凝汽器海綿膠球清洗系統合理運行調試說明

      凝汽器海綿膠球清洗系統合理運行調試說明，凝汽器海綿膠球清洗系統能否正常運行對凝汽器的真空度及機組運行的經濟性影響很大。對膠球清洗系統的運行方式進行了調試對比,并結合實際做了理論分析。提出清洗強度這一概念,用定量分析的方法來分析膠球清洗系統對機組經濟性的影響。
      發電公司2臺600MW機組凝汽器膠球清洗系統,自機組投運后,膠球清洗系統一直不能投入正常運行,衡量膠球清洗系統質量和可持續清洗的重要指標,膠球收球率一直居低不上,清洗效果很不好。據有關資料介紹,華東電網大機組上配備的凝汽器海綿膠球清洗系統,膠球收球率在90%以上的僅占25%,膠球收球率53%以上的占42%,完全不能投入使用的占33%,其中包括國外進口的膠球清洗系統。經我公司各部門人員的通力合作和精心調試,目前我公司2臺600MW機組配套的膠球清洗系統,其膠球平均收球率達到90%以上,高時達95%,清洗效果大大提高,與以往凝汽器海綿膠球清洗系統不能正常投入運行前相比,凝汽器的真空度明顯提高,機組運行的出力及經濟性也有了明顯的改善。下面介紹凝汽器海綿膠球清洗系統的運行及調試情況。
2凝汽器海綿膠球清洗裝置系統主要設備介紹
2.1凝汽器的設計參數和性能指標
      凝汽器總冷卻面積   34000m
      額定工況凝汽器冷卻水流量額定工況凝汽器冷卻水溫度  72010tPh20℃
      額定工況凝汽器壓力 4.9kPa
      額定工況凝汽器端差 3.56℃
      額定工況凝汽器水阻 62kPa
      額定工況凝汽器溫升 9℃
      額定工況凝汽器過冷度 0.36℃
      凝汽器循環水管規格  <2440×14mm
      凝汽器鈦管內平均流速 2.19mPs 20m3Ps
      單根循環水管循環水量10m3Ps 
      循環水大循環水壓0.32MPa
      凝汽器管材機1為鈦管;機2為TP304凝汽器冷卻水管直徑和數量 <25×0.5mm,38176根<25×0.75mm,736根
2.2凝汽器海綿膠球清洗系統
      每臺凝汽器管道清洗系統數量2；膠球直徑<26mm；
      收球網規格<2440mm收球網壓降(干凈)2.5kPa收球網壓降(臟)7.5kPa膠球再循環泵流量54tPh；
      膠球再循環泵轉速1450rPmin膠球再循環泵功率11.2kW膠球再循環泵效率42%；
      管道清洗系統連接管道規格<76mm；
      收球室容積3.28×10-5m3；
      收球網容積1.64×10-5m3；
      膠球全行程時間30s；
3管道海綿膠球清洗系統所作的改進
      圖1為循環水及海綿膠球清洗裝置系統示意圖。
      根據公司的介紹,凝汽器海綿膠球清洗系統管道布置應符合水動力學的原理,同時根據工程系統公司有關資料分析,膠球再循環泵效率很低,該泵的流道設計與其他類型的水泵完全不同,其主要目的是為了保護膠球,使膠球在經過膠球再循環泵時不致損壞,因此不能隨便拿1臺水泵充作膠球再循環泵。
      為此將收球口恢復為與收球網管壁垂直,管徑為<76mm,使之更符合水動力學的原理,使膠球所受的力的大小和方向得到改善,有利于膠球的流動和回收。
      另外根據水動力學原理分析計算,整個凝汽器海綿膠球清洗系統的沿程阻力很小,阻力主要分布在局部處,因此我們對膠球清洗的管道系統進行了改進,將5只90°的彎頭全部取消,代之以45°的彎頭,并保證兩邊的彎頭數量對稱,經現場流量實測,兩邊的流速完全對稱。
4調試情況和結果分析
4.1尋找膠球收球率下降拐點
      圖2為循環水管道進出凝汽器的布置圖,圖中可以看出,循環水出凝汽器即90°水平拐彎,接下來便是往下90°拐彎,循環水管道直徑為<2440mm,大直徑的水管在如此狹小空間連續2個90°拐彎,膠球收球網就安裝在垂直管道間,水流極不穩定,容易產生水內渦、階躍渦,附加的整流板還會產生卡門渦街,在實際運行和調試時如何消除這些渦流,使水流比較平穩地流過收球網,是提高收球率的關鍵。另外膠球在水流中所具有的動能,與水流速度的平方成正比,而管道中的局部阻力也與水流速度的平方成正比,因此加裝的導流板既要減少渦流的強度,同時在加裝的導流板處的局部阻力要小,有利于提高收球率。
      通過實際調試發現,膠球回收檔板(即收球網)兩側的壓差對膠球收球率的影響很大,雖然制造廠在收球網段的結構設計和加工時,已考慮了循環水流量、膠球規格和硬度、冷卻水管直徑、安裝位置、收球網高度等多種因素對收球率的影響,但實際運行中,回收檔板兩側的壓差除了與循環水流量、膠球規格和硬度等有關外,更與系統中膠球數量直接相關。通過大量調試發現,隨著投入膠球數量的增加,收球網壓差開始維持在一定的數值基本不變,膠球收球率能維持在較高的水平。但隨著投放膠球數量的進一步增加,膠球停留在收球網上的時間延長,導致收球網兩側的壓差上升,壓差上升到一定值時,收球率會突然發生下降,后收球網壓差維持在相應的較高數值。因為是收球網壓差緩慢上升,何處是膠球收球率下降拐點則不易察覺,需要反復調試才能判斷。據分析,可能是膠球在收球網兩側壓差較大時被收球網吸附之故。膠球一旦被收球網吸附,就會導致收球網的壓差升高,而差壓升高使膠球更容易被擠壓吸附在收球網上,因此出現收球率突然下降的拐點。
      根據流體動力學伯努利方程:p1+·v+=p2+·v+=c其三項分別為壓能、動能和位能。由于流體為同一種流體,比重的因素可以忽略,高度一致,二點間的靜壓力與其流速的平方成反比,當收球網處的流速為2.1mPs時,折合靜壓為2.21kPa。經多次試驗發現,當裝球數增加到一定數量時,收球網壓差達到2.16kPa左右,膠球收球率發生突然下降。其中關系還有待進一步試驗觀察,但在實際運行中,我們把該值作為調試和運行的控制點。
4.2確定凝汽器海綿膠球清洗強度
      根據循環水系統、凝汽器的布置和膠球清洗系統的實際情況,進行綜合分析和計算,清洗頻率和裝球數之間的關系是:P≈XP80其中:P為清洗頻率,每小時每根管子清洗次數;X為裝球數,只。如果裝球數為640只,則清洗頻率為8次Ph,即每小時每根管子清洗8次。如果裝球數為480只,則清洗頻率為6次Ph,即每小時每根管子清洗6次。其余類推。
清洗強度可以通過裝球數量的變化來調整,而清洗次數可以通過時間的變化而增減。這就要根據凝汽器的干凈程度和循環水質的情況而定。
      為了保證凝汽器的清洗效果,防止清洗過度或清洗不足,尤其要防止清洗不足,我們采用“清洗強度”這一指標來進行定量分析,即清洗頻率、清洗時間和膠球直徑對管道內徑的過盈量這三者的乘積作為凝汽器的“清洗強度”,清洗強度應根據凝汽器的真空度和端差來確定。清洗頻率可以通過所加膠球數量來進行優化,通過改變清洗時間來改變清洗次數,過盈量則通過改變膠球的直徑及循環水系統運行方式來進行優化。根據我們初步觀察,清洗強度為10時可以維持凝汽器正常的清潔度,而要提高凝汽器的清潔度,清洗強度要大于10。
4.3凝汽器膠球清洗裝置系統選用合適尺寸的膠球
      由于清洗強度與膠球直徑有很大關系,圖3為膠球直徑與凝汽器循環水進出口差壓的關系。實際運行中,應根據循環水進出口的差壓,也即循環水量來確定膠球直徑。
圖3膠球直徑與凝汽器循環水進出口差壓的關系
      根據圖3中的曲線,我們一般在循環水系統為1機1泵方式運行時,選用<25mm膠球,2機3泵方式運行時,選用<26mm或<27mm膠球,如果2機4泵方式運行時,那就選用<27mm膠球。
      根據對膠球清洗效果的長期觀察,當選用<25mm膠球進行清洗時,凝汽器循環水進出口的水阻(差壓)開始下降,凝汽器端差也開始下降,但下降到一定的數值時,水阻和端差變動不大;當改用<26mm膠球進行清洗時,凝汽器循環水進出口的水阻(差壓)又開始下降,凝汽器端差也開始下降,但下降到一定的數值后,水阻和端差又開始不動;當進一步選用<27mm膠球進行清洗時,清洗效果達到佳,其端差達到2臺機投產后的小值,真空明顯上升,甚至比手工清洗后干凈的凝汽器效果還好。
5凝汽器海綿膠球清洗的效果
5.1真空度提高
      與2013年運行記錄相比,2013年循環水溫在33℃時,機組負荷在600MW時,真空為-89.93kPa;而2014年在相同工況時,真空為-91.50kPa,至少提高1.5kPa。如果與臟凝汽器時的真空比,經過膠球清洗,真空甚至可以提高5.0kPa。我們觀察用高壓水槍人工清洗的情況,由于水槍可以從凝汽器換熱管的兩端分別進行清洗,換熱管中部清洗效果較差,而換熱管中部則是凝汽器換熱量大的區域。用膠球進行清洗,整根水管從前到后效果一致。
      由于凝汽器海綿膠球清洗裝置比機組晚投產,凝汽器換熱管已經產生了一些結垢現象,為此我們加大了清洗強度,使凝汽器換熱效果得到很大的改善,在循環水溫和機組負荷相同的情況下,真空比以前有了很大提高。2013年3月底循環水系統運行方式為2機3泵,而2014年直到6月底循環水系統運行方式還是2機3泵,少開1臺循環水泵每天節電8×104kW·h,且沒有以前真空隨機組運行時間的延長而惡化的現象。機組小修時我們對凝汽器進行檢查,發現管壁很干凈不臟手,露出金屬本色。所使用的膠球經過一段時間的清洗,每只膠球清洗了2萬根換熱管,在管中行程230km,此時的膠球變成橢球型,長軸為<26.5mm,短軸為<23.5mm。而以前管壁結垢經過清洗后去掉不少。
      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,從表中可以看出機組的真空度大為改善。幾個工況中負荷基本一致,所以在比較時不作修正。
表1清洗后機組工況
時間  機組負荷PMW  循環水溫P℃ 排汽壓力PkPa  修正到30℃水溫時的排汽壓力PkPa
2014年5月28日  598   30.2   10.61   10.56
2014年6月4日  618    28.0   7.30    7.76
2014年7月9日  589    31.4   7.83    7.47
5.2凝汽器海綿膠球清洗裝置運行經濟性分析
      根據近對機組運行工況分析計算,由于我們用<27mm海綿膠球對凝汽器進行清洗,清洗效果明顯,直到2014年6月30日,2臺機組循環水系統仍然采用2機3泵的運行方式,單循環水泵每天可節電8×104kW·h,循環水溫在32℃時,真空比去年同期提高至少1.5kPa,根據排汽壓力對機組出力的關系曲線,600MW機組效率比去年同期可提高1.3%左右。膠球清洗投入正常運行后,按去年的發電量8.3×109kW·h,每kW·h煤耗310g計算,可以節煤3.86×104t,每噸標煤325元,可以產生經濟效益1254.5萬元。