海綿橡膠剝皮膠球的質量影響著凝汽器膠球清洗裝置管道污垢清洗效率的提高

     海綿橡膠剝皮膠球的質量影響著凝汽器膠球清洗裝置管道污垢清洗效率的提高。以125MW機組為例,介紹了近年來國內許多汽輪發電機組自動膠球清洗裝置系統的使用現狀、存在問題、改進方法以及建議。實踐證明,采用S-14-0膠球收網,對提高凝汽器的運行可靠性有重要作用。
     凝汽器是火力發電廠、核電站及化工企業中的重要設備之一,維護凝汽器冷卻水管內壁的潔凈,保持凝汽器在較高真空度和較小溫差下工作是提高汽輪機組循環熱效率的主要方法之一。為了維護凝汽器冷卻管的潔凈,過去國內大部分電廠曾采用停機或將熱負荷減半由人工進行清洗的方法。這樣,冷卻管在從清洗—被污染—減負荷清洗的較長周期中,有相當長的時間清潔系數小于設計值(國內一般取清潔系數為0.80～0.85),使得汽輪機在真空惡化的不經濟狀態下運行,導致汽輪機熱耗率和發電煤耗率增加。以125MW機組為例,當汽輪機背壓偏高,設計值和凝汽器端差增大后,熱耗率與煤耗率的變化見表1。
     目前,國內多數汽輪機發電機組都采用了自動膠球清洗裝置系統,使凝汽器冷卻管在運行中保持清潔狀態,提高了真空度并減少了水垢,從而節約發電單位煤耗。經過測試比較可知,清潔度提高0.2~0.3,相當于增加了凝汽器冷卻面積20%～30%。在冷卻水質較差的一些發電廠,煤耗節約可以達到2%～3%或者更多。由于膠球清洗系統還可以使得冷卻管的損壞數量減少,故可提高凝汽器運行的可靠性,減少汽輪機設備計劃停機次數。此外,發電煤耗的降低還可以減少有害物質的排放量。管內腐蝕受到控制也可減少金屬材料的損耗。因此,自動膠球清洗裝置系統的使用成為火力發電廠節能的有效措施之一。文中對此系統存在問題及改進提出了意見和建議,以供同行借鑒。
1自動膠球清洗裝置系統使用狀態
     經驗證明,固定錐形收球網只適合于中小機組及循環水源較清潔的地區或部分閉式循環水系統內。這是因為機組長期運行后水垢阻力增大,收球網變得剛性差、易變形、積聚垃圾后清洗困難,必須停機進行。
     100MW以上大型機組宜選用蝶形活動收球網。這是因為此型號的收球網靈活性強,可以適應不同的運行工況、不同地區使用,具有操作簡單、運行水垢阻力小、收球率高及檢查維護方便的特點。良好的設備是保證膠球清洗工作順利投運的先決條件,而優質的維護與管理又是正常投運的必要條件。
2存在問題
     目前自動膠球清洗裝置系統的投入率和收球率還不理想,設備、系統、運行維護和管理還存在一些問題,有待于進一步完善。華東電力試驗研究所曾對華東電網14個電廠,44臺125MW以上容量的大機組進行調查。結果表明,凡是現有機組裝設自動膠球清洗裝置系統的,能夠正常運行、且收球率在90%以上的機組僅占29%,收球率不高或投運不正常的機組占64%,另外有幾臺機組未安裝或正在改進自動清洗系統。
2.1收球網流通部分流道設計不合理
     (1)上、下網板轉軸中心位置偏高,未考慮運行時水流流動的動量作用,以致上、下網板發生抖動或是偏離正常工作位置。
     (2)未采取收球時的輔助調節及其防止擾動等有效措施。
     (3)下方箱寬度過大,由此使得進入下方箱的水流量過大,超過了膠球泵的抽吸能力,造成了部分水流發生滯留,膠球在此部位發生回旋。
2.2膠球清洗裝置制造安裝工藝性比較差
     (1)網面制造較為粗糙,條柵分布不均勻,動靜間隙偏大。
     (2)上網板與方箱結合部位間隙過大或是平衡性較差。
     (3)上收球網轉軸接口處設計成圓柱形接頭,加之若銷子強度不足,當轉軸受到較大扭轉力矩時,很容易發生接頭部位斷裂以致網板無法活動。建議設計成方板接頭以增加其剛性。
2.3膠球清洗裝置運行維護不當
     (1)不按時投運和定期反沖洗,發現問題未能得到及時處理。
     (2)長期將網板置于收球位置以致網板上積垢嚴重,超過了其承載能力,發生永久變形。
     (3)異物卡澀與收球網動靜部分之間未能及時發現處理,強行操作。
3膠球清洗裝置工程實例
3.1國產機組運行狀況
     某廠一期工程裝有2臺國產125MW機組,編號1#～2#,分別于1992-09和1994-07投產。二期工程安裝有2臺210MW機組,編號3#～4#,分別于2000-12和2003-11投產。4臺機組的冷卻循環水系統均采用海水直流供水,即一次開放性循環。借鑒1#～2#機組的操作經驗,3#～4#機組的自動膠球清洗裝置系統,從設計、安裝到運行管理和維護都有一定的改進之處,投運后運行正常。凝汽器循環水進水器型號FFLM1800/1600,收球網型號HQW-1600-Ⅱ、膠球泵型號125SS-9,清洗系統連接管路均采用不銹鋼材質。
     一期工程的2臺125MW機組的凝汽器,在安裝時均隨機安裝有立式渦流切向清洗二次濾網及其膠球清洗系統。由于原設備在設計、制造及材質上存在問題,二次濾網除污效果差,收球網操作不靈,膠球回收率低,長期不能正常投運,嚴重影響著汽輪機的安全經濟運行。該廠采用的海水在一般情況下水質良好,但在大風或夏季收獲海帶及海虹繁殖季節,常有大量雜物進入循環水,造成濾網堵塞。此時由于網系內外壓差過大而將網芯壓變形直至撕裂,以致造成凝汽器管板布滿雜物,汽輪機真空惡化。嚴重時,隔一天就要進行一次減負荷分半人工進行清洗,不僅影響了發電能力,又大幅增加了檢修工人的勞動強度。收球網也因為海水腐蝕,導致操作不靈,收球率不足50%,自動膠球清洗裝置系統無法正常投入。
3.2解決方法
     上世紀90年代末期,對1#～2#機組進行了大修,采用了電站輔機廠生產的14FH-5-0凈水器、型號為S-14-0的膠球收球網及有關控制操作附件,主要設備材質選用1Cr18Ni9Ti,以增加海水的耐蝕性能。原膠球泵仍留用,凝氣器水室與循環水管管道均未改動。
     上述設備裝配完畢后,對其工作程序要求如下:①每臺機、每個班清洗一次凈水器,時間15min左右,兩側輪流沖洗。遇到大風或雜物多時,可增加視濾網沖洗次數和延長沖洗時間,以清洗干凈為準。②每日白班時,每臺機應進行1次膠球清洗,每次半側投入300個膠球,清洗后,收球1h。兩側輪流清洗。
3.3改進效果
     經過多年的實踐,證明了14FH-5-0凈水器和S-14-0的膠球收網操作方便,除污性強,耐海水腐蝕,收球率均在90%以上。且對凝汽器冷卻管保護膜沒有損壞,檢修工人已經從繁重的勞動中解放出來。凝汽器各項經濟指標大有好轉,經濟效益顯著。
     1#～2#膠球清洗裝置系統改進后,真空度平均提高1.1%,熱能耗下降93.78kJ/(kW·h),煤耗下降3.6g/(kW·h),機組循環熱效率提高0.45%,相應的每年可節約燃煤量約為6700t,并且可以多發電約1050萬kW·h。
     3#～4#機組正式投產后,自動膠球清洗裝置系統亦隨之投運,操作原則與1#2#機組相同,成為定期工作。從夏季運行工況看,4臺機組的自動膠球清洗裝置系統的正常投運,使得機組處于較好的經濟運行水平,數據見表2。2#機,更換前后全月平均數據比較見表3。
表21#～4#機組正常運行后端差和真空度
1#機組 2#機組 3#機組 4#機組
端差/℃8.17.3 7.7 真空度/%94.6091.9093.00 
端差/℃7.56.9 7.3 真空度/%95.0493.7094.06 
端差/℃7.77.0 7.4 真空度/%94.5092.2093.15 
端差/℃7.56.9 7.2 真空 度/%94.6092.10 93.30
表32#機組更換前后端差和真空度更換前更換后水溫端差真空水溫端真空
/℃/℃度/%/℃/℃度/%
9.913.095.5510.08.797.38
15.012.794.4415.77.596.45
19.311.393.5720.06.595.50
4膠球清洗裝置注意事項
     (1)膠球清洗裝置系統正常投運的關鍵問題是要清除循環水系統中的雜物,特別是直流供水系統江、河、湖、海水中的固定雜物和生物等。因此,必須有較完善的濾網。目前,電廠裝設的一次濾網均為回轉機械式,網孔直徑在8mm×8mm和10mm×10mm,孔徑較大,加之受回轉部分密封等因素的影響,垃圾、雜物排除能力差。為了彌補這一個缺陷,裝設二次濾網是十分必要的,直流供水的二次濾網要能旋轉,并設置逆沖裝置。
     (2)提高膠球回收率,除了清洗裝置本身結構合理外,必須相應考慮材質,特別是以海水作為冷卻介質的凝汽器,清洗裝置及濾網應當選用耐腐蝕的不銹鋼材質。
     (3)在安裝和檢修凝汽器時,應當徹底清除冷卻管內壁的積垢和臟污,以保證內壁高的初始潔凈度,這是膠球能否可靠和長期運行并取得良好效益的重要條件。對新安裝的汽輪機,膠球清洗系統應與凝汽器同時投運,對現有的汽輪機,膠球清洗系統應在換管或徹底消除一切結垢后立即投運。
     (4)選擇微孔粒度均勻、性能穩定、球徑較銅管內徑大1～2mm的海綿膠球。在使用過程中,如發現膠球破損或過分發脹要及時剔除掉。也要隨時剔除磨損變小的海綿橡膠剝皮膠球。當膠球自動清洗直徑比管直徑小0.1~0.3mm時,不宜再繼續使用。對于同一批生產的膠球,其尺寸、硬度以及密度也不一樣。因此,需要人進行驗收以確保膠球質量。新膠球投入運行前,應在海水里浸泡12h,并反復進行手工清洗,使膠球中的微小孔隙都充滿水,避免膠球在出水管中漂浮和滯留。
     (5)為了保護和預防銅管腐蝕,延長使用壽命,要注意冷卻管保護膜的完整。不要由于膠球清洗而波壞,要定期加入硫酸亞鐵進行表面處理。
     (6)在海綿橡膠剝皮膠球連續清洗過程中,如果發現收球率明顯降低或者是運行不正常時,應及時查找原因。如發現網板變形,應及時給予維修,不可將網板固定或者焊死。
     近年來,隨著自動膠球清洗裝置系統應用領域的不斷擴大,對其結構、操作性也在不斷探索和改進之中,多數清洗系統均可正常運行之中。實踐證明,只有技術、管理落實到位后,任何一項節能的新措施才能發揮大的作用。