沿海發(fā)電廠膠球清洗，凝汽器膠球清洗裝置系統(tǒng)收球率問題實(shí)驗(yàn)分析
膠球清洗系統(tǒng)是目前比較理想的在線凝汽器膠球清洗裝置，國(guó)外有比較成熟的使用經(jīng)驗(yàn)，國(guó)內(nèi)對(duì)其的使用暫時(shí)處于定性階段，對(duì)凝汽器換熱效率的定量分析還不夠多。通過實(shí)際膠球投運(yùn)和收球?qū)嶒?yàn)，統(tǒng)計(jì)不同時(shí)間段內(nèi)、不同運(yùn)行條件下的收球率，檢驗(yàn)?zāi)z球清洗裝置各部件運(yùn)行功能和膠球清洗系統(tǒng)穩(wěn)定收球率與綜合收球率指標(biāo)，對(duì)凝結(jié)器膠球系統(tǒng)收球率進(jìn)行分析具有一定實(shí)用意義。凝汽器在凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組的熱力循環(huán)中有著重要作用，其換熱效率直接關(guān)系到凝汽器端差及機(jī)組真空。當(dāng)循環(huán)海水通過凝汽器鈦管時(shí)，會(huì)產(chǎn)生雜質(zhì)并且結(jié)垢，隨著污垢厚度的增加，凝汽器的換熱熱阻逐漸增大，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)阝伖軆?nèi)附著生長(zhǎng)海生物，堵塞鈦管，導(dǎo)致凝汽量減少，端差增大，終導(dǎo)致汽輪發(fā)電機(jī)組效率下降。因此，必須定期清洗凝汽器冷卻水管路，對(duì)維持膠球清洗系統(tǒng)較高的收球率對(duì)保持凝汽器換熱管路的清潔、提高凝汽器的換熱效率，甚至提高整個(gè)機(jī)組的熱效率，有著重要影響。某廠凝汽器參數(shù)見表1。
表1凝汽器參數(shù)
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序號(hào) |
名稱 |
參數(shù)規(guī)格 |
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1 |
裝機(jī)容量 |
3×350MW |
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2 |
循環(huán)水冷卻方式 |
海水直流開式循環(huán) |
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3 |
冷卻水水質(zhì)（氯離子含量） |
＞1700mg/L |
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4 |
冷凝管材料 |
鈦管 |
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5 |
冷凝管外徑規(guī)格 |
25mm（壁厚0.5mm） |
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6 |
冷凝管有效長(zhǎng)度 |
10500mm |
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7 |
冷凝管數(shù)量 |
13368根（單側(cè)6684根） |
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8 |
凝汽器冷卻面積 |
11020m2 |
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9 |
設(shè)計(jì)冷卻水流量 |
6617.5kg/s |
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10 |
設(shè)計(jì)冷卻水流速 |
2.2m/s |
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11 |
設(shè)計(jì)冷卻水進(jìn)口溫度 |
27.17℃ |
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12 |
冷卻水實(shí)際出口溫度 |
32~38℃ |
膠球清洗系統(tǒng)簡(jiǎn)介
膠球清洗凝汽器冷卻水管是近20年來發(fā)展起來的新技術(shù)，它利用特制的裝置將海綿球輸入凝汽器冷卻水入口管，通過凝汽器膠球在線清洗裝置，確保凝結(jié)器內(nèi)部管束表面的清潔度，達(dá)到清掃冷卻水管的目的。
以南方某沿海燃?xì)?/font>-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠為例，該電廠位于深圳市某海岸，海域水質(zhì)狀況近年來達(dá)到國(guó)家一類、二類水質(zhì)，電廠機(jī)組冷卻水取自海水。膠球清洗系統(tǒng)設(shè)計(jì)清洗流程如圖1所示。
圖1膠球清洗系統(tǒng)設(shè)計(jì)清洗流程
清洗方法：將海綿球裝入裝球室，隨冷卻水流經(jīng)凝汽器水室進(jìn)入冷卻水管內(nèi)，再經(jīng)過達(dá)到清洗的目的。
收球率的定義滿足系統(tǒng)布置、設(shè)備安裝及運(yùn)行條件，在正常投球量下，膠球清洗系統(tǒng)正常運(yùn)行30min，收球15min，收回的膠球數(shù)與投入運(yùn)行的膠球數(shù)的百分比。根據(jù)電力行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求：膠球清洗系統(tǒng)滿足設(shè)備運(yùn)行條件下，收球率超過90%為合格，達(dá)到94%為良好，達(dá)到97%為優(yōu)秀；系統(tǒng)按規(guī)定要求運(yùn)行，且收球率達(dá)到合格及以上時(shí)，能經(jīng)常保持冷卻管內(nèi)清潔，減輕管壁腐蝕，并能明顯減緩冷卻管中結(jié)硬垢的速度。而根據(jù)機(jī)械設(shè)備制造行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求：當(dāng)循環(huán)水一次濾網(wǎng)凈水效果良好，凝汽器水室中死角已消除，凝汽器系統(tǒng)處于正常狀態(tài)時(shí)，在設(shè)計(jì)的運(yùn)行條件下，額定功率不大于50MW的機(jī)組的膠球清洗裝置的收球率應(yīng)達(dá)到90%，額定功率50MW以上機(jī)組的膠球清洗裝置的收球率應(yīng)達(dá)到95%[5]。可見，無論按哪種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，皆要求發(fā)電廠的膠球清洗系統(tǒng)收球率至少≥90%。
膠球清洗系統(tǒng)收球率現(xiàn)狀
該電廠在年度技術(shù)監(jiān)督內(nèi)容中發(fā)現(xiàn)，凝汽器膠球清洗系統(tǒng)收球率偏低，因此要求深入分析原因并提高收球率至設(shè)計(jì)值。而通過調(diào)研半島另一側(cè)海域的同類型機(jī)組的燃?xì)?/font>-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠，反饋意見均為收球率不能滿足設(shè)計(jì)要求。調(diào)研位于深圳西邊珠江出海口海域的同類型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠和內(nèi)地一家采用淡水循環(huán)冷卻的燃煤機(jī)組，反饋意見為通過更換收球設(shè)備廠家后，整體收球率變化不大，但有時(shí)綜合收球率會(huì)接近甚至大于100%。表2實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果
統(tǒng)計(jì) A側(cè) B側(cè) 運(yùn)行收球 機(jī)組
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試驗(yàn)時(shí)間 順序 |
投球數(shù)量/個(gè) |
收球數(shù)量/個(gè) |
收球率/% |
投球數(shù)量/個(gè) |
收球數(shù)量/個(gè) |
收球率/% |
時(shí)間 |
時(shí)間 |
負(fù)荷/MW |
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一次7月31日 |
500 |
200 |
40 |
500 |
231 |
46.2 |
30min |
15min |
320 |
二次7月31日三次8月1日四次8月2日400
（累計(jì)投入700）317（系統(tǒng)留存700）317 45.29 348 49.71 352 63.77431（累計(jì)投入700）314（系統(tǒng)留存700）250314 44.86 50min 40min 350夜間 356 50.86 6h 11.5h
機(jī)組停運(yùn)342 342 4h 18.5h 350附近核電基地因?yàn)榇髞啚澈Ｓ蚝Ｋ|(zhì)較為干凈，所有機(jī)組只安裝有二次濾網(wǎng)，未安裝收球系統(tǒng)設(shè)備，認(rèn)為通過24h連續(xù)加藥方式和機(jī)組每次檢修期間清洗鈦管內(nèi)壁，膠球在線清洗無實(shí)際意義，因此不存在收球率問題。
膠球在線清洗收球?qū)嶒?yàn)
膠球在線清洗實(shí)驗(yàn)條件
為確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的客觀真實(shí)性和滿足設(shè)備制造廠家的要求，實(shí)驗(yàn)期間除手動(dòng)操作需要外，膠球清洗系統(tǒng)按設(shè)備說明要求保持24h自動(dòng)模式下連續(xù)運(yùn)行。機(jī)組大修期間已檢查確認(rèn)系統(tǒng)管路通常，收球網(wǎng)動(dòng)作順暢，網(wǎng)板格柵間距7mm，無遺留雜物。單側(cè)膠球投入量按凝汽器單流程換熱管數(shù)量的7%～13%執(zhí)行，本次試驗(yàn)單側(cè)獨(dú)立加注膠球，保證技術(shù)設(shè)計(jì)上滿足1h內(nèi)有12個(gè)膠球平均通過每根鈦管。試驗(yàn)?zāi)z球選用日常使用的膠球即26-P-150-3，其中：26為膠球直徑，P150為材料（標(biāo)準(zhǔn)棕色磨料球），3為硬度（中等彈性），滿足膠球直徑大于凝汽器鈦管1～2mm的要求（圖2）。膠球投運(yùn)前進(jìn)行泡水試驗(yàn)，再對(duì)比前后尺寸（圖3）。選定大修結(jié)束后投運(yùn)的2#機(jī)組膠球清洗系統(tǒng)，A、B側(cè)同時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)。檢修部與運(yùn)行部密切協(xié)作完成。
實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果
膠球在線清洗實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果見表2。其中，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定正常投球量：指投入運(yùn)行的膠球數(shù)量是凝汽器單側(cè)單流程冷卻管根數(shù)的7%~13%；投球率：500/6684=7.5%，700/6684=10.45%。試驗(yàn)期間發(fā)現(xiàn)，機(jī)組運(yùn)行時(shí)3臺(tái)凝汽器A、B側(cè)入口進(jìn)水管壓力在0.05～0.06MPa，回水管為0MPa，說明位于回水母管壓力檢測(cè)裝置下游的收球網(wǎng)壓差取樣裝置在機(jī)組正常投運(yùn)時(shí)壓差的波動(dòng)極小，不存在緊急反洗的可能性。并且實(shí)驗(yàn)期間觀察，收球網(wǎng)并無打開反洗動(dòng)作，因此可以排除系統(tǒng)丟失膠球的條件。急反洗次數(shù)更少（海域水質(zhì)達(dá)到國(guó)家海洋一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，海水中污物、雜物等固體懸浮物較少，大型雜物已被旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)、二次濾網(wǎng)過濾掉，極少。
圖2實(shí)驗(yàn)用球尺寸檢測(cè)
圖3膠球投用前泡水試驗(yàn)
隨著收球時(shí)間的延長(zhǎng)，收球率逐步提高。在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的收球時(shí)間15min內(nèi)收球率高于40%，不合格，但是延長(zhǎng)收球時(shí)間后膠球回收率（綜合收球率）≥90%。收球設(shè)備無缺陷，實(shí)際運(yùn)行過程中正常反洗次數(shù)較少、緊有雜物導(dǎo)致收球網(wǎng)處于反洗狀態(tài)，試驗(yàn)6d期間未發(fā)現(xiàn)一次反洗模式），因此可以排出系統(tǒng)漏球、跑球的可能性缺陷。如果運(yùn)行過程中連續(xù)投球，再延長(zhǎng)收球時(shí)間，綜合收球率會(huì)接近甚至大于100%，主要原因是由于設(shè)備自身結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致凝汽器內(nèi)部積球。解決膠球清洗系統(tǒng)收球率低問題，應(yīng)從系統(tǒng)設(shè)備特性和運(yùn)行行具有實(shí)用意義。
