膠球清洗循環(huán)水二次濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)及效果分析
針對(duì)國(guó)內(nèi)某廠1000MW超超臨界海水開(kāi)式直流冷卻機(jī)組二次濾網(wǎng)運(yùn)行壓差高、減速箱故障等典型問(wèn)題,從網(wǎng)板孔徑、減速箱結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),大幅降低了設(shè)備故障率、提升了設(shè)備可靠性,并有效降低了二次濾網(wǎng)壓差、提高了機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性,可作為同型設(shè)備選型及結(jié)構(gòu)改進(jìn)的參考。
對(duì)于循環(huán)冷卻水水質(zhì)較差或水質(zhì)不穩(wěn)定的凝汽式機(jī)組,為防止異物堵塞、保障凝汽器換熱效果,常規(guī)在循環(huán)水管道、凝汽器入口段裝設(shè)有二次濾網(wǎng),用于濾除雜質(zhì)。由于二次濾網(wǎng)的設(shè)備選型、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、設(shè)備制造水平以及使用條件的差異,設(shè)備實(shí)際運(yùn)行情況不盡相同。
國(guó)內(nèi)某廠1000MW超超臨界海水直流冷卻系統(tǒng)在運(yùn)行中二次濾網(wǎng)曾出現(xiàn)的案例,分析原因,終通過(guò)擴(kuò)大網(wǎng)板過(guò)濾孔徑以及改進(jìn)減速箱結(jié)構(gòu)等措施,切實(shí)提高了設(shè)備運(yùn)行可靠性及經(jīng)濟(jì)性。
1、設(shè)備概況
電廠安裝兩臺(tái)1000MW超超臨界機(jī)組,汽輪機(jī)為一次中間再熱、四缸、四排汽、單軸、凝汽式型式,凝汽器循環(huán)冷卻水取自海水.開(kāi)式循環(huán)。每臺(tái)機(jī)設(shè)置3臺(tái)循環(huán)水泵,立式斜流式,夏季1機(jī)3泵,冬季1機(jī)2泵運(yùn)行,循環(huán)水泵揚(yáng)程:222m/s/20.5m(夏/冬),流量:115m/s/12.25m/s(夏/冬),水泵軸功率:2937kW,電機(jī)功率33501kW。循環(huán)水系統(tǒng)在低壓側(cè)凝汽器進(jìn)水口分別裝有二次濾網(wǎng),該設(shè)備型號(hào)EDF-2600,設(shè)置自動(dòng)排污裝置,當(dāng)濾網(wǎng)壓差達(dá)到設(shè)定值時(shí),自動(dòng)進(jìn)行反沖洗排污。主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。
2、膠球清洗二次濾網(wǎng)存在問(wèn)題及原因分析
2.1 二次濾網(wǎng)存在問(wèn)題
2.1.1二次濾網(wǎng)運(yùn)行壓差高
二次濾網(wǎng)的作用是保證有效攔截循環(huán)水中的雜物,在小的差壓損失下有效地將雜物自動(dòng)、定時(shí)排出系統(tǒng),長(zhǎng)期保持濾網(wǎng)網(wǎng)面的清潔,保證凝汽器循環(huán)水量、機(jī)組真空不受影響。然而,該廠二次濾網(wǎng)實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中,網(wǎng)面水阻大、排污能力比較差,雜物無(wú)法及時(shí)順利地清除,造成二次濾網(wǎng)差壓運(yùn)行值長(zhǎng)期超過(guò)20kPa,即使在設(shè)備初投運(yùn),濾網(wǎng)較為清潔的狀態(tài)下差壓也達(dá)到10kPa,無(wú)法達(dá)到<4.9kPa的電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。由于二次濾網(wǎng)差壓高,導(dǎo)致進(jìn)入凝汽器的冷卻水量減少,直接影響凝汽器換熱效果,同時(shí)造成循環(huán)水系統(tǒng)阻力增大,循環(huán)水泵耗增加、運(yùn)行電流增大,降低了機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性,具體見(jiàn)圖1。
2.1.2排污執(zhí)行機(jī)構(gòu)卡澀、故障率高
二次濾網(wǎng)在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生多起減速箱卡澀、電機(jī)過(guò)載,排污執(zhí)行機(jī)構(gòu)無(wú)法正常工作故障,由于排污不及時(shí),二次濾網(wǎng)堵塞加劇,機(jī)組多次被迫降負(fù)荷單側(cè)解列凝汽器進(jìn)行設(shè)備搶修,進(jìn)入循環(huán)水管道內(nèi)部更換減速箱并人工清理濾網(wǎng)。
2.2 原因分析
2.2.1網(wǎng)板孔徑偏小造成差壓高
該型二次濾網(wǎng)網(wǎng)板為激光打孔,圓孔直徑設(shè)計(jì)選取為5mm,網(wǎng)面有效通流面積S.Sm2和循環(huán)水管道通流截面積S.3m2接近,由于孔徑和網(wǎng)面通流面積偏小,循環(huán)冷卻水中的雜物吸附在網(wǎng)板上,造成通流面積減小、濾網(wǎng)前后差壓快速升高。由于濾網(wǎng)差壓長(zhǎng)期處于高限運(yùn)行,不得不頻繁、大量排污,且由于差壓大,減速機(jī)傳動(dòng)扭矩增大,驅(qū)動(dòng)電機(jī)頻繁過(guò)載跳閘,也直接導(dǎo)致齒輪箱蝸輪蝸桿磨損加劇,使用壽命縮短。
2.2.2減速箱設(shè)計(jì)不合理
該二次濾網(wǎng)為固定網(wǎng)面、排污組件旋轉(zhuǎn)單向排污,使用連桿齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)(減速齒輪箱)。由于減速齒輪箱長(zhǎng)期浸泡在海水里面,多次解體檢查發(fā)現(xiàn)齒輪箱密封失效、內(nèi)部海水侵入、部件銹蝕、軸承及齒輪嚙合潤(rùn)滑失效,導(dǎo)致無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng),而一旦齒輪箱內(nèi)部損壞,必須隔離退出該側(cè)凝汽器運(yùn)行,檢修極為不便。
3、膠球清洗裝置解決方案及改進(jìn)措施
3.1 二次濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)改進(jìn)
3.1.1二次濾網(wǎng)網(wǎng)板孔徑重新計(jì)算選型
該型汽輪機(jī)凝汽器換熱管規(guī)格為p25X0.7mm,內(nèi)徑為023.6mm,考慮到雜質(zhì)在流量中具有-.定隨機(jī)翻轉(zhuǎn)性,為確保未經(jīng)二次濾網(wǎng)攔截的雜質(zhì)能順利通過(guò)換熱管、防止堵管,濾網(wǎng)孔徑應(yīng)小于1/2換熱管內(nèi)徑,考慮到換熱管長(zhǎng)期運(yùn)行,內(nèi)壁結(jié)垢等因素,此次改進(jìn)后網(wǎng)板孔徑選取o9mm。值得注意,若凝汽器裝設(shè)有膠球清洗裝置,則二次濾網(wǎng)過(guò)濾孔徑不應(yīng)大于收球網(wǎng)板柵隔條之間的縫隙問(wèn)。更換二次濾網(wǎng)網(wǎng)面,孔徑由φSmm擴(kuò)大至φ9mm,網(wǎng)孔有效過(guò)流面積可由5.5m增大至7.2m2,水阻為改造前的0.58倍。網(wǎng)板改造后水阻計(jì)算說(shuō)明如下。根據(jù)《工程流體力學(xué)》計(jì)算公式:g-=ud、V2gH。(1)
3.1.2改裝內(nèi)置式減速齒輪箱
立足檢修,設(shè)計(jì)將內(nèi)置式減速齒輪箱改裝至循環(huán)水管道外部,內(nèi)部?jī)H保留支撐、連接組件,如圖2.3所示,連接軸端穿出管道部位采用油浸石棉盤根密封,減速機(jī)軸端采用聚四氟乙烯骨架密封。機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中,一旦巡檢發(fā)現(xiàn)盤根有輕微泄漏,可在線調(diào)整更換盤根,避免減速箱進(jìn)水。當(dāng)減速機(jī)發(fā)生故障,可在線檢修,避免降負(fù)荷隔離單側(cè)凝汽器搶修,極大便利檢修。
4、膠球清洗二次濾網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性分析
4.1節(jié)能機(jī)理
由于循泵的實(shí)際運(yùn)行工況由管網(wǎng)水力特性決定,因此,管網(wǎng)水力特性發(fā)生變化,循泵的運(yùn)行工況及其出力、功耗也.會(huì)發(fā)生變化。該廠二次濾網(wǎng)改造后,能及時(shí)清除雜物,保持網(wǎng)面清潔,二次濾網(wǎng)的水阻將顯著降低,從而使管網(wǎng)總水阻降低(從R2變化到R),改變循泵的運(yùn)行工況,循泵的揚(yáng)程降低、循環(huán)水流量增加,循泵的輸入功率降低,電耗減少。同時(shí),循環(huán)水流量增加,凝汽器在相同的排汽熱負(fù)荷的情況下,循環(huán)水溫升將降低,進(jìn)而降低排汽溫度,提升真空,降低機(jī)組熱耗,具體見(jiàn)圖4。
4.2計(jì)算分析
4.2.1循環(huán)水泵節(jié)電效益分析
(1)循泵原有運(yùn)行工況下,輸出揚(yáng)程大約為19m(192.28kPa),流量為12.63m/s,輸入功率為2720kW;二次濾網(wǎng)改造后,濾網(wǎng)差壓由20kPa降至4.9kPa,管網(wǎng)水阻可降低約15kPa,即循泵的實(shí)際運(yùn)行工況將變化為:輸出揚(yáng)程177.28kPa(17.51m),查循泵的特性曲線(見(jiàn)圖5)可知,流量增加至13.11m/s,輸入功率為2603kW。
(2)循泵年節(jié)電量及節(jié)能效益預(yù)測(cè)分析(單臺(tái)機(jī)組運(yùn)行小數(shù)數(shù)按5000小時(shí)計(jì))夏季工況:1機(jī)3泵運(yùn)行(按2500h計(jì)):(2720-2603)X(3350/2937)X3000小時(shí)X3=100.1萬(wàn)kWh;其他季節(jié)工況:1機(jī)2泵運(yùn)行(按2000小時(shí)計(jì)):(2720-2603)X(3350/2937)X2500小時(shí)X2=667萬(wàn)kWh;全年總計(jì):100.1+66.7=166.8萬(wàn)kWh/年;直接經(jīng)濟(jì)效益:166.8萬(wàn)kWh/年X0.4元/kWh=-66.72萬(wàn)元1年。
4.2.2膠球清洗二次濾網(wǎng)改造后對(duì)機(jī)組熱耗影響分析
(1)二次濾網(wǎng)改造后,循環(huán)泵流量由12.63m/s增加到13.11m/s,變化率為:12.63/13.11=0.96.
(2)凝汽器的換熱公式:Q=GXC,XOt(4)式(4)中:Q為排汽熱負(fù)荷,G為循環(huán)水流量,Cp為水的比熱,Ot為溫升)當(dāng)Q--定的情況下,循環(huán)水流量與溫升成反比,即:Ot2_G=0.96(5)Or~G,
(3)原有溫升Or;為8C,則溫升Ot2降低為7.68C,下降0.3C,亦即排汽溫度下降0.3C,查水蒸汽飽和溫度-飽和壓力表可知,影響凝汽器背壓約0.1kPa。折合煤耗降低約0.2g/kWh,單臺(tái)機(jī)按年發(fā)電量50億kWh計(jì)算,年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤1000t,標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)按500元/t,企業(yè)可年節(jié)約燃煤成本50萬(wàn)元。綜上,二次濾網(wǎng)改造后總節(jié)能效益:66.72萬(wàn)元/年+50萬(wàn)元/年=116.72萬(wàn)元/年。單臺(tái)機(jī)組兩臺(tái)二次濾網(wǎng)設(shè)備改造及人工成本費(fèi)用約45萬(wàn),半年左右即可回收投資成本。
由于該廠二次濾網(wǎng)網(wǎng)孔選型偏小以及內(nèi)部式減速機(jī)構(gòu)密封結(jié)構(gòu)不合理等因素,導(dǎo)致濾網(wǎng)差壓高、頻繁發(fā)生堵塞以及減速機(jī)故障問(wèn)題,對(duì)機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行造成不利影響。通過(guò)原因分析,提出解決方案,即重新選取合適網(wǎng)板孔徑、對(duì)減速機(jī)進(jìn)行外置式改造。改進(jìn)后有效降低了濾網(wǎng)差壓,在提高設(shè)備運(yùn)行可靠性的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步提高了機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性,具有較好的投資回報(bào),可作為同類型機(jī)組二次濾網(wǎng)選型及設(shè)計(jì)參考。