膠球清洗裝置改造提高凝汽器銅管清洗效果及提高經(jīng)濟(jì)效益

    膠球清洗裝置改造提高凝汽器銅管清洗效果及提高經(jīng)濟(jì)效益，公司針對凝汽器膠球清洗系統(tǒng)存在的問題進(jìn)行分析，并逐一對發(fā)現(xiàn)的問題采取了一定的改進(jìn)措施，解決了凝汽器膠球清洗裝置收球率長期低下的問題，確保凝汽器銅管的清洗效果，達(dá)到提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。
    ＃6汽輪機(jī)是上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的N300-165/535/535型中間再熱凝汽式汽輪機(jī)，配置N-17600-Ⅰ型凝汽器。機(jī)組凝汽器循環(huán)冷卻水取自珠江，經(jīng)江邊一次濾網(wǎng)，由設(shè)在汽機(jī)房內(nèi)混流循環(huán)水泵送至凝汽器。凝汽器進(jìn)水管道上安裝WNAD-1800型自動清洗二次濾網(wǎng)，凝汽器出水管側(cè)裝有膠球清洗裝置（見圖1）。
    由于各種因素影響，機(jī)組膠球清洗裝置收球率長期低于60%。凝汽器換熱下降，嚴(yán)重影響了機(jī)組發(fā)電效率。我公司對機(jī)組膠球系統(tǒng)進(jìn)行多次設(shè)備改造，機(jī)組膠球清洗系統(tǒng)膠球平均收球率達(dá)到90%以上，清洗效果大大提高，與以往膠球清洗系統(tǒng)不能正常投入運(yùn)行相比，凝汽器真空度明顯提高，夏天高溫季節(jié)機(jī)組運(yùn)行出力及經(jīng)濟(jì)性有了明顯改善。
1膠球清洗裝置系統(tǒng)存在的問題及改造措施
    膠球清洗裝置系統(tǒng)是提高汽輪機(jī)熱效率的重要輔助設(shè)備，對于保持凝汽器內(nèi)冷卻水管內(nèi)壁潔凈，提高凝汽器換熱能力，使凝汽器保持較高真空度和較小的端差，因此為國內(nèi)外電廠普遍采用。
    #6機(jī)現(xiàn)在用膠球清洗系統(tǒng)存在以下主要問題：循環(huán)水流場不均勻，收球網(wǎng)與轉(zhuǎn)軸固定卡碼已腐蝕嚴(yán)重脫落，收球網(wǎng)轉(zhuǎn)軸軸承采用塑料王為材料，轉(zhuǎn)動不靈活，收球網(wǎng)板設(shè)計不合理，膠球不能順暢收回裝球室，垃圾容易掛在網(wǎng)上。
1.1凝汽器出水口彎管段紊流對流場的影響
    #6機(jī)組凝汽器循環(huán)水為下進(jìn)上出，循環(huán)水進(jìn)水管連接二次濾網(wǎng)。出口管安裝出水蝶閥，管道進(jìn)出凝汽器都有彎頭，收球網(wǎng)為立式，上游直接聯(lián)接至彎頭，下游為直管段，由于空間有限，凝汽器循環(huán)進(jìn)出水管道排列緊密，在較小的空間里存在多個彎頭，造成循環(huán)水流動紊亂，嚴(yán)重影響膠球回收和對凝汽器冷卻水管的清洗。
為改善凝汽器循環(huán)水紊流對膠球清洗裝置系統(tǒng)的影響，在以下三個方面作了改造：
    （1）凝汽器進(jìn)出水彎管段加裝導(dǎo)流板。由于現(xiàn)場空間有限，在凝汽器循環(huán)水彎管段中水平焊接一不銹鋼導(dǎo)流板。該導(dǎo)流板將凝汽器循環(huán)水進(jìn)出水流一分為二，使水流能夠均勻地流動，消除彎管處死區(qū)，使膠球受力的大小和方向得到改善，利于膠球的流動和回收。
    （2）收球網(wǎng)轉(zhuǎn)向90。原系統(tǒng)中收球網(wǎng)進(jìn)水側(cè)位置與彎管中心線平行，造成循環(huán)水流量、收球網(wǎng)受力不均，靠近凝汽器一側(cè)流量、受力小，而另一側(cè)相反，導(dǎo)致收球網(wǎng)收球口兩側(cè)膠球分布不均勻，或收球網(wǎng)板受力過大一側(cè)跑球。因此收球網(wǎng)轉(zhuǎn)向90。，使收球網(wǎng)兩側(cè)流量相同。
    （3）將膠球系統(tǒng)出水管伸入凝汽器循環(huán)水進(jìn)水管約50mm，保證膠球進(jìn)入循環(huán)水后能充分發(fā)散。
2.2更換新型收球網(wǎng)
    原收球網(wǎng)由兩片網(wǎng)板組成，頂部為迎水端，網(wǎng)板將整個管道截面完全遮擋。由于收球網(wǎng)運(yùn)行時間較長，收球網(wǎng)網(wǎng)板剛性下降，在水動力下產(chǎn)生彈性變形過大造成逃球，另外控制傳動機(jī)構(gòu)在反力矩的作用下，多次發(fā)生行程限位不準(zhǔn)，使網(wǎng)板閉合不到位；操縱機(jī)構(gòu)動力顯小，閥門啟閉不到位，管道阻過大等諸多因素都是造成收球率低的重要原因。
    更換的收球網(wǎng)是旋擺自鎖式收球網(wǎng)，其將活動型柵格收球網(wǎng)設(shè)計為平面四桿機(jī)構(gòu)。在雙網(wǎng)板支撐軸的下部采用曲柄連桿機(jī)構(gòu)推拉操縱網(wǎng)板，在收球工況時，執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動網(wǎng)板旋擺一定角度，達(dá)到運(yùn)行工況的極限位置，將筒體整個截面遮擋；在非運(yùn)行工況時，執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動網(wǎng)板旋擺回到上述角度，即與水流平行的極限位置，使水流對網(wǎng)板進(jìn)行反沖洗及減少水阻，這個收球網(wǎng)下段網(wǎng)板不再是懸臂梁，同時網(wǎng)板旋擺的兩個極限位置正是死點位置，機(jī)構(gòu)自鎖而網(wǎng)板不動，解決了因水流沖力而產(chǎn)生的網(wǎng)板變形并逃球的問題，如圖2。
2.3膠球的選擇和使用
    收球率是膠球清洗裝置系統(tǒng)是否正常工作的重要依據(jù)之一。影響收球率的因素除了冷卻水質(zhì)（垃圾問題）、水力情況、滯球死區(qū)、凝汽器或主管路流場等問題之外，還與選用的膠球有關(guān)。膠球選型必須根據(jù)冷卻水質(zhì)、凝汽管結(jié)垢特點、水室特征、冷卻水參數(shù)及凝汽管幾何參數(shù)等機(jī)組特定情況，選擇品種、直徑、硬度、吸水沉降速度等均適合的膠球，才能確保清洗效果。一般而言，膠球密度應(yīng)與循環(huán)水密度基本一致，這樣膠球進(jìn)入凝汽器銅管后能懸浮在凝汽器的任何一位置。本公司原先使用膠球質(zhì)量較差，同一規(guī)格膠球大小不一，有的相差2mm；膠球在水中泡脹后膨脹度大于5％，不能進(jìn)入或堵死在銅管內(nèi)；有的膠球嚴(yán)重變形，粘合錯位；有的受熱后融化發(fā)粘，粘在管壁上；有的表面光滑，毫無摩擦性，這些問題都嚴(yán)重影響膠球清洗系統(tǒng)的收球率和清洗效果。
（1）選擇合適的膠球。
    基于以上原因，本公司確定膠球質(zhì)量應(yīng)符合適合循環(huán)水水質(zhì)，有一定硬度并富有彈性，膠球的氣孔均勻、孔間連通吸水性強(qiáng)，濕態(tài)球的比重與水相近，膠球在進(jìn)入水室后從水室底部至頂部均勻分布。在水溫535℃運(yùn)行時，膠球球徑漲大不超過0.5mm，在運(yùn)行期間保持穩(wěn)定，以防止膠球堵塞冷卻水管。使用期內(nèi)不老化、變形，運(yùn)行中膠球球徑應(yīng)比凝汽器管子內(nèi)徑大1mm。
（2）正確使用膠球。
    由于循環(huán)水經(jīng)一、二次濾網(wǎng)后進(jìn)入凝汽器的循環(huán)水基本以淤泥和微生物污垢為主，這類沉積物通過合理安排膠球清洗次數(shù)即可清除。根據(jù)資料膠球清洗的優(yōu)頻率一般為平均每根管子每5分鐘清洗1次，即可滿足清洗效果，根據(jù)我廠凝汽器循環(huán)水管道的布置和膠球清洗系統(tǒng)的實際情況，進(jìn)行綜合分析和計算。現(xiàn)以單側(cè)投球數(shù)量600只計算：n=17600/2＝8800（每側(cè)銅管數(shù)量）每根銅管長約11m，循環(huán)水（內(nèi)含膠球）流速約2m/s，則每只膠球在凝汽器內(nèi)循環(huán)一次時間為11mx2/2m/s≈11s。則每根銅管每小時清洗次數(shù)=3600/11x600/8800≈22次由上述計算可見，以單側(cè)投球600只循環(huán)運(yùn)行一小時，平均每根管子被清洗次數(shù)約為22次，基本滿足需要。
2.4膠球清洗裝置系統(tǒng)的改造
    膠球清洗裝置系統(tǒng)由收球器、膠球泵和相應(yīng)管路組成。集球器為水平的筒狀容器，容器上側(cè)配有一玻璃孔以便觀察。集球器有內(nèi)置濾網(wǎng)，該濾網(wǎng)出口有收、投球閥，由電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動，旋轉(zhuǎn)后可收或投膠球。膠球系統(tǒng)主要存在以下幾個問題：
    （1）膠球清洗裝置系統(tǒng)流量不足；
    （2）收球器進(jìn)口處無逆止裝置，導(dǎo)致膠球泵停后膠球隨循環(huán)水倒流，有一部分膠球帶出；
    （3）凝汽器循環(huán)水室空氣較多，導(dǎo)致膠球泵抽吸能力不足。
對于膠球循環(huán)單元主要存在的問題，通過相應(yīng)的措施加以改進(jìn)：
    （1）對膠球系統(tǒng)流量不足，通過改造膠球系統(tǒng)管道彎頭，取消90。彎管，代之以120o的大角度彎頭并保證收球兩側(cè)管道彎頭位置、數(shù)量對稱；
    （2）在收球器進(jìn)口處安裝逆止裝置，避免膠球泵停后膠球隨循環(huán)水倒流；
    （3）由于循環(huán)水中總是含有溶解空氣，為減少凝汽器循環(huán)水側(cè)空氣聚集，定期開啟射水抽氣器至凝汽器水側(cè)空氣門進(jìn)行抽空氣。
2.5膠球系統(tǒng)運(yùn)行中應(yīng)注意的兩個問題
    （1）收球網(wǎng)應(yīng)定期打開，收球網(wǎng)設(shè)計承受壓力為0.2Mpa，如果長期不打開，膠球、垃圾等雜物會塞死收球網(wǎng)，導(dǎo)致收球網(wǎng)承受大量壓力變形。
    （2）投膠球清洗時，為降低循壞水對凝汽器收球網(wǎng)的壓力，凝汽器循環(huán)水出水門應(yīng)關(guān)小30%~40％，這樣膠球不會被循環(huán)水?dāng)D壓在收球網(wǎng)上，有利提高凝汽器膠球收球率。
3膠球清洗裝置系統(tǒng)完善后經(jīng)濟(jì)分析
    膠球清洗裝置系統(tǒng)改造后，能夠保持凝汽器持續(xù)清潔高效運(yùn)行，尤其在夏季用電高峰期，有效降低凝汽器端差，提高真空度，降低汽輪機(jī)背壓，從而減少燃料消耗，增加機(jī)組發(fā)電出力。膠球清洗系統(tǒng)的高效投用，可為電廠帶來兩方面的效益。
（1）膠球清洗裝置系統(tǒng)改造前后對比。
    根據(jù)測算，循環(huán)水溫在33究，機(jī)組負(fù)荷在300MW時，真空為-89.9kPa。而在相同工況改造后，機(jī)組真空為-92kPa，提高2kPa左右。如果與膠球系統(tǒng)不能正常工作時比較，真空可以提高5kPa。機(jī)組停機(jī)對凝汽器銅管進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)管壁很干凈。表1為經(jīng)過一段時間清洗后機(jī)組的循環(huán)水溫度與真空度的幾個典型工況，可以看出機(jī)組真空度大為改善。
表1膠球系統(tǒng)改造后循環(huán)水溫度與真空
時間 機(jī)組負(fù)荷（MW） 循環(huán)水溫
（究） 機(jī)組真空（kPa） 膠球收球率
2006.6.03 300 33 89.5 50%
2007.6.05 300 33 89.6 55%
2008.6.10 300 33 92.3 95%
2008.6.15 300 33 92.6 98%
（2）膠球清洗裝置經(jīng)濟(jì)性分析。
    根據(jù)近對機(jī)組運(yùn)行工況分析計算，循環(huán)水溫在33究時，真空比去年同期提高至少2kPa。根據(jù)排汽壓力對機(jī)組出力的關(guān)系曲線，300MW機(jī)組效率比去年同期可提高2%左右。以機(jī)組年平均負(fù)荷：80%；年平均運(yùn)行時間：6000h；上網(wǎng)電價：0.35元/kW·h計算：300000kWx6000hx80%x0.35元/kW·hx2%=1008萬元
    另外，膠球清洗裝置系統(tǒng)的正常投用，不僅可對電廠帶來直接的經(jīng)濟(jì)效益，還減少了金屬腐蝕，延長機(jī)組凝汽器銅管壽命，并減少停機(jī)時間及由此造成的產(chǎn)值損失，減少化學(xué)水處理費用，其費用也相當(dāng)可觀。
    凝汽器膠球清洗經(jīng)過此次改造，各項技術(shù)指標(biāo)都超過部頒標(biāo)準(zhǔn)（90%），性能良好的凝汽器膠球清洗系統(tǒng)為機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行發(fā)揮了重要作用。