提高凝汽器膠球清洗裝置安裝使用的可靠性

     針對125MW汽輪發電機組膠球清洗裝置系統應用情況,指出循環水二次濾網和膠球收球網的使用可顯著提高凝汽器運行可靠性和經濟效益;并指出了膠球清洗裝置系統使用時的注意事項及存在問題。
     凝汽器是火力發電廠、核電站及化工企業中的重要設備。維護凝汽器冷卻水管內壁的潔凈,保持凝汽器較高的真空和較小的端差,是提高汽輪機組熱效率的主要方法之一。為了維護凝汽器冷卻管的潔凈,過去我國大部分電廠曾采用停機或減半負荷由人工清洗的方法。這樣,冷卻管在從清潔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(國內一般設計清潔系數為0.80～0.85),使汽輪機組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,當汽輪機背壓偏高和凝汽器端差增大后,熱耗率與煤耗率的變化見表1。
表1汽輪機背壓及凝汽器端差變化時
發電廠經濟指標的變化
汽輪機背壓升高增加熱耗增加煤耗
/kPa/(kJ·kW-1·h-1)/(g·kW-1·h-1)
160.082.36
2129.795.30
3188.827.50
4244.519.70
凝汽器端差升高增加熱耗增加煤耗
/K/(kJ·kW-1·h-1)/(g·kW-1·h-1)
120.980.80
240.951.57
359.872.31
477.922.99
595.123.66
1膠球清洗裝置系統使用現狀
     由于種種原因,目前膠球自動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,凡是現有機組裝設膠球清洗裝置系統的,能夠正常投運、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%;另有幾臺機組未裝或正在改進自動清洗系統。
     幾年來,不少單位對膠球自動清洗裝置系統不斷地進行了改進,使之逐步趨向完善,已能做到正常投運,經濟效益顯著。特別是夏季,機組真空能維持在較高水平,確保了機組多發電,高效率、低消耗,為緩和用電緊缺起到了應有的作用。
          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。而長期運行后水阻大,剛性差,易變形,積聚垃圾后清洗困難,必須停機進行清洗。100MW以上大機組宜選用蝶形活動收球網。該網靈活性強,適應不同運行工況、不同地區使用,操作簡單,運行水阻小,收球率高,檢查維護方便。經驗還證明,良好的設備是保證球膠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,兩者緊密結合,缺一不可。
2膠球清洗裝置系統應用實例
     某廠一期工程裝有2臺國產125MW機組(1號和2號),分別于二期工程裝有2臺210MW機組(3號和4號)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。由于1、2號機組比3、4號機組早投產幾年,所以3、4號機組的膠球自動清洗裝置系統,從設計、安裝到運行管理和維護,都吸取了1、2號機組的經驗教訓生產的不銹鋼設備,凝汽器循環水進水循環水二次濾網型號為FFLM1800/1600,收球網型號為HQW-1600-Ⅱ,膠球泵型號為125SS-9,清洗系統的連接管路均采用不銹鋼管,投產后運行正常。
     一期工程的2臺125MW機組的凝汽器,在安裝時均隨機裝有立式渦流切向清洗二次濾網及膠球清洗系統。由于原設備在設計、制造及材質上存有問題,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,嚴重影響著汽輪機組的安全、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,常有大量海帶、海虹、塑料袋、海草等雜物進入循環水系統,造成濾網堵塞。此時由于網系內外壓差過大,將網芯壓變形直至撕裂,以致造成凝汽器板布滿雜物,汽輪機真空惡化。嚴重時每隔一天就要進行一次減半負荷人工清洗凝汽器,既影響發電出力,又大大增加了檢修工人的勞動強度。收球網也因海水腐蝕,操作不靈,收球率不足50%,膠球自動清洗裝置系統無法正常投入。
     為扭轉這種被動局面,分別在1號和2號機組的大修中,換用了循環水二次濾網和膠球收球網及有關控制操作附件,主要設備材質選用1Crl8Ni9Ti不銹鋼,以增加對海水的耐蝕性能。原膠球泵仍留用,凝汽器水室與循環水管道均未改動。
上述設備改裝后規定:
     (1)每臺機每個班清洗一次循環水二次濾網,每次15min左右,兩側輪流沖洗。遇有大風或雜物多時,視濾網前、后壓差適當增加沖洗次數和延長沖洗時間,以清洗干凈為準。
     (2)每臺機每日白班進行一次膠球清洗,每次半側投入300個膠球,清洗1h,收球1h。兩側輪流清洗。
     經過多年的實踐,證明循環水二次濾網和收球網操作方便,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。凝汽器各項經濟指標大有好轉,經濟效益顯著。
以2號機為例,以更換前、后全月平均性能參數進行比較(見表2)。
表2某廠2號機膠球清洗裝置效果對比
時間更換前更換后
/月水溫/℃真空度/%端差/K水溫/℃真空度/%端差/K
95.55  94.44   93.57
     1號及2號機組膠球清洗裝置系統改進后,真空率平均提高1.1%。熱耗下降93.77kJ/(kW·h),煤耗下降3.6g/(kW·h),機組循環熱效率提高0.45%,相應每年節約標準煤約6700t,并可多發電1.05×107kW·h。
     3號及4號機組正式投產后,膠球自動清洗裝置系統亦隨之投運,操作原則與1號及2號機組相同,成為定期工作,并將清洗情況詳細記錄于運行日志中。從夏季運行工況看,4臺機組的膠球自動清洗系統的正常投運,使機組均處于較好的經濟運行水平(見表3)。
表34臺機組膠球清洗裝置系統夏季運行效果
1號機2號機3號機4號機
端差/K真空度/%端差/K真空度/%端差/K真空度/%端差/K真空度/%
8.194.67.595.047.794.507.594.6
7.391.96.993.707.092.206.992.1
7.793.07.394.067.493.157.293.3
3膠球自動清洗裝置系統運行不正常的原因
     目前膠球自動清洗裝置較普遍存在的問題是收球率不高,清洗效果欠佳,設備缺陷較多,投入率較低。
3.1收球網通流部分流道設計不合理
     (1)上、下網轉軸中心位置偏高,未考慮運行時水流流動時動量的作用,以致運行時抖動或偏離正常位置。
     (2)未采取收球時的輔助調節及擾動措施。
     (3)下方箱寬度過大,進入下方箱的水流量過大,超過膠球泵的抽吸能力,以致造成部分水滯流,膠球在此回旋。
3.2制造、安裝工藝差
     (1)網面制造粗糙,條柵分布不勻,動靜間隙偏大。
     (2)上網板與方箱接合處間隙過大或平衡度差。
     (3)上收球網轉軸接口處如設計制造成圓柱接頭,加之銷子強度不足時,當轉軸受較大扭曲力矩肘,很易斷裂導致網板無法活動。此處應設計制造成方板接頭,以加強其剛性。
     (4)下收球網下端蟹鉗處間隙過大,造成逃球。
3.3運行維護不當
     (1)不按時投運和定期反沖,發現問題未及時處理消除。
     (2)貪圖方便,長期將網板置于收球位置。致使網板垃圾積累過多,超過網板承載能力,導致網板永久變形。
     (3)異物卡澀于動靜部分之間未及時發現,強行操作執行機構。
4運行注意點
要想使膠球自動清洗裝置系統正常運行,起到良好的節能效果,必須做到以下幾點:
     (1)膠球自動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的江、河、湖、海水中的固體雜物和生物等,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之間,孔徑較大,加之回轉部分密封等因素的影響,垃圾雜物排、除能力差。為了彌補這一缺陷,裝設二次濾網(循環水二次濾網)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,除清洗裝置本身結構合理外,材質須作相應考慮,特別是以海水作為冷卻介質的凝汽器,清洗裝置及濾網應選用耐腐蝕的不銹鋼材。
     (3)在安裝和檢修凝汽器時,應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,膠球清洗裝置系統應在換管或徹底清除一切積垢后立即投運。
     (4)選擇微孔要粒度均勻,性能穩定,球徑較銅管內徑大1～2mm的海綿膠球。使用過程中如發現膠球破損或過分發胖要及時剔除掉,投入新球。也要隨時剔除磨損變小的膠球,當球體直徑比管徑小0.1～0.3mm時,不宜再繼續使用。
     即使同批生產的膠球,尺寸也有大小,球質也有硬軟,密度也不一樣,因此要有人驗收,確保膠球質量。新膠球投入運行前,應選用海水浸泡1～2h,并反復用手捏幾次,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)為保護和預防銅管腐蝕,延長其使用壽命,要注意冷卻管保護膜完整,不要由于膠球清洗而遭損壞,要定期加入硫酸亞鐵進行沉膜處理。
     (6)在膠球連續清洗過程中,如發現收球率明顯降低或運行不正常時,應及時查找原因。如發現網板變形,應及時采取措施整形,使其恢復正常,而不能采取消極措施將其網板固定或焊死。
     目前,國內多數汽輪發電機組都采用了膠球自動清洗裝置系統,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阻,從而降低了發電單位煤耗。經測試得知,清洗度提高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,煤耗可降低2%～3%或更多。由于膠球自動清洗裝置系統還可使冷卻管的損壞減少,因此提高了凝汽器運行的可靠性,減少了汽輪機設備計劃外停機次數。此外,由于發電煤耗降低,又可減少有害物質的排放量。由于腐蝕受到控制,還可減少金屬材料的損耗。膠球自動清洗裝置系統是火力發電廠有效的節能措施之一。