胶球清洗装置改造提高凝汽器铜管清洗效果及提高经济效益

胶球清洗装置改造提高凝汽器铜管清洗效果及提高经济效益

    胶球清洗装置改造提高凝汽器铜管清洗效果及提高经济效益，公司针对凝汽器胶球清洗系统存在的问题进行分析，并逐一对发现的问题采取了一定的改进措施，解决了凝汽器胶球清洗装置收球率长期低下的问题，确保凝汽器铜管的清洗效果，达到提高经济效益的目的。
    ＃6汽轮机是上海汽轮机厂生产的N300-165/535/535型中间再热凝汽式汽轮机，配置N-17600-Ⅰ型凝汽器。机组凝汽器循环冷却水取自珠江，经江边一次滤网，由设在汽机房内混流循环水泵送至凝汽器。凝汽器进水管道上安装WNAD-1800型自动清洗二次滤网，凝汽器出水管侧装有胶球清洗装置（见图1）。
    由于各种因素影响，机组胶球清洗装置收球率长期低于60%。凝汽器换热下降，严重影响了机组发电效率。我公司对机组胶球系统进行多次设备改造，机组胶球清洗系统胶球平均收球率达到90%以上，清洗效果大大提高，与以往胶球清洗系统不能正常投入运行相比，凝汽器真空度明显提高，夏天高温季节机组运行出力及经济性有了明显改善。
1胶球清洗装置系统存在的问题及改造措施
    胶球清洗装置系统是提高汽轮机热效率的重要辅助设备，对于保持凝汽器内冷却水管内壁洁净，提高凝汽器换热能力，使凝汽器保持较高真空度和较小的端差，因此为国内外电厂普遍采用。
    #6机现在用胶球清洗系统存在以下主要问题：循环水流场不均匀，收球网与转轴固定卡码已腐蚀严重脱落，收球网转轴轴承采用塑料王为材料，转动不灵活，收球网板设计不合理，胶球不能顺畅收回装球室，垃圾容易挂在网上。
1.1凝汽器出水口弯管段紊流对流场的影响
    #6机组凝汽器循环水为下进上出，循环水进水管连接二次滤网。出口管安装出水蝶阀，管道进出凝汽器都有弯头，收球网为立式，上游直接联接至弯头，下游为直管段，由于空间有限，凝汽器循环进出水管道排列紧密，在较小的空间里存在多个弯头，造成循环水流动紊乱，严重影响胶球回收和对凝汽器冷却水管的清洗。
为改善凝汽器循环水紊流对胶球清洗装置系统的影响，在以下三个方面作了改造：
    （1）凝汽器进出水弯管段加装导流板。由于现场空间有限，在凝汽器循环水弯管段中水平焊接一不锈钢导流板。该导流板将凝汽器循环水进出水流一分为二，使水流能够均匀地流动，消除弯管处死区，使胶球受力的大小和方向得到改善，利于胶球的流动和回收。
    （2）收球网转向90。原系统中收球网进水侧位置与弯管中心线平行，造成循环水流量、收球网受力不均，靠近凝汽器一侧流量、受力小，而另一侧相反，导致收球网收球口两侧胶球分布不均匀，或收球网板受力过大一侧跑球。因此收球网转向90。，使收球网两侧流量相同。
    （3）将胶球系统出水管伸入凝汽器循环水进水管约50mm，保证胶球进入循环水后能充分发散。
2.2更换新型收球网
    原收球网由两片网板组成，顶部为迎水端，网板将整个管道截面完全遮挡。由于收球网运行时间较长，收球网网板刚性下降，在水动力下产生弹性变形过大造成逃球，另外控制传动机构在反力矩的作用下，多次发生行程限位不准，使网板闭合不到位；操纵机构动力显小，阀门启闭不到位，管道阻过大等诸多因素都是造成收球率低的重要原因。
    更换的收球网是旋摆自锁式收球网，其将活动型栅格收球网设计为平面四杆机构。在双网板支撑轴的下部采用曲柄连杆机构推拉操纵网板，在收球工况时，执行机构带动网板旋摆一定角度，达到运行工况的极限位置，将筒体整个截面遮挡；在非运行工况时，执行机构带动网板旋摆回到上述角度，即与水流平行的极限位置，使水流对网板进行反冲洗及减少水阻，这个收球网下段网板不再是悬臂梁，同时网板旋摆的两个极限位置正是死点位置，机构自锁而网板不动，解决了因水流冲力而产生的网板变形并逃球的问题，如图2。
2.3胶球的选择和使用
    收球率是胶球清洗装置系统是否正常工作的重要依据之一。影响收球率的因素除了冷却水质（垃圾问题）、水力情况、滞球死区、凝汽器或主管路流场等问题之外，还与选用的胶球有关。胶球选型必须根据冷却水质、凝汽管结垢特点、水室特征、冷却水参数及凝汽管几何参数等机组特定情况，选择品种、直径、硬度、吸水沉降速度等均适合的胶球，才能确保清洗效果。一般而言，胶球密度应与循环水密度基本一致，这样胶球进入凝汽器铜管后能悬浮在凝汽器的任何一位置。本公司原先使用胶球质量较差，同一规格胶球大小不一，有的相差2mm；胶球在水中泡胀后膨胀度大于5％，不能进入或堵死在铜管内；有的胶球严重变形，粘合错位；有的受热后融化发粘，粘在管壁上；有的表面光滑，毫无摩擦性，这些问题都严重影响胶球清洗系统的收球率和清洗效果。
（1）选择合适的胶球。
    基于以上原因，本公司确定胶球质量应符合适合循环水水质，有一定硬度并富有弹性，胶球的气孔均匀、孔间连通吸水性强，湿态球的比重与水相近，胶球在进入水室后从水室底部至顶部均匀分布。在水温535℃运行时，胶球球径涨大不超过0.5mm，在运行期间保持稳定，以防止胶球堵塞冷却水管。使用期内不老化、变形，运行中胶球球径应比凝汽器管子内径大1mm。
（2）正确使用胶球。
    由于循环水经一、二次滤网后进入凝汽器的循环水基本以淤泥和微生物污垢为主，这类沉积物通过合理安排胶球清洗次数即可清除。根据资料胶球清洗的优频率一般为平均每根管子每5分钟清洗1次，即可满足清洗效果，根据我厂凝汽器循环水管道的布置和胶球清洗系统的实际情况，进行综合分析和计算。现以单侧投球数量600只计算：n=17600/2＝8800（每侧铜管数量）每根铜管长约11m，循环水（内含胶球）流速约2m/s，则每只胶球在凝汽器内循环一次时间为11mx2/2m/s≈11s。则每根铜管每小时清洗次数=3600/11x600/8800≈22次由上述计算可见，以单侧投球600只循环运行一小时，平均每根管子被清洗次数约为22次，基本满足需要。
2.4胶球清洗装置系统的改造
    胶球清洗装置系统由收球器、胶球泵和相应管路组成。集球器为水平的筒状容器，容器上侧配有一玻璃孔以便观察。集球器有内置滤网，该滤网出口有收、投球阀，由电动执行机构驱动，旋转后可收或投胶球。胶球系统主要存在以下几个问题：
    （1）胶球清洗装置系统流量不足；
    （2）收球器进口处无逆止装置，导致胶球泵停后胶球随循环水倒流，有一部分胶球带出；
    （3）凝汽器循环水室空气较多，导致胶球泵抽吸能力不足。
对于胶球循环单元主要存在的问题，通过相应的措施加以改进：
    （1）对胶球系统流量不足，通过改造胶球系统管道弯头，取消90。弯管，代之以120o的大角度弯头并保证收球两侧管道弯头位置、数量对称；
    （2）在收球器进口处安装逆止装置，避免胶球泵停后胶球随循环水倒流；
    （3）由于循环水中总是含有溶解空气，为减少凝汽器循环水侧空气聚集，定期开启射水抽气器至凝汽器水侧空气门进行抽空气。
2.5胶球系统运行中应注意的两个问题
    （1）收球网应定期打开，收球网设计承受压力为0.2Mpa，如果长期不打开，胶球、垃圾等杂物会塞死收球网，导致收球网承受大量压力变形。
    （2）投胶球清洗时，为降低循坏水对凝汽器收球网的压力，凝汽器循环水出水门应关小30%~40％，这样胶球不会被循环水挤压在收球网上，有利提高凝汽器胶球收球率。
3胶球清洗装置系统完善后经济分析
    胶球清洗装置系统改造后，能够保持凝汽器持续清洁高效运行，尤其在夏季用电高峰期，有效降低凝汽器端差，提高真空度，降低汽轮机背压，从而减少燃料消耗，增加机组发电出力。胶球清洗系统的高效投用，可为电厂带来两方面的效益。
（1）胶球清洗装置系统改造前后对比。
    根据测算，循环水温在33究，机组负荷在300MW时，真空为-89.9kPa。而在相同工况改造后，机组真空为-92kPa，提高2kPa左右。如果与胶球系统不能正常工作时比较，真空可以提高5kPa。机组停机对凝汽器铜管进行检查，发现管壁很干净。表1为经过一段时间清洗后机组的循环水温度与真空度的几个典型工况，可以看出机组真空度大为改善。
表1胶球系统改造后循环水温度与真空
时间 机组负荷（MW） 循环水温
（究） 机组真空（kPa） 胶球收球率
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）胶球清洗装置经济性分析。
    根据近对机组运行工况分析计算，循环水温在33究时，真空比去年同期提高至少2kPa。根据排汽压力对机组出力的关系曲线，300MW机组效率比去年同期可提高2%左右。以机组年平均负荷：80%；年平均运行时间：6000h；上网电价：0.35元/kW·h计算：300000kWx6000hx80%x0.35元/kW·hx2%=1008万元
    另外，胶球清洗装置系统的正常投用，不仅可对电厂带来直接的经济效益，还减少了金属腐蚀，延长机组凝汽器铜管寿命，并减少停机时间及由此造成的产值损失，减少化学水处理费用，其费用也相当可观。
    凝汽器胶球清洗经过此次改造，各项技术指标都超过部颁标准（90%），性能良好的凝汽器胶球清洗系统为机组经济运行发挥了重要作用。