下結(jié)論：
（１）蒸汽不發(fā)生冷凝時泵組功耗隨減溫水質(zhì)量流量的增加而明顯降低；蒸汽部分冷凝時 泵組功耗隨減溫水減溫水質(zhì)量流量的增加幾乎不變。
（２）進行噴水冷卻優(yōu)化時應(yīng)在避免蒸汽冷凝的前提下增加減溫水質(zhì)量流量。
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