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(fā)電機組膠球清洗裝置系統(tǒng)應(yīng)用情況,指出循環(huán)水二次濾網(wǎng)和膠球收球網(wǎng)的使用可顯著提高凝汽器運行可靠性和經(jīng)濟(jì)效益;并指出了膠球清洗裝置系統(tǒng)使用時的注意事項及存在問題。
     凝汽器是火力發(fā)電廠、核電站及化工企業(yè)中的重要設(shè)備。維護(hù)凝汽器冷卻水管內(nèi)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(hù)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(fù)荷由人工清洗的方法。這樣,冷卻管在從清潔被污染減負(fù)荷清洗的較長周期中,有相當(dāng)長的時間清潔系數(shù)小于設(shè)計值(國內(nèi)一般設(shè)計清潔系數(shù)為0.80～0.85),使汽輪機組在真空惡化的不經(jīng)濟(jì)狀態(tài)下運行,導(dǎo)致汽輪機熱耗率和發(fā)電煤耗率增加。以125MW機組為例,當(dāng)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(fā)電廠經(jīng)濟(jì)指標(biāo)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(tǒng)使用現(xiàn)狀
     由于種種原因,目前膠球自動清洗裝置系統(tǒng)的投入率和收球率還不理想,設(shè)備、系統(tǒng)、運行維護(hù)和管理還存在一些問題,有待進(jìn)一步完善。華東電力試驗研究所曾對華東電網(wǎng)14個電廠,44臺125MW以上容量的大機組進(jìn)行調(diào)查,結(jié)果表明,凡是現(xiàn)有機組裝設(shè)膠球清洗裝置系統(tǒng)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(jìn)自動清洗系統(tǒng)。
     幾年來,不少單位對膠球自動清洗裝置系統(tǒng)不斷地進(jìn)行了改進(jìn),使之逐步趨向完善,已能做到正常投運,經(jīng)濟(jì)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(fā)電,高效率、低消耗,為緩和用電緊缺起到了應(yīng)有的作用。
          經(jīng)驗證明,固定錐形收球網(wǎng)只適合于中小機組及循環(huán)水源較清潔的地區(qū),或部分閉式循環(huán)水系統(tǒng)內(nèi)。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(jìn)行清洗。100MW以上大機組宜選用蝶形活動收球網(wǎng)。該網(wǎng)靈活性強,適應(yīng)不同運行工況、不同地區(qū)使用,操作簡單,運行水阻小,收球率高,檢查維護(hù)方便。經(jīng)驗還證明,良好的設(shè)備是保證球膠清洗工作順利投運的先決條件,而優(yōu)質(zhì)的維護(hù)與管理又是正常投運的必要條件,兩者緊密結(jié)合,缺一不可。
2膠球清洗裝置系統(tǒng)應(yīng)用實例
     某廠一期工程裝有2臺國產(chǎn)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(chǎn)。4臺機組的冷卻循環(huán)水系統(tǒng)均采用海水直流供水,即一次開放性循環(huán)。由于1、2號機組比3、4號機組早投產(chǎn)幾年,所以3、4號機組的膠球自動清洗裝置系統(tǒng),從設(shè)計、安裝到運行管理和維護(hù),都吸取了1、2號機組的經(jīng)驗教訓(xùn)生產(chǎn)的不銹鋼設(shè)備,凝汽器循環(huán)水進(jìn)水循環(huán)水二次濾網(wǎng)型號為FFLM1800/1600,收球網(wǎng)型號為HQW-1600-Ⅱ,膠球泵型號為125SS-9,清洗系統(tǒng)的連接管路均采用不銹鋼管,投產(chǎn)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(wǎng)及膠球清洗系統(tǒng)。由于原設(shè)備在設(shè)計、制造及材質(zhì)上存有問題,二次濾網(wǎng)除污效果差,收球網(wǎng)操作不靈,膠球回收率低,長期不能正常投運,嚴(yán)重影響著汽輪機組的安全、經(jīng)濟(jì)運行。
     該廠采用的海水,在一般情況下水質(zhì)良好,但在大風(fēng)或夏季收獲海帶及海虹繁殖季節(jié),常有大量海帶、海虹、塑料袋、海草等雜物進(jìn)入循環(huán)水系統(tǒng),造成濾網(wǎng)堵塞。此時由于網(wǎng)系內(nèi)外壓差過大,將網(wǎng)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(yán)重時每隔一天就要進(jìn)行一次減半負(fù)荷人工清洗凝汽器,既影響發(fā)電出力,又大大增加了檢修工人的勞動強度。收球網(wǎng)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(tǒng)無法正常投入。
     為扭轉(zhuǎn)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(huán)水二次濾網(wǎng)和膠球收球網(wǎng)及有關(guān)控制操作附件,主要設(shè)備材質(zhì)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(huán)水管道均未改動。
上述設(shè)備改裝后規(guī)定:
     (1)每臺機每個班清洗一次循環(huán)水二次濾網(wǎng),每次15min左右,兩側(cè)輪流沖洗。遇有大風(fēng)或雜物多時,視濾網(wǎng)前、后壓差適當(dāng)增加沖洗次數(shù)和延長沖洗時間,以清洗干凈為準(zhǔn)。
     (2)每臺機每日白班進(jìn)行一次膠球清洗,每次半側(cè)投入300個膠球,清洗1h,收球1h。兩側(cè)輪流清洗。
     經(jīng)過多年的實踐,證明循環(huán)水二次濾網(wǎng)和收球網(wǎng)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(hù)膜沒有損壞。凝汽器各項經(jīng)濟(jì)指標(biāo)大有好轉(zhuǎn),經(jīng)濟(jì)效益顯著。
以2號機為例,以更換前、后全月平均性能參數(shù)進(jìn)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(tǒng)改進(jìn)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(huán)熱效率提高0.45%,相應(yīng)每年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約6700t,并可多發(fā)電1.05×107kW·h。
     3號及4號機組正式投產(chǎn)后,膠球自動清洗裝置系統(tǒng)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(xì)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(tǒng)的正常投運,使機組均處于較好的經(jīng)濟(jì)運行水平(見表3)。
表34臺機組膠球清洗裝置系統(tǒng)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(tǒng)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(shè)備缺陷較多,投入率較低。
3.1收球網(wǎng)通流部分流道設(shè)計不合理
     (1)上、下網(wǎng)轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)及擾動措施。
     (3)下方箱寬度過大,進(jìn)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(wǎng)面制造粗糙,條柵分布不勻,動靜間隙偏大。
     (2)上網(wǎng)板與方箱接合處間隙過大或平衡度差。
     (3)上收球網(wǎng)轉(zhuǎn)軸接口處如設(shè)計制造成圓柱接頭,加之銷子強度不足時,當(dāng)轉(zhuǎn)軸受較大扭曲力矩肘,很易斷裂導(dǎo)致網(wǎng)板無法活動。此處應(yīng)設(shè)計制造成方板接頭,以加強其剛性。
     (4)下收球網(wǎng)下端蟹鉗處間隙過大,造成逃球。
3.3運行維護(hù)不當(dāng)
     (1)不按時投運和定期反沖,發(fā)現(xiàn)問題未及時處理消除。
     (2)貪圖方便,長期將網(wǎng)板置于收球位置。致使網(wǎng)板垃圾積累過多,超過網(wǎng)板承載能力,導(dǎo)致網(wǎng)板永久變形。
     (3)異物卡澀于動靜部分之間未及時發(fā)現(xiàn),強行操作執(zhí)行機構(gòu)。
4運行注意點
要想使膠球自動清洗裝置系統(tǒng)正常運行,起到良好的節(jié)能效果,必須做到以下幾點:
     (1)膠球自動清洗裝置系統(tǒng)正常投運的關(guān)鍵問題是要清除循環(huán)水系統(tǒng)中的雜物,特別是直流供水系統(tǒng)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(wǎng)。目前電廠裝設(shè)的一次濾網(wǎng)均為回轉(zhuǎn)機械式,網(wǎng)孔直徑在8mm×8mm和10mm×10mm之間,孔徑較大,加之回轉(zhuǎn)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(shè)二次濾網(wǎng)(循環(huán)水二次濾網(wǎng))是十分必要的,直流供水的二次濾網(wǎng)要能旋轉(zhuǎn),并設(shè)置逆沖裝置。
     (2)提高膠球回收率,除清洗裝置本身結(jié)構(gòu)合理外,材質(zhì)須作相應(yīng)考慮,特別是以海水作為冷卻介質(zhì)的凝汽器,清洗裝置及濾網(wǎng)應(yīng)選用耐腐蝕的不銹鋼材。
     (3)在安裝和檢修凝汽器時,應(yīng)徹底清除冷卻管內(nèi)壁的積垢和臟污,以保證內(nèi)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(tǒng)應(yīng)與凝汽器同時投運;對現(xiàn)有的汽輪機,膠球清洗裝置系統(tǒng)應(yīng)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(wěn)定,球徑較銅管內(nèi)徑大1～2mm的海綿膠球。使用過程中如發(fā)現(xiàn)膠球破損或過分發(fā)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(dāng)球體直徑比管徑小0.1～0.3mm時,不宜再繼續(xù)使用。
     即使同批生產(chǎn)的膠球,尺寸也有大小,球質(zhì)也有硬軟,密度也不一樣,因此要有人驗收,確保膠球質(zhì)量。新膠球投入運行前,應(yīng)選用海水浸泡1～2h,并反復(fù)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(hù)和預(yù)防銅管腐蝕,延長其使用壽命,要注意冷卻管保護(hù)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(jìn)行沉膜處理。
     (6)在膠球連續(xù)清洗過程中,如發(fā)現(xiàn)收球率明顯降低或運行不正常時,應(yīng)及時查找原因。如發(fā)現(xiàn)網(wǎng)板變形,應(yīng)及時采取措施整形,使其恢復(fù)正常,而不能采取消極措施將其網(wǎng)板固定或焊死。
     目前,國內(nèi)多數(shù)汽輪發(fā)電機組都采用了膠球自動清洗裝置系統(tǒng),使凝汽器冷卻管在運行中保持清潔狀態(tài),提高了真空度并減少了水阻,從而降低了發(fā)電單位煤耗。經(jīng)測試得知,清洗度提高0.2~0.3,相當(dāng)于增加了凝汽器冷卻面積20%~30%。在冷卻水質(zhì)較差的一些發(fā)電廠,煤耗可降低2%～3%或更多。由于膠球自動清洗裝置系統(tǒng)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(shè)備計劃外停機次數(shù)。此外,由于發(fā)電煤耗降低,又可減少有害物質(zhì)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(tǒng)是火力發(fā)電廠有效的節(jié)能措施之一。