凝汽器膠球清洗裝置在火電廠的應用

      電廠2號機組采用傳統(tǒng)的膠球清洗系統(tǒng)，不具備集中發(fā)球的功能，對凝汽器冷卻管道的清洗范圍小，存在不易被清洗的管子總是得不到清洗現(xiàn)象，且長期存在收球網(wǎng)跑球問題。通過對現(xiàn)有膠球系統(tǒng)存在的問題進行討論分析，并經(jīng)過調(diào)研，對原有的膠球系統(tǒng)在保留原有收球網(wǎng)的基礎上進行改造，凝汽器膠球清洗裝置采用集中膠球清洗技術(shù)，實現(xiàn)了對98%凝汽器冷卻管長期有效清洗，提高了機組運行經(jīng)濟性。

1、凝汽器膠球清洗裝置概述

      N300-16.7/537/537-8型亞臨界機組，配套N-18000型凝汽器。配置2臺型號為64KXA-24的混流式循環(huán)泵，泵的設計流量5.6m3/s，揚程24.4m。循環(huán)泵前池裝有ZSB型轉(zhuǎn)刷網(wǎng)篦式清污機，膠球清洗裝置采用傳統(tǒng)自動膠球清洗裝置。凝汽器設計面積為總冷卻面積：18000m2；冷卻水管規(guī)格：Φ22×0.5（21084根）、Φ22×0.7（3720根）；冷卻水管總根數(shù)：24804根；冷卻水管材質(zhì)：TP316。

2、現(xiàn)有凝汽器膠球清洗系統(tǒng)存在的問題與工況分析

      現(xiàn)有膠球清洗系統(tǒng)采用雙板劍形結(jié)構(gòu)回收網(wǎng)，具有對稱布置的兩個膠球回收口并通過管道合并后引入膠球泵入口；加球室使用頂部翻蓋式結(jié)構(gòu)；膠球泵流量90m3/h。設備結(jié)構(gòu)缺陷主要表現(xiàn)在下列方面：

2.1問題一

      膠球清洗系統(tǒng)運行中，凝汽器循環(huán)水出口的高溫回水通過膠球泵回流到凝汽器入口，提高了凝汽器進口循環(huán)水溫度。雖然只占有100m3/h左右流量，但可以提升循環(huán)水入口溫度達到0.10℃左右。

2.2問題二

      循環(huán)水在管道內(nèi)水力不均勻現(xiàn)象明顯，膠球長期滯留在收球網(wǎng)格柵板與筒體相貫線區(qū)域而不能及時回到收球口，雖然技術(shù)上在底部做了跳格設計，引導膠球從格柵網(wǎng)板與收球網(wǎng)筒體相貫線的上部移動到底部收球口，但是在缺乏推動力量的情況下，膠球會長時間停留在格柵網(wǎng)上，造成膠球回收效率降低，并會滯留部分膠球在收球網(wǎng)格柵上。如圖1所示。

      收球網(wǎng)一側(cè)收球口被膠球堵死；膠球回收管道布置不合理；

圖1收球網(wǎng)堵球及膠球系統(tǒng)管道布置圖

2.3問題三

      膠球泵揚程及流量不足。為減少膠球回收過程中大量熱水進入循環(huán)水入口管道而影響進水溫度，現(xiàn)有系統(tǒng)膠球泵流量為100m3/h左右，導致膠球清洗系統(tǒng)的抽吸能力降低，膠球回收率提高困難。

2.4問題四

      現(xiàn)有的膠球清洗系統(tǒng)不具備集中發(fā)球的功能，對凝汽器冷卻管道的清洗范圍小。膠球的正常添加量為凝汽器單側(cè)單流程冷卻管數(shù)量的7%~13%，膠球在系統(tǒng)運行的時候是排隊進入凝汽器水室中，循環(huán)過程（10~20s）中進入凝汽器內(nèi)部的膠球數(shù)量較少，凝汽器只有較少的管子得到了清洗，而大部分管子無法得到清洗，其結(jié)果是剛開始被膠球清洗到的管子，在后續(xù)時段內(nèi)繼續(xù)被清洗，原因是沒有清洗到的管子由于內(nèi)部污染或者結(jié)垢逐步增大，造成管子水阻力逐步增加，膠球在進入凝汽器冷卻室后，會“自動尋的”，依然從水阻力小的潔凈管子中通過，此規(guī)律造成了冷卻系統(tǒng)的惡性循環(huán)。

2.5問題五

      雙板劍型結(jié)構(gòu)收球網(wǎng)，格柵板尺寸大，底部密封在循環(huán)水壓力波動中會產(chǎn)生一定范圍的晃動，格柵板與筒體內(nèi)如相貫線區(qū)域密封難以保證，容易造成跑球。如圖2所示。圖2收球網(wǎng)底部密封圖

2.6歷史典型工況分析

表1冷端運行典型工況參數(shù)表

測試時間（段） 電負荷/MW 排汽平均溫度

/℃ 凝結(jié)水

溫度

/℃ 真空/kPa 循環(huán)水溫度

（進水/退水）

/℃ 循環(huán)水壓力

（進水/退水）

/MPa 循環(huán)泵運行電流

（B泵/A泵）

/A 供熱流量/t/h 端差/℃

2015-08-1516：40 300.56 41.69 38.21 93.41 27.90/38.28 0.23/0.09 190.6/188.8 53.10 3.41

2015-09-086：30 302.53 40.28 40.11 94.06 22.65/37.22 0.195/0.07 150/0 61.57 3.06

2015-09-087:00 302.66 40.50 40.39 94.06 22.70/37.34 0.19/0.07 153/0 61.99 3.06

2015-09-095:40~7:40* 253.80 40.21 40.50 94.01 24.74/37.59 0.19/0.07 140/0 61.28 2.62

2015-09-0919：50~21：50* 198.53 39.25 39.49 94.40 25.40/36.90 0.18/0.06 120.78/0 58.60 2.35

注：*該時段共測試13次，各參數(shù)的數(shù)值為13次測量值的平均值。

表1為電廠2號機組2015年夏季冷端運行典型工況參數(shù)匯總表。

      表1中，2015-09-09分別有兩組統(tǒng)計數(shù)據(jù)：5：40~7：40共計13個時刻的數(shù)據(jù)平均值和19：50~21：50共計13個時刻的數(shù)據(jù)平均值。這兩個時段機組運行負荷比較穩(wěn)定，機組基本參數(shù)未做動態(tài)調(diào)整，平均值更具代表性。機組設計在額定負荷下循環(huán)水進水溫度21℃,對應低壓缸背壓為0.0051MPa，對應排汽溫度為33.25℃。

2.7工況分析

      2015-8-1516：40參數(shù)：負荷300.56MW,熱負荷53.10t/h，排汽溫度41.69℃。循環(huán)水進水溫度27.90℃,按照循環(huán)水進水21℃對應的排汽溫度應該是（41.69-6.90）=34.79℃。比較額定排汽溫度33.25℃超出了（34.79-33.25）=1.54℃,也就是有將近1.5g/kWh的煤耗損失。此工況為雙泵全工況運行。凝汽器壓差達到了140kPa，說明雙泵模式下循環(huán)水在凝汽器內(nèi)部水力阻力很大。2015-09-086：30參數(shù)為：負荷302.53MW；熱負荷61.57t/h；排汽溫度40.28℃;循環(huán)水進水溫度22.65℃,按照循環(huán)水進水21℃對應的排汽溫度應該是（40.28-1.65）=38.63℃。比較額定排汽溫度33.25℃超出了（38.63-33.25）=5.38℃,也就是在單泵運行模式下有將近5g/kWh的煤耗損失。

      2015-09-087：00工況參數(shù)為：負荷302.66MW，熱負荷61.99t/h，排汽溫度40.50℃。循環(huán)水進水溫度22.70℃,按照循環(huán)水進水21℃對應的排汽溫度應該是（40.50-1.70）=38.80℃。比較額定排汽溫度33.25℃超出了（38.80-33.25）=5.55℃,也就是單泵運行模式下有將近5.5g/kWh的煤耗損失。

      2015-09-095：40-7：40共13個點平均參數(shù)：負荷253.80MW，熱負荷61.28t/h，排汽溫度40.21℃。循環(huán)水進水溫度24.74℃,按照循環(huán)水進水21℃對應的排汽溫度應該是（40.21-3.74）=36.47℃。比較額定排汽溫度33.25℃超出了（36.47-33.25）=3.22℃,也就是單泵運行模式下有將近3.0g/kWh的煤耗損失。

      2015-09-0919：50-21：50共13個點平均參數(shù)：負荷198.53MW，熱負荷58.60t/h，排汽溫度39.25℃。循環(huán)水進水溫度25.40℃,按照循環(huán)水進水21℃對應的排汽溫度應該是（39.25-4.40）=34.85℃。比較額定排汽溫度33.25℃超出了（34.85-33.25）=1.6℃,也就是單泵運行模式下有將近1.6g/kWh的煤耗損失。

2.8分析結(jié)論

      （1）通過對2號機組循環(huán)泵運行方式和汽輪機低壓缸排汽溫度等參數(shù)的分析，我們認為，我廠凝汽器面積18000㎡在設計上是足夠的，但是在額定負荷下，雙泵全開模式下依然有1.5g/kWh以上的煤耗降低空間。

      （2）在雙泵全開模式下，凝汽器入口循環(huán)水壓力達到了0.23MPa，而水泵的經(jīng)濟運行壓力為0.24MPa，2015-08-1516：40水泵實際運行壓力為0.22~0.24MPa。分析認為，通過提升凝汽器的清潔系數(shù)，可以降低凝汽器的水力阻力，實現(xiàn)凝汽器換熱能力的進一步提升，同時可以有效降低循環(huán)泵電耗。根據(jù)泵的性能曲線，以往雙泵運行下泵出口壓力在0.22~0.24MPa區(qū)間，說明整體的水力阻力并不是非常嚴重。

      （3）上述工況都是在有50t/h以上抽汽的情況下背壓參數(shù)的分析。如果在純凝工況下，2號機組實際煤耗水平會更高。這說明凝汽器區(qū)域的清潔問題是比較嚴重的。

根據(jù)2015-09-16對2號機組化學監(jiān)督報告，2號機組存在下述問題：

      不銹鋼管內(nèi)壁有粘泥，管口處明顯可見白色垢沉積。具體如下：A進口：管口垢較多，塊狀物呈疏松狀，人工用布可擦掉；A出口：管口可見薄層白垢，與管子結(jié)合緊密，部分管內(nèi)可見帶狀結(jié)垢，帶狀寬度約3mm；B進口：管口可見薄層白垢，與管子結(jié)合緊密，垢量明顯較A進口多；B出口：垢量較少，塊狀物呈疏松狀，人工用布可擦掉。結(jié)垢情況見圖3。

      從圖3可以看出，凝汽器內(nèi)部確實存在明顯污染，污染物主要是粘泥，可以通過膠球系統(tǒng)的高效清洗來去除。

凝汽器運行中前后壓差大的原因分析：一是管子內(nèi)部有明顯污染物存在；二是凝汽器冷卻管，Φ22×0.5（21084根）和Φ22×0.7（3720根），屬于

（a）A進水側(cè)管口結(jié)垢情況

（b）A進水側(cè)管口結(jié)垢情況

（c）B出水側(cè)管口結(jié)垢情況

（d）B出水側(cè)管口結(jié)垢情況

圖3管口結(jié)垢情況

      小徑管道，管子內(nèi)部流速高。根據(jù)凝汽器水力阻力曲線判斷，總流量在120%時，總水阻為90kPa。實際運行在120~140kPa范圍，說明小管徑換熱管處于高流速高阻力狀態(tài)下，通過進一步清洗凝汽器可以降低水阻力。

3、凝汽器膠球清洗裝置改造方案與效果

3.1收球網(wǎng)改造

      我公司原有收球網(wǎng)因安裝不規(guī)范，從水室流出的膠球不能均勻分配到兩個收球口，通過將收球網(wǎng)旋轉(zhuǎn)90°,避免了分球不均勻的情況，同時在水流的外側(cè)管壁處安裝導流板，將膠球推向管道中間，避免了膠球在格柵板與筒體內(nèi)被卡或泄漏，如圖4所示。

圖4收球網(wǎng)改造前后膠球分配示意圖

3.2在收球網(wǎng)既有雙排球口安裝“脈動式匯流器”

      脈動匯流器如圖5所示。脈動式匯流器相當于一個轉(zhuǎn)動式三通閥，以0.5r/min的速度連續(xù)轉(zhuǎn)動，兩側(cè)收球口從小開度到大開度交替平滑切換，實現(xiàn)了脈動沖擊，提高了原有收球網(wǎng)排球口的出水流量，避免了膠球堵在收球口。

圖5脈動匯流器外形圖

3.3采用大流量膠球泵

      采用大流量膠球泵，同時將系統(tǒng)DN108mm管道改為DN200mm管道,使原保持流量≥200m3/h，保證了膠球能夠暢通無阻地流動。

3.4采用集中發(fā)球裝置

說明：

1-凝汽器

2-循環(huán)水進水管道3-循環(huán)出進水管道

4-收球網(wǎng)5、6-閘閥

7-脈動式匯流器

8-手動蝶閥9-膠球泵

10-逆止閥

11-集中發(fā)球裝置12、14-氣動蝶閥13、15-閘閥

16-膠球回收器17-排球閥

18-排氣閥

19-反沖洗球閥

圖6改造后的凝汽器在線膠球集中清洗系統(tǒng)示意圖

表2改造前、后相同工況下凝汽器真空值、端差對比表

狀態(tài) 開始時間 結(jié)束時間 負荷

/MW 循環(huán)水溫/℃ 真空

/kPa 排汽溫度/℃ 端差

/℃ 循泵轉(zhuǎn)速/r/min

技改前 2015/11/2517:15 2015/11/2518:15 279.86 13.65 96.19 34.46 3.63 449.88

技改后 2016/12/2016:00 2016/12/2017:00 279.94 13.64 97.1 32.39 2.81 423.67

技改前 2014/12/2617:50 2014/12/2618:50 239.88 10.53 96.66 32.73 4.02 372.34

技改后 2016/12/3013:15 2016/12/3014:15 240.55 10.55 97.92 28.16 2.62 390.44

技改前 2015/12/83:00 2015/12/84:00 200.15 12.82 96.97 31.58 3.23 381.14

技改后 2016/12/2112:00 2016/12/2113:00 199.96 12.85 97.88 28.36 2.22 382.04

圖6為改造后的凝氣器在線膠球集中清洗系統(tǒng)示意圖。圖中的集中發(fā)球裝置（序號11）可實現(xiàn)以下功能：

      （1）實現(xiàn)爆炸式集中發(fā)球功能，使進入凝汽器水室的膠球數(shù)量達到40%以上的單流程管子數(shù)量，大大提高凝汽器冷卻管的清洗范圍；

      （2）實現(xiàn)膠球系統(tǒng)運行的時候，從循環(huán)水出水口進入膠球泵的熱水能夠回到循環(huán)水出水口而不會送入循環(huán)水入水口，提高循環(huán)水系統(tǒng)的經(jīng)濟性，

      （3）實現(xiàn)膠球添加和排出的便利操作。

      系統(tǒng)中主要閥門部件功能說明：閥門5、6、13、15是閘板閥，其功能是實施系統(tǒng)隔離作用；閥門12是熱水回流閥，14是發(fā)球閥，在膠球系統(tǒng)運行中通過相對的開閉實現(xiàn)膠球集中清洗功能和熱水回收功能；閥門8是膠球泵入口蝶閥，臨時隔離泵的時候使用；閥門17是排球閥，在膠球預計磨損需要排出的時候打開；閥門18是排氣閥，膠球系統(tǒng)一次充水時候開啟排氣；閥門19是反沖洗球閥，在系統(tǒng)排出膠球的時候使用。

3.5凝汽器膠球清洗裝置改造效果

      2號機組于2016年11月10日并網(wǎng)，其技改后的膠球系統(tǒng)經(jīng)調(diào)試合格后于11月18日投入運行，其間運行穩(wěn)定，根據(jù)合同要求，對一個月后的膠球系統(tǒng)運行情況和三個工況下凝汽器真空進行了評估，結(jié)果見表2。

      技改前、后循環(huán)水溫和排汽溫度均以A側(cè)為準，真空嚴密性均為優(yōu)秀，循環(huán)水泵均為2A停運、2B變頻運行，供熱均為帶2號管線運行且流量基本相同。

      2號機組在相同的運行工況280MW/240MW/200MW負荷下，膠球系統(tǒng)改造為集中發(fā)球后，凝汽器真空分別提高0.91kPa/1.26kPa/0.91kPa。兩側(cè)收球率分別為96.6%和98.1%。根據(jù)300MW濕冷機組真空每提高1kPa影響煤耗降低2.2g/kWh的統(tǒng)計分析，按照真空平均提高0.9kPa,影響煤耗降低大約2g/kWh，年平均發(fā)電量為12億度時，每年可節(jié)約標準煤大約2400噸，按標煤550元/噸計算，每年可節(jié)約費用132萬元。

4、結(jié)束語

      凝汽器自動在線清洗裝置改造后，提高了收球網(wǎng)的可靠性，徹底解決了收球率低的問題。通過對發(fā)球方式、發(fā)球數(shù)量及系統(tǒng)管線的優(yōu)化，膠球清洗系統(tǒng)能夠長期對凝汽器管束進行高效清洗，凝汽器真空能夠顯著提高并維持，達到了節(jié)能降耗的目的。本文的改造方案可供同類電廠進行類似改造時參考。