膠球清洗裝置系統(tǒng)改造目的及前后機組熱經(jīng)濟性對比分析？

     膠球清洗裝置系統(tǒng)改造目的及前后機組熱經(jīng)濟性對比分析？針對華電有限公司#1機凝汽器膠球清洗裝置系統(tǒng)，因安裝時間過長，設(shè)備技術(shù)久遠(yuǎn)，運行效率低、收球率低的問題，提出了對膠球清洗裝置系統(tǒng)全面改造，更換為全自動在線膠球清洗裝置的建議，經(jīng)過改造前后對比分析，系統(tǒng)運行時間、收球率大幅提高，凝汽器鈦管清洗效果得到提升，提高了機組熱經(jīng)濟性。

     在現(xiàn)代大型電站凝汽式汽輪機組的熱力循環(huán)中，凝汽設(shè)備起著冷源的作用，其主要任務(wù)是將汽輪機排汽凝結(jié)成水并在汽輪機排汽口建立與維持一定的真空度。凝汽器內(nèi)冷卻水管的干凈程度直接影響凝汽器的凝結(jié)效率。在機組運行過程中，凝汽器常用投膠球清洗裝置來實現(xiàn)冷卻管干凈的目的，在停機狀態(tài)下，則可以采用機械或化學(xué)方式清洗，使凝汽器冷卻水管保持清潔。凝汽器結(jié)垢形成的熱阻與清洗成周期性變化。一般大型發(fā)電廠都安裝凝汽器膠球清洗裝置系統(tǒng)，在線膠球清洗裝置系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理比較簡單，但整套膠球清洗裝置系統(tǒng)在運行中往往很難達(dá)到預(yù)期的效果。現(xiàn)在大型火力發(fā)電廠汽輪機凝汽器膠球清洗裝置系統(tǒng)。
     采用的收球網(wǎng)結(jié)構(gòu)形式多種多樣，在實際運行使用過程中，可靠性大多數(shù)都不理想。公司#1機組是1995年投產(chǎn)的上汽300MW燃煤發(fā)電機機組，剛投入使用時。收球率較高，但運行一段時間之后可靠性越來越差，經(jīng)常收集不到膠球或收集膠球的數(shù)量很少，造成凝汽器端差較大，每運行一段時間都要停機打開凝汽器人孔進(jìn)行機械或化學(xué)方式清洗。這就造成主要兩方面的損失:
     一方面凝汽器得不到理想的清洗效果，使得凝汽器的冷卻效率降低，抬高了汽輪機的排氣壓力，降低汽輪機的效率、輸出功率及運行的安全性;
     另一方面循環(huán)回收的膠球數(shù)量少或沒有，使得膠球流失，造成經(jīng)濟損失。因此對膠球清洗裝置系統(tǒng)進(jìn)行全面改造，更換為全自動在線膠球清洗裝置。
     為了保持凝汽器銅管有較高的清潔系數(shù)，減輕銅管的結(jié)垢，提高傳熱效率，保證凝汽器真空度，原#1機組凝汽器兩側(cè)的循環(huán)水進(jìn)、出水管各裝設(shè)了一套膠球清洗裝置系統(tǒng)。該系統(tǒng)是由裝球室、膠球泵、收球網(wǎng)、管道及相關(guān)閥組成的獨立系統(tǒng)，(工作原理如圖2所示)。
該膠球清洗裝置系統(tǒng)所配備主要設(shè)備型號、參數(shù)及運行狀況:

     (1)膠球泵型號:125SS-12。
     (2)裝球室型號:2QS一300一II型(包括電動裝置);容量:φ25膠球200只。
    
(3)收球網(wǎng)型號:SF-1800型(包括電動裝置)收球網(wǎng)形式為活動型柵格式,收球網(wǎng)收球網(wǎng)安裝形式:立式;收球網(wǎng)膠球出球口管徑φ108X4。
    
(4)膠球:中硬膠球直徑:φ25mm。

1.2現(xiàn)狀分析
    
發(fā)電公司凝汽器冷卻水為膠州灣海水，冬天海水中雜物較少，夏天是海洋生物繁殖的季節(jié)，海水中含海虹等海洋生物較多。原膠球清洗系統(tǒng)設(shè)計理念陳舊，由于原設(shè)計的膠球清洗裝置技術(shù)較為久遠(yuǎn)且改進(jìn)方式欠佳，膠球系統(tǒng)在投用的初收球率為95%，使用一段時間以后收球率逐漸下降，收球率低，膠球清洗裝置系統(tǒng)沒有達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，加上收球網(wǎng)經(jīng)常損壞收不到膠球，缺陷要待停機才能處理，這段時間不能進(jìn)行投膠球清。其功能的缺陷，無法帶來預(yù)期的清洗效果。導(dǎo)致凝汽器真空度很低，嚴(yán)重影響了機組的安全經(jīng)濟運行。造成膠球清洗裝置系統(tǒng)故障率高、收球率低的原因有以下幾點。
    
1)收球網(wǎng)的結(jié)構(gòu)問題:
膠球清洗裝置系統(tǒng)清洗效果主要取決于收球網(wǎng)工作的可靠性，公司#1機采用的收球網(wǎng)為目前國內(nèi)普遍采用的“活動型柵格收球網(wǎng)”(如圖
3)。根據(jù)膠球系統(tǒng)狀況分析，膠球清洗裝置系統(tǒng)的主要問題也是收球網(wǎng)性能不穩(wěn)定從而導(dǎo)致的膠球泄漏，達(dá)不到清洗效果。此種結(jié)構(gòu)收球網(wǎng)收球率低的主要原因是:
    
a、結(jié)構(gòu)設(shè)計和受力不合理。采用“V”或是“入”字形網(wǎng)板結(jié)構(gòu)的收球網(wǎng)，網(wǎng)板在一根軸處劃分為上、下兩段。收球時，一端邊緣接觸互為“靠山”，另一端是個自由端的懸臂梁，這個軸既是網(wǎng)板的承重軸又是帶動網(wǎng)板旋轉(zhuǎn)的傳動軸，并與外面?zhèn)鲃訖C構(gòu)相連，轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)力矩難于保證柵格網(wǎng)板與簡體之間有足夠的密合力。這個懸臂梁在流速1.7-2M/S的水流中，網(wǎng)板的實體面積在水流的作用力下，由于其剛性差，很容易產(chǎn)生彈性變形而彎曲，使下端橢圓形邊緣與簡體內(nèi)壁的間隙增大，造成逃球。另外.一個原因是由于轉(zhuǎn)動軸長期浸泡在水中,摩擦處的表面就會逐漸生銹,柵板轉(zhuǎn)動的阻力相應(yīng)地逐漸增大,電動推桿的動作只是在形式.上把柵板推合了，實質(zhì)上柵板和柵板之間或是柵板和外殼之間仍舊有膠球可穿過的縫隙,水流就會和膠球一起穿過此縫隙,把膠球帶到回水管路當(dāng)中,造成膠球丟失。這是目前諸多收球網(wǎng)網(wǎng)板出現(xiàn)的共性問題。當(dāng)停機無水時，網(wǎng)板又恢復(fù)正常，間隙并無明顯變化，這正是誤認(rèn)為收球網(wǎng)沒有問題的原因。這也就是收球率不達(dá)標(biāo)一個重要原因。

圖3

     b、收球網(wǎng)網(wǎng)板為穿片式，它是由許多鉆了孔的不銹鋼片和分隔間距的空距套管用長桿螺絲貫穿緊固組成。看似有一定強度的不銹鋼片，因鉆孔而大部分截面積被削弱，加之長螺絲桿與孔之間存在一定的間隙，就形成了許多容易使網(wǎng)板活動變形的“鉸接點”，故而這種網(wǎng)板的強度和剛性均較差。由于收球網(wǎng)的結(jié)構(gòu)不當(dāng)，會使換熱器產(chǎn)生比較大的水阻，并造成膠球磨損和丟失問題十分嚴(yán)重。
     膠球泵及膠球清洗裝置管路設(shè)計問題原膠球泵發(fā)射膠球動力低，發(fā)射數(shù)量少。通常泵送膠球的揚程應(yīng)比凝汽器循環(huán)水入口管的靜壓高出5m較為穩(wěn)妥。#1機現(xiàn)有膠球泵的銘牌揚程標(biāo)明是18m，對于膠球的發(fā)射效果較弱。膠球管路較細(xì)，為DN100，每次只能發(fā)射200只膠球。并且原設(shè)計的膠球流過膠球泵發(fā)射，膠球泵葉輪對膠球有磨損，膠球直徑變小，從而更加降低清洗效果。
     運行方式的問題:原設(shè)備投入率低，不能24小時不間斷進(jìn)行設(shè)備清洗，且由于流體力學(xué)原理，使之不能100%清洗到每一根換熱管路，其清潔率僅為70-90%;這種方法的節(jié)能效率，一般只能達(dá)到4-6%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到預(yù)期和理想的投資收益。

3改造方案現(xiàn)場實施
    
3.1全自動在線膠球清洗裝置簡介全自動在線膠球清洗裝置由裝球室，氣動和手動蝶閥，膠球泵，收球網(wǎng)，相應(yīng)的管道和控制柜組成。膠球清洗裝置系統(tǒng)設(shè)計有2臺收球網(wǎng)，分別安裝于凝汽器A、B側(cè)排水管道上;新膠球系統(tǒng)公用1套膠球發(fā)射&收集裝置，通過控制系統(tǒng)不同閥門的開關(guān)，可分別實現(xiàn)對凝汽器A、B側(cè)鈦管的清洗。通過邏輯程序可實現(xiàn)24小時不間斷對凝汽器投球清洗。裝球室與膠球泵集成站式，安裝方便。以下是膠球清洗裝置系統(tǒng)原埋圖。

     3.2膠球清洗裝置系統(tǒng)改造實施方案
針對原膠球清洗裝置系統(tǒng)的缺點，新膠球清洗裝置系統(tǒng)進(jìn)行了如下改造:
    
(1)、收球網(wǎng)改造
針對收球網(wǎng)上述問題，選用封閉式收球網(wǎng)，直徑比管路略大的小球在穿過，并清潔管道后，將在凝汽器后端出口處被收球網(wǎng)100%捕捉，100%杜絕球體丟失及隱形危險存在的可能，收球網(wǎng)上下兩路管道收球，可保持水流的平衡，可大可能的保證收球率，從而提高凝汽器膠球清洗裝置系統(tǒng)的清洗效果。針對循環(huán)冷卻水為海水，氯根含量較高的情況，所有收球網(wǎng)的網(wǎng)板材料選用316L不銹鋼。
     (2)、膠球發(fā)射和收集裝置采用集成站式安裝，包括膠球泵、膠球捕.獲器氣動閥門和部分膠球管路。采用揚程為20m的膠球泵，提高膠球發(fā)射能力，將膠球清洗管路由DN100改造為DN200，并內(nèi)部襯塑，防海水腐蝕。管路走向進(jìn)行優(yōu)化，減少彎頭數(shù)量，降低水阻�？商岣咭淮伟l(fā)射膠球數(shù)量到3000個。設(shè)計膠球收集器，捕捉后的小球?qū)⒈蝗�部送回收集器�?nèi)，在這里球體表面殘留的清洗下來的極少量污垢被洗去并排走。此時干凈的小球.被留在收集器內(nèi)，等待下一次注射和清洗。收集器是膠球發(fā)射的起點和回收的終點，膠球不通過膠球泵，膠球泵葉輪對膠球沒有磨損，從而提高清洗效果。

     (3)運行方式的改變，全自動在線膠球清洗裝置，通過邏輯程序可實現(xiàn)一年四季每天24小時不間斷對凝汽器投球清洗。大大提高膠球清洗系統(tǒng)的投入率。

圖7為膠球清洗裝置系統(tǒng)改造后總裝圖

     4改造后效果對比按照以上方案對凝汽器膠球清洗裝置系統(tǒng)進(jìn)行了改造，運行兩個多月后，對收球率進(jìn)行了統(tǒng)計:

     備注:
     1、試驗前一天先將收球網(wǎng)板打開，排除系統(tǒng)內(nèi)積球;

     2、連續(xù)試驗時間3天，試驗期間收球網(wǎng)板不再打開;

     3、收球率的計算按1小時后的收球率，24小后的收球率分別統(tǒng)計1小時后的收球率ε1=(1小時后的收球數(shù)+600)%;24小時后的收球率ε24=((1小時后的收球數(shù)+24小時后的收球數(shù))+600)%;由表可得，總的收球率是98.8%，旋擺自鎖式收球網(wǎng)在收球方面能夠達(dá)到優(yōu)秀的標(biāo)準(zhǔn);但是投球后一天的收球率都不高。膠球在凝汽器管道里面滯留的時間比較長，說明管道布置和凝汽器水室還存在渦流現(xiàn)象使膠球積留在管道或凝汽器水室中。經(jīng)過這次對凝汽器膠球清洗裝置系統(tǒng)設(shè)備存在運行效率低、收球率低的問題進(jìn)行全面的分析，提出了對膠球清洗裝置系統(tǒng)全面改造，更換為全自動在線膠球清洗裝置，使機組系統(tǒng)在改造后凝汽器的真空度有明顯的好轉(zhuǎn)，達(dá)到了預(yù)期的效果。結(jié)果表明密切跟蹤設(shè)備運行狀況和深入分析設(shè)備缺陷，選擇合理的改造方案是取得本次改造成功的關(guān)鍵。下一步我們將在機組改造試驗的基礎(chǔ).上對改造后的凝汽器膠球清洗裝置系統(tǒng)做進(jìn)一步的跟蹤分析，發(fā)現(xiàn)存在的問題，制定改進(jìn)對策，進(jìn)一步提高凝汽器膠球清洗裝置系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性，提高機組的熱效率以及設(shè)備的經(jīng)濟性、安全性，降低發(fā)電成本。