膠球清洗、凝汽器膠球清洗裝置系統的正常運行對凝汽器真空及機組經濟性有較大影響。通過理論分析和實際試驗對膠球清洗系統的優(yōu)化運行進行了分析,并取得了一定的效果。
1、凝汽器膠球清洗
在發(fā)電廠的安裝背景及使用情況發(fā)電廠作為市區(qū)熱電冷綜合聯產能源站,地處市區(qū)西部,濱臨珠江,其汽輪發(fā)電機及輔機冷卻用水均取自珠江水源。近年來，由于上游排污及生活污水的增加導致機組使用的循環(huán)冷卻水質狀況惡化。由于微生物及沉淀物在汽輪機凝汽器銅管內壁表面的堆積,汽輪機凝汽器的熱交換狀況思化，造成汽輪機排汽壓力升高,端差變大,熱耗增加,嚴重影響機組經濟運行。而保持汽輪機凝汽器較高的真空和較小的端差，又是提高機組循環(huán)熱效率的主要方法之一。以60MW機組為例，汽輪機背壓增高0.004MPa,將導致熱耗增加244.5kJ/kW.b),煤耗增加9.70g/kWh);凝汽器端差升高5C,將導致熱耗增加95.12kJ/kW.b)，煤耗增加3.66gy/(kW.h)。
發(fā)電廠自2007年10月陸續(xù)在所有的5臺機組凝汽器上分別安裝了膠球清洗裝置,以廠家的意見為指導,結合自身情況試運行。從使用的情況來看.有一定的效果,但實際統計收球率和運行真空狀況與同類型電廠及廠家給出的指導數據有一定的差距。為此我們從膠球清洗系統人手，進行了系列優(yōu)化工作。
2、膠球清洗系統優(yōu)化方法
我們通過分析整理數據并采取試驗的方法，針對發(fā)電廠有限公司使用的汽輪機凝汽器設備規(guī)范結合廠家的設備使用手冊，對目前的膠球清洗裝置的運行使用方法做了一定的改進。
2.1投球數量的選擇
膠球清洗裝置用戶手冊指出，投人膠球清洗裝置的膠球數量應為凝汽器單側單流程銅管數的8-12%，我公司60MW汽輪發(fā)電機組的凝汽器為對分雙流表面式，計有5442根冷卻水管,單側一個流程即有1361根銅管,由此可計算出,該裝置每次應投人系統的膠球數為:544222*(8-12%)=109-163個而這個數值相比較現行廠家給出的300個的數據相差較遠,考慮到因為渦流,凝汽器設計的死區(qū),垃圾堵塞銅管，以及單次投球運行一周損失球的因素以及膠球系統多次連續(xù)運行的實際工況在內,我們認為投球的數量在200-250個為宜。
2.2投球冷卻水水壓的控制
由于膠球清洗是一個“低能級的水系統”,況且“膠球自身無能量放出”,僅靠從這個低能量的水中獲得.而球徑較小.單個膠球在水中的驅動力僅為F=OPπDr24,膠球在凝汽器水室中的速度與循環(huán)水壓△P直接相關,所以,當循環(huán)冷卻水在凝汽器銅管中的流速降低時，膠球的動能不足,加之膠球直徑略大干銅管1-2mm,屬于摩擦過盈配合，往往出現卡球甚至大量堵球在凝汽器銅管中,造成收球率低,甚至引發(fā)安全問題。由于我廠的凝汽器為對分雙流程,膠球清洗的過程如下:膠球從投球裝置出口進人凝汽器,再經收球裝置膠球泵,后進人投球裝置，如此則為完成單側兩根冷卻水管的一次清洗。
一個流程中，凝汽器冷卻水銅管管段約長15m，估算管道截面積Al;循環(huán)水進出水段15m，估算管道截面積A2;膠球系統管段約為25m,估算截管道面積A3。膠球泵額定出力為66TYh,70Kpa系統循環(huán)冷卻水壓力下的流量約為10920Th,由此可以計算:
凝汽器冷卻水管段冷卻水流速為:V1=Q/A1=1092036002/3.14*0.023*0.023/4*2721/2)=2.6845m/s。進出水段冷卻水流速為:V2=Q/A2=10920/36002(3.14*0.98*09814)=2.0117m/s。膠球系統段冷卻水流速為:V3=Q'/A3=66/3600/(3.14*0.1*0.1/4)=23355m/s。假定膠球與循環(huán)水管中冷卻水間無相對運動，則膠球加權平均流速為:V=(2.6845*15+20117*15+23355*25)/55=23424m/s。
膠球一個流程所消耗的時間:t=S/V=55/23424-23.48s小于廠家給出的參考大時限30s,證明系統水壓達到70Kpa時,是可以滿足膠球運行的需要的。我們選取了試驗中-一個時期的數據圖表:
從圖中可以看出，水壓與收球率比本保持一個線性相關，當循環(huán)冷卻水壓保持在70Kpa左右時，收球率能維持在一個較高的水準。
2.3投球及收球時間的設定
在一次投入250個球的過程中，清洗單側全部銅管-一次的時間,從理論上來說:T-t*1361/250-127.83s我們選擇以10分鐘為投球時間,大致可以得出,每根銅管的理論清洗數為4.7次。而在實際運行中,由于膠球在水中分布不均,以及凝汽器渦流.死區(qū)的原因,造成每根銅管清洗并不均勻，但我們認為這個數值基本可以滿足連續(xù)運行清洗的需要。
考慮到實際情況的復雜性，我們將收球的時間設定在單側30分鐘,這樣可以給予系統充分的時間,收到盡量多的球。
2.4環(huán)境因素的控制
在較長時間內我們比對發(fā)現這樣的規(guī)律，循環(huán)冷卻水中懸浮物的數量、循環(huán)水壓、循環(huán)水流量對收球率的影響較大。尤其是循環(huán)冷卻水中的懸浮物的數量對收球率的影響為重要，夏季雨季時節(jié)，由于江水中攜帶上游沖下來的大量生活垃圾，我們發(fā)現機組的收球率往往較低。拆開凝汽器端蓋發(fā)現,很多膠球被垃圾卡在管口。
所以加強對環(huán)境因素的檢測，特別是循環(huán)冷卻水質的檢測,選擇在水質較好,水位較高的漲潮期投人膠球,是保證收球率的重要因素。
2.5膠球種類的選擇
目前普遍投人的膠球有硬膠球和軟膠球兩種:硬膠球的直徑比管內徑小1~2mm,球隨冷卻水進入銅管后不規(guī)則地跳動,與管內壁碰撞,加上水流沖刷.達到清洗作用。軟膠球直徑比銅管內徑大1~2mm,進人銅管后被壓縮，與關閉全周接觸。清洗效果更好。從投運的情況檢查來看，新膠球投運--次后，可以發(fā)現外表磨損情況較厲害,這說明膠球對管壁進行了明顯的摩擦,另一方面說明現有膠球耐磨性較差。結合我廠的實際情況，由于珠江水質中生活有機物及藻類和浮游生物沉淀在凝汽器銅管的有機腐質層為阻礙換熱的主要因素，所以采取質地較軟彈性較好的膠球.可以起到充分清潔的作用。由于凝汽器銅管管板脹口老化,投入硬膠球時,可能存在造成銅管漏水的風險。所以我們在膠球的種類上，選擇了采用軟膠球和中軟膠球交替使用的方法。
2.6針對運行中出現收球率大幅下降的情況,我們提出了解決方案
1、膠球清洗程序故障，檢測投球自動過程的控制及完成情況。
2、膠球清洗系統設備故障，三通閥關不嚴，收球網嚙合不好，造成漏球跑球,需要定期打開收球網人孔進行檢查,并清理垃圾。
3、加強對循環(huán)冷卻水水質監(jiān)測,當暴雨后河面出現大量垃圾,或堵塞凝汽器銅管,造成膠球無法正常清洗,導致收球率低。運行中應及時針對真空情況及進出水溫差進行監(jiān)視合理利用反沖洗及清理垃圾的工作。
4、批次膠球質量不合格,定期檢查膠球使用磨損情況,打開凝汽器人孔,檢查凝汽器銅管卡球的情況。
2.7膠球清洗系統的運行方式選擇。
膠球清洗裝置連續(xù)運行時，對于凝汽器的端差和排氣溫度控制的更好。但在實際中,考慮到膠球運行的原理造成的凝汽器銅管無法避免的磨損問題，我們采取了結合凝汽器反沖洗間斷投入的方式,來控制凝汽器端差。避免出現長期投運膠球,導致凝汽器銅管壁及脹口過度磨損變薄,出現泄露,危及設備安全。從理論曲線和實際情況來看,三天一次的膠球投運,可以將凝汽器端差控制在一個較為合理的水平，從而避免了夏季用電高峰期停運凝汽器進行烘烙的尷尬。
在對膠球清洗系統進行優(yōu)化運行后，我們采集的數據:20095.-2010.02機組凝汽器平均收球率和凝汽器同比真空變化量。
我們可以從表中可以看出，凝汽器真空同比提高到了0.21kPa,這就意味著汽耗下降了約05g/(kW.h)。按年發(fā)電量18億kWh計算,全年可節(jié)約標煤900噸，以標煤價格1200元噸計算,則每年可節(jié)約燃煤費用100余萬元。而同期凝汽器烘焙的次數,由原先的每機每年1-2次，降低至現在的每機每2年1次，大大提升的機組的發(fā)電效率。
適用于從江河抽取循環(huán)冷卻水作為凝汽器冷卻介質的電廠，針對開放式循環(huán)冷卻水多懸浮物,水質較差的實際情況,制定提高膠球清洗系統優(yōu)化運行方式。通過提高凝汽器膠球清洗的收球率，控制凝汽器換熱端差在較低水平,從而提高機組運行的真空,降低發(fā)電煤耗，達到節(jié)能減排的目的。
