膠球清洗、凝汽器膠球清洗裝置系統(tǒng)的正常運行對凝汽器真空及機(jī)組經(jīng)濟(jì)性有較大影響。通過理論分析和實際試驗對膠球清洗系統(tǒng)的優(yōu)化運行進(jìn)行了分析,并取得了一定的效果。
1、凝汽器膠球清洗
在發(fā)電廠的安裝背景及使用情況發(fā)電廠作為市區(qū)熱電冷綜合聯(lián)產(chǎn)能源站,地處市區(qū)西部,濱臨珠江,其汽輪發(fā)電機(jī)及輔機(jī)冷卻用水均取自珠江水源。近年來，由于上游排污及生活污水的增加導(dǎo)致機(jī)組使用的循環(huán)冷卻水質(zhì)狀況惡化。由于微生物及沉淀物在汽輪機(jī)凝汽器銅管內(nèi)壁表面的堆積,汽輪機(jī)凝汽器的熱交換狀況思化，造成汽輪機(jī)排汽壓力升高,端差變大,熱耗增加,嚴(yán)重影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)運行。而保持汽輪機(jī)凝汽器較高的真空和較小的端差，又是提高機(jī)組循環(huán)熱效率的主要方法之一。以60MW機(jī)組為例，汽輪機(jī)背壓增高0.004MPa,將導(dǎo)致熱耗增加244.5kJ/kW.b),煤耗增加9.70g/kWh);凝汽器端差升高5C,將導(dǎo)致熱耗增加95.12kJ/kW.b)，煤耗增加3.66gy/(kW.h)。
發(fā)電廠自2007年10月陸續(xù)在所有的5臺機(jī)組凝汽器上分別安裝了膠球清洗裝置,以廠家的意見為指導(dǎo),結(jié)合自身情況試運行。從使用的情況來看.有一定的效果,但實際統(tǒng)計收球率和運行真空狀況與同類型電廠及廠家給出的指導(dǎo)數(shù)據(jù)有一定的差距。為此我們從膠球清洗系統(tǒng)人手，進(jìn)行了系列優(yōu)化工作。
2、膠球清洗系統(tǒng)優(yōu)化方法
我們通過分析整理數(shù)據(jù)并采取試驗的方法，針對發(fā)電廠有限公司使用的汽輪機(jī)凝汽器設(shè)備規(guī)范結(jié)合廠家的設(shè)備使用手冊，對目前的膠球清洗裝置的運行使用方法做了一定的改進(jìn)。
2.1投球數(shù)量的選擇
膠球清洗裝置用戶手冊指出，投人膠球清洗裝置的膠球數(shù)量應(yīng)為凝汽器單側(cè)單流程銅管數(shù)的8-12%，我公司60MW汽輪發(fā)電機(jī)組的凝汽器為對分雙流表面式，計有5442根冷卻水管,單側(cè)一個流程即有1361根銅管,由此可計算出,該裝置每次應(yīng)投人系統(tǒng)的膠球數(shù)為:544222*(8-12%)=109-163個而這個數(shù)值相比較現(xiàn)行廠家給出的300個的數(shù)據(jù)相差較遠(yuǎn),考慮到因為渦流,凝汽器設(shè)計的死區(qū),垃圾堵塞銅管，以及單次投球運行一周損失球的因素以及膠球系統(tǒng)多次連續(xù)運行的實際工況在內(nèi),我們認(rèn)為投球的數(shù)量在200-250個為宜。
2.2投球冷卻水水壓的控制
由于膠球清洗是一個“低能級的水系統(tǒng)”,況且“膠球自身無能量放出”,僅靠從這個低能量的水中獲得.而球徑較小.單個膠球在水中的驅(qū)動力僅為F=OPπDr24,膠球在凝汽器水室中的速度與循環(huán)水壓△P直接相關(guān),所以,當(dāng)循環(huán)冷卻水在凝汽器銅管中的流速降低時，膠球的動能不足,加之膠球直徑略大干銅管1-2mm,屬于摩擦過盈配合，往往出現(xiàn)卡球甚至大量堵球在凝汽器銅管中,造成收球率低,甚至引發(fā)安全問題。由于我廠的凝汽器為對分雙流程,膠球清洗的過程如下:膠球從投球裝置出口進(jìn)人凝汽器,再經(jīng)收球裝置膠球泵,后進(jìn)人投球裝置，如此則為完成單側(cè)兩根冷卻水管的一次清洗。
一個流程中，凝汽器冷卻水銅管管段約長15m，估算管道截面積Al;循環(huán)水進(jìn)出水段15m，估算管道截面積A2;膠球系統(tǒng)管段約為25m,估算截管道面積A3。膠球泵額定出力為66TYh,70Kpa系統(tǒng)循環(huán)冷卻水壓力下的流量約為10920Th,由此可以計算:
凝汽器冷卻水管段冷卻水流速為:V1=Q/A1=1092036002/3.14*0.023*0.023/4*2721/2)=2.6845m/s。進(jìn)出水段冷卻水流速為:V2=Q/A2=10920/36002(3.14*0.98*09814)=2.0117m/s。膠球系統(tǒng)段冷卻水流速為:V3=Q'/A3=66/3600/(3.14*0.1*0.1/4)=23355m/s。假定膠球與循環(huán)水管中冷卻水間無相對運動，則膠球加權(quán)平均流速為:V=(2.6845*15+20117*15+23355*25)/55=23424m/s。
膠球一個流程所消耗的時間:t=S/V=55/23424-23.48s小于廠家給出的參考大時限30s,證明系統(tǒng)水壓達(dá)到70Kpa時,是可以滿足膠球運行的需要的。我們選取了試驗中-一個時期的數(shù)據(jù)圖表:
從圖中可以看出，水壓與收球率比本保持一個線性相關(guān)，當(dāng)循環(huán)冷卻水壓保持在70Kpa左右時，收球率能維持在一個較高的水準(zhǔn)。
2.3投球及收球時間的設(shè)定
在一次投入250個球的過程中，清洗單側(cè)全部銅管-一次的時間,從理論上來說:T-t*1361/250-127.83s我們選擇以10分鐘為投球時間,大致可以得出,每根銅管的理論清洗數(shù)為4.7次。而在實際運行中,由于膠球在水中分布不均,以及凝汽器渦流.死區(qū)的原因,造成每根銅管清洗并不均勻，但我們認(rèn)為這個數(shù)值基本可以滿足連續(xù)運行清洗的需要。
考慮到實際情況的復(fù)雜性，我們將收球的時間設(shè)定在單側(cè)30分鐘,這樣可以給予系統(tǒng)充分的時間,收到盡量多的球。
2.4環(huán)境因素的控制
在較長時間內(nèi)我們比對發(fā)現(xiàn)這樣的規(guī)律，循環(huán)冷卻水中懸浮物的數(shù)量、循環(huán)水壓、循環(huán)水流量對收球率的影響較大。尤其是循環(huán)冷卻水中的懸浮物的數(shù)量對收球率的影響為重要，夏季雨季時節(jié)，由于江水中攜帶上游沖下來的大量生活垃圾，我們發(fā)現(xiàn)機(jī)組的收球率往往較低。拆開凝汽器端蓋發(fā)現(xiàn),很多膠球被垃圾卡在管口。
所以加強(qiáng)對環(huán)境因素的檢測，特別是循環(huán)冷卻水質(zhì)的檢測,選擇在水質(zhì)較好,水位較高的漲潮期投人膠球,是保證收球率的重要因素。
2.5膠球種類的選擇
目前普遍投人的膠球有硬膠球和軟膠球兩種:硬膠球的直徑比管內(nèi)徑小1~2mm,球隨冷卻水進(jìn)入銅管后不規(guī)則地跳動,與管內(nèi)壁碰撞,加上水流沖刷.達(dá)到清洗作用。軟膠球直徑比銅管內(nèi)徑大1~2mm,進(jìn)人銅管后被壓縮，與關(guān)閉全周接觸。清洗效果更好。從投運的情況檢查來看，新膠球投運--次后，可以發(fā)現(xiàn)外表磨損情況較厲害,這說明膠球?qū)鼙谶M(jìn)行了明顯的摩擦,另一方面說明現(xiàn)有膠球耐磨性較差。結(jié)合我廠的實際情況，由于珠江水質(zhì)中生活有機(jī)物及藻類和浮游生物沉淀在凝汽器銅管的有機(jī)腐質(zhì)層為阻礙換熱的主要因素，所以采取質(zhì)地較軟彈性較好的膠球.可以起到充分清潔的作用。由于凝汽器銅管管板脹口老化,投入硬膠球時,可能存在造成銅管漏水的風(fēng)險。所以我們在膠球的種類上，選擇了采用軟膠球和中軟膠球交替使用的方法。
2.6針對運行中出現(xiàn)收球率大幅下降的情況,我們提出了解決方案
1、膠球清洗程序故障，檢測投球自動過程的控制及完成情況。
2、膠球清洗系統(tǒng)設(shè)備故障，三通閥關(guān)不嚴(yán)，收球網(wǎng)嚙合不好，造成漏球跑球,需要定期打開收球網(wǎng)人孔進(jìn)行檢查,并清理垃圾。
3、加強(qiáng)對循環(huán)冷卻水水質(zhì)監(jiān)測,當(dāng)暴雨后河面出現(xiàn)大量垃圾,或堵塞凝汽器銅管,造成膠球無法正常清洗,導(dǎo)致收球率低。運行中應(yīng)及時針對真空情況及進(jìn)出水溫差進(jìn)行監(jiān)視合理利用反沖洗及清理垃圾的工作。
4、批次膠球質(zhì)量不合格,定期檢查膠球使用磨損情況,打開凝汽器人孔,檢查凝汽器銅管卡球的情況。
2.7膠球清洗系統(tǒng)的運行方式選擇。
膠球清洗裝置連續(xù)運行時，對于凝汽器的端差和排氣溫度控制的更好。但在實際中,考慮到膠球運行的原理造成的凝汽器銅管無法避免的磨損問題，我們采取了結(jié)合凝汽器反沖洗間斷投入的方式,來控制凝汽器端差。避免出現(xiàn)長期投運膠球,導(dǎo)致凝汽器銅管壁及脹口過度磨損變薄,出現(xiàn)泄露,危及設(shè)備安全。從理論曲線和實際情況來看,三天一次的膠球投運,可以將凝汽器端差控制在一個較為合理的水平，從而避免了夏季用電高峰期停運凝汽器進(jìn)行烘烙的尷尬。
3、www.utnet.com.cn膠球清洗效果及經(jīng)濟(jì)性的檢查
在對膠球清洗系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化運行后，我們采集的數(shù)據(jù):20095.-2010.02機(jī)組凝汽器平均收球率和凝汽器同比真空變化量。
我們可以從表中可以看出，凝汽器真空同比提高到了0.21kPa,這就意味著汽耗下降了約05g/(kW.h)。按年發(fā)電量18億kWh計算,全年可節(jié)約標(biāo)煤900噸，以標(biāo)煤價格1200元噸計算,則每年可節(jié)約燃煤費用100余萬元。而同期凝汽器烘焙的次數(shù),由原先的每機(jī)每年1-2次，降低至現(xiàn)在的每機(jī)每2年1次，大大提升的機(jī)組的發(fā)電效率。
適用于從江河抽取循環(huán)冷卻水作為凝汽器冷卻介質(zhì)的電廠，針對開放式循環(huán)冷卻水多懸浮物,水質(zhì)較差的實際情況,制定提高膠球清洗系統(tǒng)優(yōu)化運行方式。通過提高凝汽器膠球清洗的收球率，控制凝汽器換熱端差在較低水平,從而提高機(jī)組運行的真空,降低發(fā)電煤耗，達(dá)到節(jié)能減排的目的。
