膠球清洗裝置改造提高凝汽器銅管清洗效果及提高經濟效益

    膠球清洗裝置改造提高凝汽器銅管清洗效果及提高經濟效益，公司針對凝汽器膠球清洗系統存在的問題進行分析，并逐一對發現的問題采取了一定的改進措施，解決了凝汽器膠球清洗裝置收球率長期低下的問題，確保凝汽器銅管的清洗效果，達到提高經濟效益的目的。
    ＃6汽輪機是上海汽輪機廠生產的N300-165/535/535型中間再熱凝汽式汽輪機，配置N-17600-Ⅰ型凝汽器。機組凝汽器循環冷卻水取自珠江，經江邊一次濾網，由設在汽機房內混流循環水泵送至凝汽器。凝汽器進水管道上安裝WNAD-1800型自動清洗二次濾網，凝汽器出水管側裝有膠球清洗裝置（見圖1）。
    由于各種因素影響，機組膠球清洗裝置收球率長期低于60%。凝汽器換熱下降，嚴重影響了機組發電效率。我公司對機組膠球系統進行多次設備改造，機組膠球清洗系統膠球平均收球率達到90%以上，清洗效果大大提高，與以往膠球清洗系統不能正常投入運行相比，凝汽器真空度明顯提高，夏天高溫季節機組運行出力及經濟性有了明顯改善。
1膠球清洗裝置系統存在的問題及改造措施
    膠球清洗裝置系統是提高汽輪機熱效率的重要輔助設備，對于保持凝汽器內冷卻水管內壁潔凈，提高凝汽器換熱能力，使凝汽器保持較高真空度和較小的端差，因此為國內外電廠普遍采用。
    #6機現在用膠球清洗系統存在以下主要問題：循環水流場不均勻，收球網與轉軸固定卡碼已腐蝕嚴重脫落，收球網轉軸軸承采用塑料王為材料，轉動不靈活，收球網板設計不合理，膠球不能順暢收回裝球室，垃圾容易掛在網上。
1.1凝汽器出水口彎管段紊流對流場的影響
    #6機組凝汽器循環水為下進上出，循環水進水管連接二次濾網。出口管安裝出水蝶閥，管道進出凝汽器都有彎頭，收球網為立式，上游直接聯接至彎頭，下游為直管段，由于空間有限，凝汽器循環進出水管道排列緊密，在較小的空間里存在多個彎頭，造成循環水流動紊亂，嚴重影響膠球回收和對凝汽器冷卻水管的清洗。
為改善凝汽器循環水紊流對膠球清洗裝置系統的影響，在以下三個方面作了改造：
    （1）凝汽器進出水彎管段加裝導流板。由于現場空間有限，在凝汽器循環水彎管段中水平焊接一不銹鋼導流板。該導流板將凝汽器循環水進出水流一分為二，使水流能夠均勻地流動，消除彎管處死區，使膠球受力的大小和方向得到改善，利于膠球的流動和回收。
    （2）收球網轉向90。原系統中收球網進水側位置與彎管中心線平行，造成循環水流量、收球網受力不均，靠近凝汽器一側流量、受力小，而另一側相反，導致收球網收球口兩側膠球分布不均勻，或收球網板受力過大一側跑球。因此收球網轉向90。，使收球網兩側流量相同。
    （3）將膠球系統出水管伸入凝汽器循環水進水管約50mm，保證膠球進入循環水后能充分發散。
2.2更換新型收球網
    原收球網由兩片網板組成，頂部為迎水端，網板將整個管道截面完全遮擋。由于收球網運行時間較長，收球網網板剛性下降，在水動力下產生彈性變形過大造成逃球，另外控制傳動機構在反力矩的作用下，多次發生行程限位不準，使網板閉合不到位；操縱機構動力顯小，閥門啟閉不到位，管道阻過大等諸多因素都是造成收球率低的重要原因。
    更換的收球網是旋擺自鎖式收球網，其將活動型柵格收球網設計為平面四桿機構。在雙網板支撐軸的下部采用曲柄連桿機構推拉操縱網板，在收球工況時，執行機構帶動網板旋擺一定角度，達到運行工況的極限位置，將筒體整個截面遮擋；在非運行工況時，執行機構帶動網板旋擺回到上述角度，即與水流平行的極限位置，使水流對網板進行反沖洗及減少水阻，這個收球網下段網板不再是懸臂梁，同時網板旋擺的兩個極限位置正是死點位置，機構自鎖而網板不動，解決了因水流沖力而產生的網板變形并逃球的問題，如圖2。
2.3膠球的選擇和使用
    收球率是膠球清洗裝置系統是否正常工作的重要依據之一。影響收球率的因素除了冷卻水質（垃圾問題）、水力情況、滯球死區、凝汽器或主管路流場等問題之外，還與選用的膠球有關。膠球選型必須根據冷卻水質、凝汽管結垢特點、水室特征、冷卻水參數及凝汽管幾何參數等機組特定情況，選擇品種、直徑、硬度、吸水沉降速度等均適合的膠球，才能確保清洗效果。一般而言，膠球密度應與循環水密度基本一致，這樣膠球進入凝汽器銅管后能懸浮在凝汽器的任何一位置。本公司原先使用膠球質量較差，同一規格膠球大小不一，有的相差2mm；膠球在水中泡脹后膨脹度大于5％，不能進入或堵死在銅管內；有的膠球嚴重變形，粘合錯位；有的受熱后融化發粘，粘在管壁上；有的表面光滑，毫無摩擦性，這些問題都嚴重影響膠球清洗系統的收球率和清洗效果。
（1）選擇合適的膠球。
    基于以上原因，本公司確定膠球質量應符合適合循環水水質，有一定硬度并富有彈性，膠球的氣孔均勻、孔間連通吸水性強，濕態球的比重與水相近，膠球在進入水室后從水室底部至頂部均勻分布。在水溫535℃運行時，膠球球徑漲大不超過0.5mm，在運行期間保持穩定，以防止膠球堵塞冷卻水管。使用期內不老化、變形，運行中膠球球徑應比凝汽器管子內徑大1mm。
（2）正確使用膠球。
    由于循環水經一、二次濾網后進入凝汽器的循環水基本以淤泥和微生物污垢為主，這類沉積物通過合理安排膠球清洗次數即可清除。根據資料膠球清洗的優頻率一般為平均每根管子每5分鐘清洗1次，即可滿足清洗效果，根據我廠凝汽器循環水管道的布置和膠球清洗系統的實際情況，進行綜合分析和計算。現以單側投球數量600只計算：n=17600/2＝8800（每側銅管數量）每根銅管長約11m，循環水（內含膠球）流速約2m/s，則每只膠球在凝汽器內循環一次時間為11mx2/2m/s≈11s。則每根銅管每小時清洗次數=3600/11x600/8800≈22次由上述計算可見，以單側投球600只循環運行一小時，平均每根管子被清洗次數約為22次，基本滿足需要。
2.4膠球清洗裝置系統的改造
    膠球清洗裝置系統由收球器、膠球泵和相應管路組成。集球器為水平的筒狀容器，容器上側配有一玻璃孔以便觀察。集球器有內置濾網，該濾網出口有收、投球閥，由電動執行機構驅動，旋轉后可收或投膠球。膠球系統主要存在以下幾個問題：
    （1）膠球清洗裝置系統流量不足；
    （2）收球器進口處無逆止裝置，導致膠球泵停后膠球隨循環水倒流，有一部分膠球帶出；
    （3）凝汽器循環水室空氣較多，導致膠球泵抽吸能力不足。
對于膠球循環單元主要存在的問題，通過相應的措施加以改進：
    （1）對膠球系統流量不足，通過改造膠球系統管道彎頭，取消90。彎管，代之以120o的大角度彎頭并保證收球兩側管道彎頭位置、數量對稱；
    （2）在收球器進口處安裝逆止裝置，避免膠球泵停后膠球隨循環水倒流；
    （3）由于循環水中總是含有溶解空氣，為減少凝汽器循環水側空氣聚集，定期開啟射水抽氣器至凝汽器水側空氣門進行抽空氣。
2.5膠球系統運行中應注意的兩個問題
    （1）收球網應定期打開，收球網設計承受壓力為0.2Mpa，如果長期不打開，膠球、垃圾等雜物會塞死收球網，導致收球網承受大量壓力變形。
    （2）投膠球清洗時，為降低循壞水對凝汽器收球網的壓力，凝汽器循環水出水門應關小30%~40％，這樣膠球不會被循環水擠壓在收球網上，有利提高凝汽器膠球收球率。
3膠球清洗裝置系統完善后經濟分析
    膠球清洗裝置系統改造后，能夠保持凝汽器持續清潔高效運行，尤其在夏季用電高峰期，有效降低凝汽器端差，提高真空度，降低汽輪機背壓，從而減少燃料消耗，增加機組發電出力。膠球清洗系統的高效投用，可為電廠帶來兩方面的效益。
（1）膠球清洗裝置系統改造前后對比。
    根據測算，循環水溫在33究，機組負荷在300MW時，真空為-89.9kPa。而在相同工況改造后，機組真空為-92kPa，提高2kPa左右。如果與膠球系統不能正常工作時比較，真空可以提高5kPa。機組停機對凝汽器銅管進行檢查，發現管壁很干凈。表1為經過一段時間清洗后機組的循環水溫度與真空度的幾個典型工況，可以看出機組真空度大為改善。
表1膠球系統改造后循環水溫度與真空
時間 機組負荷（MW） 循環水溫
（究） 機組真空（kPa） 膠球收球率
2006.6.03 300 33 89.5 50%
2007.6.05 300 33 89.6 55%
2008.6.10 300 33 92.3 95%
2008.6.15 300 33 92.6 98%
（2）膠球清洗裝置經濟性分析。
    根據近對機組運行工況分析計算，循環水溫在33究時，真空比去年同期提高至少2kPa。根據排汽壓力對機組出力的關系曲線，300MW機組效率比去年同期可提高2%左右。以機組年平均負荷：80%；年平均運行時間：6000h；上網電價：0.35元/kW·h計算：300000kWx6000hx80%x0.35元/kW·hx2%=1008萬元
    另外，膠球清洗裝置系統的正常投用，不僅可對電廠帶來直接的經濟效益，還減少了金屬腐蝕，延長機組凝汽器銅管壽命，并減少停機時間及由此造成的產值損失，減少化學水處理費用，其費用也相當可觀。
    凝汽器膠球清洗經過此次改造，各項技術指標都超過部頒標準（90%），性能良好的凝汽器膠球清洗系統為機組經濟運行發揮了重要作用。