凝汽器集中發(fā)球清洗技術(shù)及工程實(shí)踐分析

引言

凝汽器清洗裝置是汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中對(duì)凝汽器冷凝管內(nèi)污垢進(jìn)行清潔的裝置,該裝置的運(yùn)行情況直接影響凝汽器的冷凝效果,進(jìn)而影響機(jī)組效率,還會(huì)影響機(jī)組運(yùn)行安全。凝汽器良好的清潔度是保證機(jī)組安全高效運(yùn)行的基礎(chǔ)。

凝汽器清洗技術(shù)主要可分為離線型和在線型。離線型以高壓水沖洗、化學(xué)清洗為主,也最先在電廠進(jìn)行了應(yīng)用,但進(jìn)行除垢清洗就必須停機(jī)操作,這對(duì)于需要連續(xù)運(yùn)行的電廠來(lái)說(shuō)既不方便,又會(huì)在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程以及啟停過(guò)程中造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。隨著各項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展,各種在線型凝汽器清洗技術(shù)開(kāi)始出現(xiàn),受到電廠的青睞,其可根據(jù)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行情況隨時(shí)投入,給電廠靈活運(yùn)行帶來(lái)極大的便利,在線型清洗技術(shù)中膠球清洗技術(shù)的應(yīng)用尤為廣泛。

1凝汽器清洗技術(shù)

凝汽器清洗技術(shù)的好壞并沒(méi)有絕對(duì)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),只要是適合電廠經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行的就是好的技術(shù)。也有一些凝汽器清洗系統(tǒng)優(yōu)劣的客觀評(píng)價(jià)指標(biāo),從理論上來(lái)講就是在清洗后凝汽器換熱系數(shù)的提升程度,而在實(shí)際運(yùn)行中,通常以凝汽器真空作為評(píng)判的依據(jù)。

1.1影響凝汽器換熱的因素

影響凝汽器換熱效率的因素主要有:換熱面積、機(jī)組真空嚴(yán)密性、管道及疏水系統(tǒng)泄漏、循環(huán)水流量、循環(huán)水溫度、凝汽器換熱系數(shù)等。通過(guò)提高凝汽器換熱系數(shù)來(lái)提高既有凝汽器的換熱效果是綜合考慮后最為高效的措施。

式中:k為凝汽器換熱系數(shù):R1為凝汽器導(dǎo)熱及對(duì)流換熱熱阻:R2為不凝氣體熱阻:R3為汽側(cè)凝結(jié)液膜熱阻:R4為水側(cè)污垢熱阻:d、d0分別為管道內(nèi)外徑:h1、h2分別為管道水側(cè)、汽側(cè)對(duì)流換熱系數(shù):1為管道長(zhǎng)度:A為管壁導(dǎo)熱系數(shù)。

從式（1）、式（2）可以看出,傳熱系數(shù)的大小取決于管內(nèi)外對(duì)流換熱系數(shù)、管束導(dǎo)熱系數(shù)、污垢熱阻。運(yùn)行中的機(jī)組通過(guò)提高流體流速來(lái)加強(qiáng)換熱效果是最直接的手段,但這樣勢(shì)必造成循泵的功耗增大,經(jīng)濟(jì)性較差。實(shí)際運(yùn)行中的凝汽器通過(guò)減小污垢熱阻來(lái)提高凝汽器換熱效果是最有效的方式,因而在工程實(shí)踐中出現(xiàn)了各種凝汽器清洗技術(shù)。

1.2常見(jiàn)凝汽器清洗技術(shù)

實(shí)際運(yùn)行中,電廠凝汽器循環(huán)水質(zhì)等問(wèn)題不可避免地會(huì)造成凝汽器結(jié)垢,這就要求凝汽器可以在運(yùn)行期間進(jìn)行清洗,使其保持在理想狀況下工作。目前應(yīng)用較多的主要有以下幾種清洗方式:

（1）傳統(tǒng)凝汽器膠球清洗系統(tǒng)。該系統(tǒng)是目前應(yīng)用最為廣泛的清洗方式,優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)備系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單、投資成本低、技術(shù)相對(duì)成熟、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低。但也存在收球率低、跑球、堵球等現(xiàn)象,同時(shí)運(yùn)行需要進(jìn)行人工干預(yù),對(duì)大機(jī)組凝汽器清洗范圍有限,即使收球率達(dá)到95%以上也無(wú)法對(duì)凝汽器管程、邊角位置的管束進(jìn)行有效的清洗等問(wèn)題。

（2）在線機(jī)器人清洗系統(tǒng)。安裝在凝汽器水室內(nèi),通過(guò)伺服電機(jī)和減速機(jī)來(lái)控制手臂使其準(zhǔn)確噴射高壓水流清洗管束,能夠與多種清洗方式組合使用以達(dá)到更好的清洗效果。但存在清洗周期長(zhǎng),效率低,高壓水動(dòng)能衰減快,管束后段清洗效果差,系統(tǒng)較復(fù)雜,潛在故障率大,投資大,養(yǎng)護(hù)成本高等問(wèn)題。

（3）螺旋紐帶清洗系統(tǒng)。在冷卻管內(nèi)放置可繞軸旋轉(zhuǎn)的螺旋紐帶,管內(nèi)流過(guò)的冷卻水帶動(dòng)紐帶繞軸旋轉(zhuǎn)并擺動(dòng)達(dá)到清除污垢的效果,同時(shí)擾動(dòng)可使管內(nèi)換熱效果有所提高。該系統(tǒng)具有設(shè)備簡(jiǎn)單、可連續(xù)運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn),但紐帶增加了沿程阻力,循泵功耗升高,生產(chǎn)成本增加,同時(shí)紐帶易造成管束磨損或自身斷裂,從而易造成管束堵塞、損壞等問(wèn)題。

（4）超聲波除垢系統(tǒng)。超聲波除垢可使水中的硬度鹽的結(jié)晶不會(huì)附著在同樣頻率的管壁上,同時(shí)可防止水中未結(jié)晶的鹽沉積在管壁上。而振蕩產(chǎn)生微細(xì)水流、增加管內(nèi)擾動(dòng),可以強(qiáng)化換熱能力。該系統(tǒng)具有除垢效果穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),但成本投入大、能耗高,且對(duì)管道后半程清洗效果較差。

以上方法在各方面都存在一定的優(yōu)劣,而在原有傳統(tǒng)膠球清洗系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的集中發(fā)球技術(shù),可以在盡可能少改動(dòng)既有設(shè)備的情況下,在運(yùn)行、安全和經(jīng)濟(jì)性方面達(dá)到較好的效果。

2凝汽器膠球清洗集中發(fā)球技術(shù)

2.1膠球清洗集中發(fā)球技術(shù)及其特點(diǎn)

凝汽器膠球清洗集中發(fā)球技術(shù)是基于傳統(tǒng)凝汽器膠球清洗系統(tǒng)發(fā)展起來(lái)的一種新型膠球清洗技術(shù),系統(tǒng)膠球清洗時(shí),一次性向系統(tǒng)投入大量的膠球,讓膠球布滿凝汽器的進(jìn)水室,進(jìn)而較均勻地分布到凝汽器的換熱管區(qū)域,從而達(dá)到全面清洗凝汽器的目的。

凝汽器膠球清洗集中發(fā)球技術(shù)的原理是,當(dāng)大量膠球同時(shí)進(jìn)入凝汽器的水室時(shí),位于水室主流區(qū)域的換熱管束首先充滿膠球,從而該區(qū)域的管道阻力增大,導(dǎo)致水流分散到其他區(qū)域,膠球也會(huì)同時(shí)進(jìn)入其他區(qū)域的管束,增加了對(duì)于邊角不易清洗到的管束的清洗概率。具言之,膠球從進(jìn)入到離開(kāi)凝汽器在5s左右,短時(shí)間內(nèi)大量膠球進(jìn)入水室局部區(qū)域,會(huì)在水室內(nèi)產(chǎn)生"排擠"效應(yīng),在把管內(nèi)可能留存的膠球沖擊攜帶出來(lái)的同時(shí),尚沒(méi)有膠球進(jìn)入的管道流速相對(duì)較快,傳熱系數(shù)提高:分散在水體中的膠球在水流的攜帶作用下進(jìn)入該部分管束,實(shí)現(xiàn)對(duì)換熱管更均勻地清洗。

由于凝汽器內(nèi)部結(jié)構(gòu)差異和循環(huán)水水流在凝汽器的分布差異,凝汽器內(nèi)部某些局部區(qū)域水流較慢,可通過(guò)在水室增加發(fā)球管口,直接把膠球送入該區(qū)域。

為達(dá)到清洗效果,一般情況下要求浸濕的膠球與水的比重保持一致,這樣才能夠保證進(jìn)入水室的膠球均布于水室,為此集中發(fā)球技術(shù)同時(shí)增加膠球浸潤(rùn)裝置,在系統(tǒng)自動(dòng)投運(yùn)10min后,即可完成對(duì)膠球的浸潤(rùn)。

為避免傳統(tǒng)收球網(wǎng)存在跑球、卡球等問(wèn)題,集中發(fā)球技術(shù)采用V型活動(dòng)網(wǎng)板漏斗式收球網(wǎng),網(wǎng)板采用大傾角,收球網(wǎng)前后壓差小于2kPa,從而可以更好地引導(dǎo)膠球進(jìn)入集球口,杜絕了膠球堵塞、逃逸問(wèn)題,將收球率提高到了95%以上。

為提高膠球清洗系統(tǒng)的爆發(fā)式發(fā)球效果,選用了KSs技術(shù)的寬流道、無(wú)磨損膠球泵,膠球泵流量提高到150B200m3/h。

一般情況下,膠球添加數(shù)量為凝汽器單側(cè)單程管束的40%以上,大于常規(guī)發(fā)球技術(shù)的7%～13%,整體清洗概率可以達(dá)到98%以上,一般凝汽器清潔系數(shù)可達(dá)到0.9以上,高于行業(yè)規(guī)定的0.85。

2.2集中發(fā)球清洗系統(tǒng)布置與運(yùn)行方式

集中發(fā)球清洗系統(tǒng)的原理如圖1所示,集中發(fā)球裝置6布置在膠球泵5的出口逆止閥11后:系統(tǒng)運(yùn)行時(shí),通過(guò)開(kāi)閉閥門12和16可實(shí)現(xiàn)前水室的集中發(fā)球:通過(guò)開(kāi)閉閥門14和16,可實(shí)現(xiàn)后水室的集中發(fā)球。

在收球期間,膠球通過(guò)V型收球網(wǎng)4及管道回到發(fā)球裝置6內(nèi)部,等待下次發(fā)球。同時(shí)來(lái)自循環(huán)水出水管道2的水流從收球網(wǎng)4排球口經(jīng)膠球泵5排出后,通過(guò)集中發(fā)球裝置6上的熱水回水閥16回到循環(huán)水出水管道2,間接降低了循環(huán)水進(jìn)水溫度,有利于提高凝汽器真空度。

為降低員工勞動(dòng)強(qiáng)度,系統(tǒng)專門設(shè)計(jì)了膠球回收器8,當(dāng)膠球磨損需要更換時(shí),可在系統(tǒng)帶壓下打開(kāi)排球蝶閥18,直接把磨損后的膠球排放至回收器內(nèi)的集球框中,手提即可。此外,集中發(fā)球技術(shù)還配置了操作更加便捷的控制系統(tǒng),有效減輕了凝汽器清洗時(shí)工人的工作負(fù)擔(dān),提高了工作效率和可靠性。

2.3集中發(fā)球技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例

凝汽器膠球集中發(fā)球技術(shù)在不同區(qū)域的電廠應(yīng)用6年來(lái)均取得了較好的效果,不同程度地降低了機(jī)組的背壓,在當(dāng)前"雙碳"達(dá)標(biāo)的背景下,達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。2.3.1300Mw機(jī)組改造前后對(duì)比案例一

該汽輪機(jī)為哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)的C270/N300-16.7/537/537型亞臨界、一次中間再熱、單軸、雙缸雙排汽、抽汽凝汽式汽輪機(jī),與其配套的為N-18000表面式、雙殼體、雙流程、橫向布置凝汽器。

在機(jī)組膠球集中發(fā)球技術(shù)改造后,對(duì)凝汽器進(jìn)行了配套試驗(yàn),改造前后主要性能參數(shù)如表1所示。

表1機(jī)組膠球清洗系統(tǒng)改造前后凝汽器性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果

在225Mw(75%）機(jī)組負(fù)荷下,膠球清洗系統(tǒng)改造前后凝汽器背壓分別為7.03kPa、5.33kPa,將凝汽器循環(huán)水入口水溫及循環(huán)水流量修正到設(shè)計(jì)工況下,凝汽器壓力分別為6.34kPa、5.00kPa,改造后真空提高了1.34kPa,供電煤耗率降低接近4g/·kw)h）。

2.3.2300Mw機(jī)組運(yùn)行清潔效果對(duì)比案例二

該機(jī)組為東方汽輪機(jī)有限公司制造的300Mw亞臨界、單軸、雙缸雙排汽、一次中間再熱、高中壓合缸汽輪機(jī),配套的是N-17800-1型單背壓、單殼體、雙流程、表面式凝汽器。該機(jī)組檢修期間,在進(jìn)行膠球集中發(fā)球改造的同時(shí),使用高壓水對(duì)凝汽器進(jìn)行了沖洗。為了驗(yàn)證膠球清洗效果,在檢修啟機(jī)后和投運(yùn)膠球兩個(gè)月后分別進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)在300Mw額定負(fù)荷且兩次試驗(yàn)真空嚴(yán)密性均為30Pa/min的情況下進(jìn)行,試驗(yàn)主要數(shù)據(jù)如表2所示。

從試驗(yàn)對(duì)比結(jié)果可知,在300Mw額定負(fù)荷下,高壓水沖洗并修正溫度及流量后的凝汽器平均排汽壓力為6.78kPa。

投入改造后的膠球系統(tǒng),并修正到設(shè)計(jì)循環(huán)水進(jìn)口溫度和設(shè)計(jì)循環(huán)水流量條件下,凝汽器平均排汽壓力為6.58kPa,機(jī)組真空提高了0.2kPa。

2.3.3中水水質(zhì)凝汽器改造前后對(duì)比案例三

該機(jī)組采用東方汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)的N300-16.67/537/537-8型亞臨界、雙缸雙排汽、純凝、濕冷機(jī)組,配套型號(hào)為N-17310的凝汽器。

該電廠所在區(qū)域水資源較為匱乏,循環(huán)水濃縮倍率相對(duì)較高,結(jié)垢問(wèn)題更突出。對(duì)原有清洗系統(tǒng)進(jìn)行改造后,為檢驗(yàn)改造效果,分別對(duì)改造前后的凝汽器進(jìn)行性能考核試驗(yàn),分別選取200Mw、240Mw、280Mw負(fù)荷,穩(wěn)定運(yùn)行1h,試驗(yàn)主要數(shù)據(jù)如表3所示。

表3改造前后凝汽器性能試驗(yàn)主要數(shù)據(jù)

從表3結(jié)果可知,凝汽器真空在200Mw、240Mw、280Mw負(fù)荷,分別提高了0.91kPa、1.26kPa、0.91kPa。再對(duì)膠球收球率進(jìn)行試驗(yàn),系統(tǒng)兩側(cè)各加膠球1500顆,A/B側(cè)分別收到1449/1471顆膠球,收球率分別達(dá)到了96.6%和98.1%,均高于95%。

3結(jié)語(yǔ)

凝汽器膠球集中發(fā)球清洗技術(shù)對(duì)凝汽器的清洗范圍可以達(dá)到98%以上,清潔系數(shù)可達(dá)0.9,具有收球率高、自動(dòng)化程度高、運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn)。

該技術(shù)在多家300Mw機(jī)組上得到了有效驗(yàn)證,運(yùn)行狀況表明,應(yīng)用該技術(shù)改造后機(jī)組真空都有0.5～1.0kPa的提高和改善,折合供電煤耗降低約1～3g/(kw.h）,節(jié)能效果突出,值得在各電廠中推廣使用。