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凝汽器膠球清洗系統存在問題及有效措施改進說明
綜述凝汽器膠球清洗系統存在的問題,提出了有效的改進措施,同時介紹了驗證試驗情況。
從上個世紀80年代以來,凝汽器膠球清洗系統已在我國火力發電廠普遍存在。凝汽器是將汽輪機的排汽變為凝結水的換熱設備。它是電站設備中汽輪機的大一個輔機。凝汽器的前、后水室和膠球清洗裝置構成為凝汽器膠球清洗系統。膠球清洗裝置由膠球泵、裝球室、收球網和管道及其附件組成。該膠球清洗系統的功用是:用膠球清洗凝汽器冷卻管內壁的污垢,以保證凝汽器有高的換熱效率,使凝汽器保持汽輪機經濟運行所必需的真空,從而保證整個熱力系統的高效,提高機組的出力。膠球清洗裝置已成為凝汽器不可缺少的輔助設備(圖1)。
根據國內外電廠運行經驗統計得知,火電機組正確使用凝汽器膠球清洗系統可提高機組出力1%～3%。以2臺300MW機組為例,按年平均運行60000h,平均負荷為75%額定功率,每度電0.2元計算,若有1%的出力提高,則1年增加收益為:2×300000×6000×75%×0.2×1%=540000元/年足見經濟效益是可觀的。
圖1凝汽設備的主要系統
1.凝汽器2.抽氣設備3.凝結水泵4.循環水泵5.膠球清洗裝置
下面謹對凝汽器膠球清洗系統的幾個主要問題略論之。
2收球率
裝球室內的膠球,由膠球泵輸送,從凝汽器進水管加入,隨循環水流動,在凝汽器前、后水室壓差作用下,膠球流經冷卻管,擦洗管子內壁,同時膠球前面形成噴射水流,清除泥沙、藻類和雜物等污垢,后經循環水排水管上的收球網收集,返回膠球泵入口。在清洗過程中,如此循環,膠球反復擦洗冷卻管。一旦清洗周期結束,膠球被收集在裝球室內。歷來收球率作為衡量膠球清洗系統的重要性能指標,為電廠所認同。
收球率高低定級尚無行業標準,根據電廠運行有關資料,結合國產設備當今的水平,建議劃定為:優:>95%;良:=85%～95%;不合格:<85%。
據有關報告資料可知,目前華東電網大機組上配備的膠球清洗裝置收球率在90%以上的僅占25%(其中包括進口設備);平均收球率僅53%的占42%;完全不能使用的占33%。
影響收球率的因素是多方面的,諸如膠球質量、各部件的選型及其內部關鍵零件的裝配尺寸、輸球管路及其附件設計是否合理、循環水的水質、循環水的參數、凝汽器水室的結構以及運行方式等。對湖北鄂州電廠、四川廣安電廠和湖南湘潭電廠的投球運行情況進行綜合分析、驗證得出:膠球質量是影響收球率主要的因素。
3膠球
膠球是清洗冷卻管的直接作用物,它的優劣直接影響收球率和清洗效果,即膠球清洗裝置的性能。膠球分為硬球和軟球兩種。前者已少見,而屬于后者的海綿橡膠球是當今國內外電廠中使用為普遍的一種,國內已有多個制造這種球的廠家,但產品質量均未過關,究其原因是:不講究質料配方;密度偏小;硬度不合適;易膨脹;制造工藝粗糙;同一批球的尺寸誤差很大;品種單一,根本無法滿足使用要求。
鄂州電廠、廣安電廠和湘潭電廠的2×300MW火電機組的凝汽器都是汽輪機廠設計制造的,且所使用的膠球清洗裝置也都是國內同一家電力設備廠供的貨,膠球也是山東淄博電力技工學校實習廠制造的海綿橡膠球,經抽檢測量發現干態標稱名義直徑為<25的球,實測大為<23.1,膠球浸泡在水中3晝夜后,球仍然全部漂浮在水面上。可見這種球的吸水性很差,低于水的密度,這樣的球不可能進入位于中下部的冷卻管內,因此,絕大部分的管子得不到清洗。因球小,清洗的效果也不會好。使用這種質量的球,收球率之低就可想而知了。鄂州電廠投用這種球的高收球率為17%,廣安電廠和湘潭電廠使用同樣的膠球,收球率不到1%。就在上述3個電廠的相同條件下,投用德國造的海綿膠球,一次收球率分別達到99.5%、65%、88.25%。后來,廣安電廠加長收球時間,收球率達到90%以上。事實說明,國產膠球確實還未能達到使用要求。
海綿橡膠球的濕態直徑應比冷卻管的內孔直徑大1～2mm,膠球浸水后脹大則直徑難以控制,過小無清洗作用,過大則堵管。球的膨脹量要控制在0～0.5mm。膠球的密度應控制在一細小范圍內(即密度為1.00~1.18g/cm3),使水深數米的不同水位高度均分布有球,使得密度較小的球能達到頂部的管子,密度較大的球則清洗中下部的管子。膠球的硬度也要作為一個參數指標加以重視。這就要求橡膠、海綿等的成份含量應有優化配方,并經實驗確定。現有國產膠球的橡膠含量偏高,且膠球表面覆蓋著一層橡膠薄膜,水難以浸入球內。總之,國產膠球應在以上幾方面加以深入細致的研究和測試,以便制造出適合于不同水質、不同管材和不同工作參數的各種品種的合格膠球。
4設備
4.1收球網
收球網是膠球清洗裝置中回收膠球的關鍵部件,它應設計成能夠確保不失球的同時,用較短的時間和小的水量將膠球送入出球管。國產設備幾經改型,現在大功率機組 中用得多的是兩塊格柵網板成“∧”形設 計的SF型,即三代收球網。它比成“V”形設計的SL型收球網優越。運行時,兩塊 網板下端應與收球網筒體內壁貼緊,同時兩 塊網板上端接合縫距不得大于7mm,這兩點 應作為設備制造廠家出廠前裝配調試的保證項。鄂州電廠發現其2#機一臺收球網的網 板接合縫距約有50mm,是膠球直徑的近兩 倍,該處成了失球的大“漏洞”(圖2)。
圖2SF型收球網
網板的材料應選用抗腐蝕和抗磨蝕能力強的不銹鋼,如用于江水、河水的材質宜選用1Cr18Ni9Ti。若采用鉻不銹鋼(1Cr13),則使用壽命難以達到30年。
格柵距的大小和格柵迎水角度必須適應不同的水流、水速,設計中還應考慮共振因素。應避免采用焊接制作的格柵,因為它在水流長期沖刷下易變形腐蝕,而用手工固定的格柵有著很強的穩定性,不易變形腐蝕。
收球網進出水側應裝設壓力表計,顯示出壓差的大小,用來判斷網板的潔凈程度,及時進行反洗,確保整個設備的正常使用壽命。
操縱格柵網板開、關的執行機構(不論電動還是手動)應靈活可靠,開關標志應正確無誤(湘潭電廠該設備的操作標示牌上開、關旋向標反)。
4.2膠球泵
膠球泵是輸送膠球的用設備,應保證膠球通過泵后不受到損壞,因此不能用普通的化學泵替代。泵的揚程應適中,不宜過大,也不能太小,應與循環水的參數相匹配。
4.3輸球管路及其附件
輸球管路設計中應盡量減少90°彎轉,以減少膠球進行的路程和阻力。閥門的設置應合理可靠,尤其是裝球室入口處應裝有球閥或單向閥片,用其防止膠球泵停轉時水倒流而失球。湘潭電廠1#機的膠球清洗裝置取消了裝球室進口前的球閥,成為膠球很難收回的原因之一。該廠2#機裝球室底部的切換閥因關閉不嚴,造成膠球從裝球室底部的放水管處排出而失球。
4.4凝汽器水室
凝汽器前、后水室分別是膠球的集聚站和中轉站。它們的結構設計應考慮盡量消除集球死區,除了水室設計成弧形的球、柱狀腔體外,還可采取增設弧形導流板(弧形水室不必加導流板)和加裝格柵等。
鄂州電廠凝汽器除了膠球清洗裝置外,還增加了3個電動蝶閥用來構成反沖洗裝置,因而前水室采用了長方形結構,而左右兩個后水室采用的盡管是弧形結構,但兩個后水室各與<1600的兩段連通管相貫接,在接口區形成了兩個大的渦旋集球死區,大部分膠球集聚在相貫區管里。由提出增設格柵的改進方案,并多次向廠家設計工程師做此改進方案的說服工作,終被工廠采納,并在現場付諸實施,結果消除了集球現象,現在鄂電兩臺機4套膠球清洗裝置的收球率一直保持在95%以上(使用進口膠球)。
廣安電廠和湘潭電廠的凝汽器前、后水室都是弧形結構,水室內不存在大死區,故不需要增加導流板。
值得一提的是,上述3電廠在使用國產膠球時收球率極低,并發生后水室嚴重集球,電廠認為是凝汽器本體設計存在問題,但分析認為,應是膠球質量問題,后經換用進口膠球試驗,以上問題不復存在,從而為凝汽器正了名。
5運行
5.1運行方式
國內電廠凝汽器膠球清洗系統運行方式歷來采用間斷運行(定期運行)。這種方式其實不合理,其出發點無非是為了節省一點廠用電和省下一筆膠球費用。國外機組多采用連續運行方式,經常不斷地清洗冷卻管,始終保持它的高清潔度。國內電廠還有一個通病,機組投運初期很長時間對膠球清洗系統不予重視,設備閑置不用,運行數月后發現凝汽器真空下降了,才想起投入膠球清洗裝置,不象對抽氣裝置那樣重視,其實這是個誤區。正確做法是機組要投運時,隨即就應投入膠球清洗裝置,不要等到管板上管孔集上雜物,冷卻管積垢嚴重才清洗,否則,膠球難以進入管內,或膠球堵管,使收球率很低。這與“不渴也要喝水”的醫學道理相類似。
另外,應經常反沖洗收球網的網板,以減少循環水的流動阻力,減輕振動,保證收球網安全運行。
建議當采用間斷運行方式時,應每個班投運一次,每次運行時間為30～50min。
5.2投球量
每套膠球清洗系統使用的膠球數量一般為單程被清洗管子數的10%～20%。以300MW機組為例,單程冷卻管數為5,600根左右,故一次裝球量以600～1200個為宜。而有的電廠一次裝球多達2,000個,實為不妥。