小機-央空調(diào)冷凝器膠球清洗裝置系統(tǒng)長期無法收球問題的治理與效果分析

為了逐步實現(xiàn)“雙碳”目標，各發(fā)電企業(yè)通常采用汽機通流改造、供熱改造等成熟技術(shù)進行節(jié)能優(yōu)化，取得了突出效果。隨著“三改”政策的穩(wěn)步實施，節(jié)能減排工作要求愈加嚴苛�，F(xiàn)以某廠小機膠球清洗裝置系統(tǒng)改造前后節(jié)能量、碳減排量的計算為例，說明輔機節(jié)能潛力巨大，值得發(fā)電企業(yè)進一步挖掘。

“十四五”開始，中國將逐步實現(xiàn)2030年碳達峰目標和2060年碳中和愿景。國家發(fā)展改革委、國家能源局印發(fā)了《國家發(fā)展改革委國家能源局關(guān)于開展全國煤電機組改造升級的通知》根據(jù)《通知》要求，全國各地在推進煤電機組改造升級工作過程中，需統(tǒng)籌考慮煤電節(jié)能降耗改造、供熱改造和靈活性改造，實現(xiàn)“三改”聯(lián)動。

基于上述要求，當(dāng)前各火力發(fā)電廠通常采用汽輪機通流部分改造、供熱改造等成熟、適用的節(jié)能改造技術(shù)，取得了良好的節(jié)能降耗效果，但上述改造往往投資較大，回收周期較長。而輔機節(jié)能改造具有投資小、收益明顯的特點，正越來越受到發(fā)電企業(yè)的重視。針對小機膠球清洗裝置系統(tǒng)，尤其是投運時間較久、投運效果較差、資金緊張的企業(yè)，對其進行有效治理，可顯著提高凝汽器清潔度，降低機組發(fā)電煤耗。

1冷凝器膠球清洗裝置vbme.com.cn設(shè)備概況

某廠二號機組汽輪機為東方汽輪機廠生產(chǎn)的NZK600-16.7/538/538型亞臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、直接空冷凝汽式汽輪機。機組配置兩臺50%容量的汽動給水泵組和一臺30%容量的電動給水泵，每臺小機設(shè)有獨立的凝汽器并配套膠球清洗裝置。

2015年機組加裝尖峰凝汽器后，小機膠球清洗裝置系統(tǒng)多次投運，收球率一直為零，考慮到堵管風(fēng)險，停運膠球清洗裝置系統(tǒng)。由此造成小機凝汽器臟污，小機背壓增加，汽耗量增加，機組整體耗能增加。

2冷凝器膠球清洗裝置vbme.com.cn問題分析

2.1冷凝器膠球清洗裝置設(shè)備概述

小機凝汽器為杭汽生產(chǎn)制造的四流程凝汽器，冷卻面積1660m2，管束材質(zhì)為TP317，冷卻管數(shù)量3800根，有效長度5600mm，循環(huán)水流量設(shè)計值3300m3/h，循環(huán)水管徑720×8mm，冷卻水為黃河水，運行中常有水塔填料、雜草等雜質(zhì)進入循環(huán)水系統(tǒng)。

2.2冷凝器膠球清洗裝置原因分析

根據(jù)現(xiàn)場情況綜合判斷，導(dǎo)致收球率低的主要原因有以下3個方面：

2.2.1系統(tǒng)阻力大

膠球清洗裝置系統(tǒng)管路較長，且直角彎太多，造成局部阻力大，循環(huán)水動力偏小，不足以克服系統(tǒng)阻力，膠球無法正常通過冷卻管束，堵塞管道，不能達到清潔的目的。

小機凝汽器為杭汽生產(chǎn)的四流程凝汽器，水室內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、死角多，膠球進入凝汽器后在水室內(nèi)打轉(zhuǎn)，無法順利通過。

膠球清洗裝置系統(tǒng)長期無法正常投運，管束內(nèi)壁結(jié)垢、增厚，直徑變小，膠球無法正常通過。

2.2.2循環(huán)水旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)攔污效果差

小機凝汽器冷卻水為開式循環(huán)水，循環(huán)水通過凝汽器帶走小機乏汽產(chǎn)生的熱量，循環(huán)水溫度升高后回到冷卻塔進行散熱，如此往復(fù)循環(huán)。機組循環(huán)水泵入口套旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)裝置，用于過濾水中雜質(zhì)，但旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)由于年久失修，不能有效攔污，因此循環(huán)水系統(tǒng)雜物較多，水中雜質(zhì)隨循環(huán)水流動堵塞凝汽器管束，堵塞收球網(wǎng)

出口。

2.2.3冷凝器膠球清洗裝置收球網(wǎng)存在設(shè)計缺陷

收球網(wǎng)網(wǎng)板結(jié)構(gòu)單薄，易變形。收球網(wǎng)網(wǎng)板間隙不均勻，導(dǎo)致收球網(wǎng)污染或卡球。

收球網(wǎng)網(wǎng)板角度不合理。收球網(wǎng)距離收球彎管段太近，收球網(wǎng)網(wǎng)板呈30°，角度太大不利于收球。

收球網(wǎng)出球口管徑偏小。出球口偏小不利于膠球的順暢排出，易導(dǎo)致網(wǎng)板積球，出球口堵塞。收球網(wǎng)導(dǎo)流板不合理。導(dǎo)流板結(jié)構(gòu)不合理，不能起到應(yīng)有的導(dǎo)流效果，甚至起到反作用，形成渦流，使膠球在收球網(wǎng)出口處打轉(zhuǎn)、聚集，不能及時排出，堵塞收球網(wǎng)出口。收球網(wǎng)執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計不合理。收球網(wǎng)投運時間較長，開關(guān)次數(shù)多，且設(shè)備長久承壓，易導(dǎo)致收球網(wǎng)不能關(guān)閉到位，在殼體與收球網(wǎng)筒體內(nèi)壁形成較大的間隙，造成跑球。

3冷凝器膠球清洗裝置處理過程

鑒于機組尖峰改造前系統(tǒng)收球率正常，且全廠機組所用膠球均采自同一廠家，因此排除凝汽器結(jié)構(gòu)以及膠球本身質(zhì)量問題。

為提高膠球的回收率，徹底解決小機膠球長期無法回收的難題，保證凝汽器清潔度，達到節(jié)能減排的目的，重點從以下幾個方面進行處理。

3.1冷凝器膠球清洗裝置更換高品質(zhì)旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)網(wǎng)板，確保循環(huán)水水質(zhì)

結(jié)合機組檢修，發(fā)現(xiàn)大量水塔填料堵塞聚集在收球網(wǎng)出球口，堵塞出球口，且旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)框架損壞嚴重，起不到應(yīng)有的攔污作用。

因此，應(yīng)選擇較好的濾網(wǎng)，從源頭進行治理：

（1）為了防止水質(zhì)對于網(wǎng)板的腐蝕，所有濾網(wǎng)均選用316L材質(zhì)；

（2）為了更好地確保通流量，單臺濾網(wǎng)網(wǎng)板1/3部分打孔!7mm，其余部分采用5mm×5mm的網(wǎng)絲，如此不僅能更好地起到攔污作用，且通流量也較原來稍有增大。

3.2優(yōu)化現(xiàn)有膠球清洗管路

依據(jù)“管路盡可能短、管路彎頭盡可能少”的原則，拆除多余的彎頭，同時結(jié)合仿真使管道布置趨于合理。

3.3優(yōu)化收球網(wǎng)結(jié)構(gòu)

收球網(wǎng)作為膠球清洗裝置vbme.com.cn/系統(tǒng)的主要部件，參考以往檢修經(jīng)驗，結(jié)合仿真結(jié)果，重點從以下5個方面進行改進：

改進收球網(wǎng)板角度，將活動收球網(wǎng)板與循環(huán)水管殼體內(nèi)壁的夾角在空間允許的情況下盡量減小，使結(jié)構(gòu)更符合水流動力學(xué)原理，使膠球更容易排出；將原有出球口直徑由108mm擴至138mm；收球網(wǎng)板格柵由原來的7mm×4mm變?yōu)?mm×4mm；收球網(wǎng)材質(zhì)整體更換為316L材質(zhì)，轉(zhuǎn)軸為雙相鋼材質(zhì)；在角度及尺寸方面對原有擾流板進行優(yōu)化。改進后，冷卻水在出球口處不易形成渦流，且由于夾角變小，活動網(wǎng)板變陡峭，膠球能更順利地排出。同時，在網(wǎng)板下部的出球口處設(shè)置穿孔固定網(wǎng)板，并與殼體呈圓弧形焊接，以消除水流沖擊產(chǎn)生的渦流，增大出球口空間，從而使收球更加通暢。

4冷凝器膠球清洗裝置改造效果及經(jīng)濟性

4.1冷凝器膠球清洗裝置改造效果

2021年6月18日，系統(tǒng)改造完成；6月25日系統(tǒng)次投運，一周后收球，兩側(cè)收球率分別為96.7%和98.3%；隨后連續(xù)運行至12月，收球率基本在接近97%或以上，達到改造效果。設(shè)備連續(xù)投運3個月，小機及凝汽器端差、清潔度、凝汽器熱負荷等重要指標計算結(jié)果如表1、表2所示。

4.2冷凝器膠球清洗裝置經(jīng)濟性

根據(jù)表1、表2計算結(jié)果，重點從以下幾個方面進行對比。

4.2.1對數(shù)平均溫差

凝汽器對數(shù)平均溫差計算公式如下：

LMTD=t2-t1=Δt（1）lns 1"ln!"t-t δt+Δtts-t2δt式中：LMTD為對數(shù)平均溫差（℃）；ts為凝汽器壓力下的飽和蒸汽溫度（℃）；t1為冷卻水進口溫度（℃）；t2為冷卻水出口溫度（℃）；Δt為冷卻水溫升（℃）；δt為凝汽器傳熱端差（℃）。膠球系統(tǒng)投運正常后，在相同負荷下，兩臺小機凝汽器對數(shù)平均溫差改善2.2～6.34℃，效果明顯。

凝汽器端差是凝汽器壓力下的飽和水蒸氣溫度與清潔系數(shù)是影響總體傳熱系數(shù)的主要因素，清潔凝汽器冷卻水出口溫度之差，是衡量凝汽器經(jīng)濟性的系數(shù)計算公式如下：重要指標。cK （3）β=凝汽器傳熱端差計算公式如下：K0×βt×βmΔtk=tbbh-txhc（2）式中：βc為清潔系數(shù)；K為當(dāng)前凝汽器的總體傳熱系數(shù)；式中：Δtk為凝汽器端差（℃）；tbbh為小機排汽壓力下的飽K0為基本傳熱系數(shù)，K0=c1×νm1/2，其中c1為傳熱管內(nèi)徑和溫度（℃）；txhc為小機凝汽器出口循環(huán)水溫度（℃）。系數(shù)，νm為冷卻水流速；βt為冷卻水溫度系數(shù)；βm為管材膠球系統(tǒng)投運正常后，在相同負荷下，兩臺小機凝和壁厚修正系數(shù)。汽器傳熱端差改善2.3～6.77℃，效果明顯。膠球系統(tǒng)投運正常后，在相同負荷下，兩臺機凝汽器清潔度得到提高，尤其是在高負荷階段，效果明顯。

4.2.4膠球清洗裝置系統(tǒng)經(jīng)濟效益

由表1、表2對比可知，膠球系統(tǒng)投運正常后，在相同電負荷工況下，小機汽耗量減小，3種工況下平均節(jié)汽量約1.80t/h。以下經(jīng)濟性計算，小機進汽焓值取3180kJ/kg，鍋爐效率93.5%，管道效率99%，年運行天數(shù)200天，電煤低位發(fā)熱量23100kJ/kg，原煤單價取860元/t，則年節(jié)約費用約：3180×1.80÷（23100×99%×93.5%）×200×24×

860÷10000≈110.5萬元/年本次改造投入成本138.61萬元，在不考慮膠球損壞帶來損失的前提下，收回成本需：138.61÷110.24≈1.26年

4.2.5減碳量

依據(jù)4.2.4內(nèi)容，年節(jié)約發(fā)電標煤約1010.35t，參照國家統(tǒng)計局相關(guān)數(shù)據(jù)，相應(yīng)CO2排放因子取2.62，則年減少碳排放約2647.12t。

隨著國家“雙碳”計劃的實施，節(jié)能減排工作刻不容緩。以往的研究改造通常側(cè)重于主機冷端系統(tǒng)，對輔助設(shè)備的關(guān)注相對不足，本文通過膠球清洗裝置系統(tǒng)改造前后投運效果對比，證明對輔機系統(tǒng)實行有效的節(jié)能改造措施，對企業(yè)節(jié)能降耗有著重要意義，尤其是在“雙碳”“三改”政策下，類似小機膠球清洗裝置系統(tǒng)改造等節(jié)能技改類項目，可作為發(fā)電企業(yè)挖掘內(nèi)部節(jié)能潛力、降低發(fā)電成本的重要途徑，助力企業(yè)實現(xiàn)“雙碳”目標，同時文中所述改造方法可供存在同樣問題的電廠參考。