凝汽器在線清洗技術(shù)在300MW汽輪發(fā)電機(jī)組的應(yīng)用

大氣網(wǎng)訊:要：針對(duì)火電機(jī)組凝汽器冷卻管結(jié)垢現(xiàn)象進(jìn)行深入的分析，通過(guò)凝汽器結(jié)垢對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響分析，以及對(duì)現(xiàn)有清洗技術(shù)的對(duì)比分析，提出了采用螺旋紐帶在線清洗技術(shù)改造方案，對(duì)改造前后凝汽器全年運(yùn)行性能數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析，證明該項(xiàng)技術(shù)和裝置對(duì)火電機(jī)組凝汽器在線清洗的推廣應(yīng)用具有深遠(yuǎn)的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：凝汽器；在線清洗；應(yīng)用；節(jié)能

0 前言

凝汽設(shè)備在汽輪機(jī)裝置的熱力循環(huán)中起到冷源的作用，降低汽輪機(jī)排汽壓力和排汽溫度，可以提高循環(huán)熱效率，隨著機(jī)組參數(shù)和容量的不斷提高，對(duì)熱力系統(tǒng)中的水汽品質(zhì)提出了更高的要求，但是，由于循環(huán)水中的微生物和不潔物質(zhì)附著在凝汽器換熱管（銅管、鈦管或不銹鋼管）內(nèi)壁會(huì)導(dǎo)致熱阻增加。由于換熱管內(nèi)壁污臟、結(jié)垢，使傳熱系數(shù)降低，長(zhǎng)期不處理會(huì)造成換熱管堵塞,使通過(guò)換熱管的冷卻水通流面積減小,水流阻力增大，冷卻水量減少，在一定的蒸汽負(fù)荷下，冷卻水溫升將超過(guò)正常值。這些都將引起凝汽器真空下降，降低汽輪機(jī)的效率，增加發(fā)電煤耗，嚴(yán)重結(jié)垢還將影響汽輪機(jī)的出力。黃銅換熱管的熱導(dǎo)率為69W/mK，不銹鋼管和鈦管的熱導(dǎo)率更小，水垢的熱導(dǎo)率僅為0.45W/mK，試驗(yàn)表明，1mm厚的水垢能使換熱管的傳熱系數(shù)降低50%左右。蒸汽的熱量很難穿過(guò)水垢?jìng)鹘o冷卻水，導(dǎo)致?lián)Q熱管溫度升高，使得凝汽器端差增大、真空降低，機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性降低。例如，1臺(tái)200MW機(jī)組,真空下降1%，引起熱耗增加0.029%，少發(fā)電約58KW；而1臺(tái)600MW機(jī)組，真空下降%，熱耗增加0.05%，少發(fā)電約306KW[1]。

重慶旗能電鋁有限公司裝機(jī)為兩臺(tái)北京北重汽輪電機(jī)有限公司生產(chǎn)的330MW亞臨界抽凝式機(jī)組，配有一個(gè)單殼體、雙流程、表面式凝汽器，冷卻面積：20500m2，冷卻水進(jìn)口溫度：25℃，冷卻水壓力：0.5MPa，設(shè)計(jì)冷卻水量40041t/h，每臺(tái)凝汽器有2.8萬(wàn)多根不銹鋼換熱管，長(zhǎng)10米，規(guī)格Φ22×0.5，材質(zhì)TP304，換熱管束內(nèi)的水流速度2.3m/s，清潔系數(shù)0.9。凝汽器設(shè)有分隔水室，滿足一半運(yùn)行，一半檢修的要求。原設(shè)計(jì)凝汽器兩個(gè)水室分別裝設(shè)膠球清洗系統(tǒng)，以對(duì)凝汽器管束進(jìn)行在線清洗。

1 存在的問(wèn)題

1.1 凝汽器結(jié)垢嚴(yán)重

該廠凝汽器內(nèi)膠球回收率較低，且不穩(wěn)定，經(jīng)實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，一號(hào)機(jī)組平均收球率低于50%，二號(hào)機(jī)組平均收球率低于80%，且兩臺(tái)機(jī)組多次出現(xiàn)收球率低于10%的情況。凝汽器不能得到及時(shí)的清潔，導(dǎo)致凝汽器端差增大，真空降低，影響機(jī)組效率。以端差最大的冬季數(shù)據(jù)為例，2015年1月冷卻塔水溫15℃時(shí)凝汽器端差10℃，較設(shè)計(jì)端差（4～6℃）偏離很大。運(yùn)行數(shù)據(jù)見表1-1。

2015年3月份#1機(jī)組停機(jī)檢修時(shí)，檢查發(fā)現(xiàn)凝汽器不銹鋼管結(jié)垢嚴(yán)重，收球網(wǎng)堵塞。見圖1-1和圖1-2。

1.2 結(jié)垢對(duì)凝汽器換熱系數(shù)的影響

凝汽器水側(cè)結(jié)垢使換熱管傳熱系數(shù)大幅下降。由于水垢的熱導(dǎo)率很低，只有鋼材的1/30～1/200，因而急劇降低了凝汽器換熱管的傳熱系數(shù)，導(dǎo)致凝汽器真空度下降。下表為結(jié)垢對(duì)Ф20×1.0材質(zhì)為307的不銹鋼換熱管的傳熱系數(shù)K值的影響數(shù)據(jù)：

即使水垢厚度只有零點(diǎn)幾毫米，對(duì)換熱管傳熱系數(shù)也有重大影響。工程設(shè)計(jì)中清潔系數(shù)取0.85，大約相當(dāng)于只考慮了0.1毫米厚度的水垢，在實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中，凝汽器即使清洗干凈了，若不采取有效措施，這樣的清潔系數(shù)也只能維持一個(gè)月。

1.3 結(jié)垢對(duì)凝汽器真空的影響[2]

凝汽器真空度、排汽溫度、汽輪機(jī)背壓、凝汽器真空等4個(gè)指標(biāo)都是表達(dá)凝汽器設(shè)備運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的同一個(gè)指標(biāo)，只是表達(dá)方式不同、形態(tài)參數(shù)不同而已。排汽溫度、凝汽器真空在機(jī)組運(yùn)行中由熱工測(cè)量表計(jì)直接顯示，為運(yùn)行操作、調(diào)整提供依據(jù)。汽輪機(jī)背壓是機(jī)組設(shè)計(jì)計(jì)算用參數(shù)；凝汽器真空度（含凝汽器真空）是汽輪機(jī)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的表述參數(shù)（指標(biāo)）。

凝汽器真空度的影響因素很多，但所有的因素都反映在凝汽器循環(huán)水入口溫度、凝汽器循環(huán)水溫升、凝汽器端差等三個(gè)可定量分析的指標(biāo)上，循環(huán)水入口溫度/循環(huán)水溫升/端差每上升1℃，即意味著汽輪機(jī)排汽溫度上升1℃，凝汽器壓力也相應(yīng)上升。查飽和蒸汽熱力性質(zhì)圖表，可以得到不同溫度區(qū)間時(shí)飽和溫度每上升1℃時(shí)對(duì)應(yīng)的飽和壓力增加值，并以此繪出圖表曲線。圖1-3即為在不同的排汽溫度下，凝汽器端差每上升1℃時(shí)凝汽器壓力增加值。

由該圖表曲線可以看出凝汽器端差對(duì)凝汽器壓力（即汽輪機(jī)排汽壓力）的影響。尤其是在夏季，當(dāng)排汽溫度>45℃時(shí)，端差每升高1℃，排汽壓力將上升0.52～0.94Kpa。

2 對(duì)策研究和分析

針對(duì)凝汽器結(jié)垢的問(wèn)題，目前比較成熟的方法是停機(jī)清洗和在線清洗，停機(jī)清洗的方法是化學(xué)清洗、高壓水清洗、射彈清洗等，在線清洗方式有：膠球清洗、機(jī)器人清洗、超聲波清洗、螺旋紐帶清洗等[3]。其中膠球清洗在很多電廠廣泛應(yīng)用，但膠球清洗裝置在該電廠適用性很差，必須配合停機(jī)清洗才能保證凝汽器的清潔系數(shù)。機(jī)器人清洗、超聲波清洗、螺旋紐帶清洗等屬于新興凝汽器在線清洗技術(shù)，其中機(jī)器人清洗和超聲波清洗屬于被動(dòng)清洗方式，需要人工操作相應(yīng)的電氣、機(jī)械設(shè)備定期對(duì)凝汽器進(jìn)行清洗，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障率高，檢修難度大。而螺旋紐帶清洗技術(shù)是在每根不銹鋼管內(nèi)安裝一根螺旋紐帶，一端固定在凝汽器進(jìn)水側(cè)，另外一端在管內(nèi)做自由螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)，螺旋紐帶結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)需外加動(dòng)力，利用循環(huán)水自身的流動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置旋轉(zhuǎn)，免去了人工操作、監(jiān)視、維護(hù)的工作。

3 螺旋紐帶清洗技術(shù)

螺旋紐帶結(jié)構(gòu)由三部分組成：1、螺旋紐帶，特殊高分子材料，強(qiáng)度、韌性、耐候性、缺口敏感度等性能優(yōu)良，材料密度與水密度非常接近，不漂浮，不下沉。2、三爪固定卡件，不銹鋼材質(zhì)，設(shè)計(jì)緊湊，強(qiáng)度高，三爪卡在凝汽器不銹鋼管內(nèi)壁，固定螺旋紐帶。3、陶瓷軸承，保證螺旋紐帶轉(zhuǎn)動(dòng)順暢。

螺旋紐帶工作原理：在凝汽器每根換熱管內(nèi)安裝該裝置(圖2-1），當(dāng)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，無(wú)需外加動(dòng)力，利用循環(huán)水自身的流動(dòng)力驅(qū)動(dòng)該裝置旋轉(zhuǎn)，長(zhǎng)期在換熱管內(nèi)不停地快速旋轉(zhuǎn)（300-1800r/min），改變管內(nèi)水的層流為紊流狀態(tài)(圖2-2) (圖2-3)，破壞水垢的形成機(jī)理，在設(shè)計(jì)思想上擺脫了傳統(tǒng)的被動(dòng)清洗除垢概念，變被動(dòng)除垢為主動(dòng)防垢，同時(shí)強(qiáng)化換熱，大幅度提高凝汽器的換熱系數(shù)K值20%以上。

4 應(yīng)用情況分析

該電廠一號(hào)機(jī)組凝汽器于2015年12月份停機(jī)檢修時(shí)安裝螺旋紐帶，二號(hào)機(jī)組凝汽器于2016年7月份停機(jī)檢修時(shí)安裝螺旋紐帶。因螺旋紐帶的作用是在凝汽器管內(nèi)形成擾流，阻止微生物及機(jī)械雜質(zhì)滯留在管壁而結(jié)垢，重在預(yù)防及強(qiáng)化換熱。故已經(jīng)運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)的機(jī)組在安裝螺旋紐帶前，首先需要對(duì)凝汽器管進(jìn)行化學(xué)清洗或機(jī)械清洗，將管內(nèi)結(jié)垢清除干凈。

電廠所在地海拔約290米，大氣壓取100KPa，凝汽器端差設(shè)計(jì)溫度為4～6℃。凝汽器端差計(jì)算方法：根據(jù)電力標(biāo)準(zhǔn)DL/T904-2015，凝汽器端差是指汽輪機(jī)排汽壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度與凝汽器出口冷卻水溫度的差值。

從凝汽器端差統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，安裝螺旋紐帶后，#1機(jī)組和#2機(jī)組凝汽器端差在夏季工況和冬季工況下都得到了很好的保持，較設(shè)計(jì)值降低2～4℃，較技改前降低2～3℃，且端差保持較好，沒有隨著機(jī)組運(yùn)行時(shí)間而出現(xiàn)較大的變化。

5 經(jīng)濟(jì)效益分析

電廠兩臺(tái)機(jī)組凝汽器安裝螺旋紐帶后，最直接的影響是凝汽器不銹鋼管保持清潔，沒有結(jié)垢在管壁上形成，對(duì)保持不銹鋼管的換熱系數(shù)起到了很大的作用，原來(lái)電廠每年利用停機(jī)時(shí)間進(jìn)行一次凝汽器高壓水清洗或機(jī)械除垢，費(fèi)用為10萬(wàn)元/次，使用螺旋紐帶后省去了停機(jī)清洗的費(fèi)用。

凝汽器安裝螺旋紐帶后，自動(dòng)運(yùn)行，日常不需要巡檢或維護(hù)，不需要任何的操作，節(jié)省了大量的人力和維護(hù)成本。

凝汽器長(zhǎng)期保持較高的潔凈度，換熱效果較技改前大大加強(qiáng)，降低端差，相同條件下提高了凝汽器真空，降低了煤耗。從表2-1和表2-2數(shù)據(jù)可知，凝汽器安裝螺旋紐帶技改后的全年凝汽器平均真空較技改前分別提高了0.21KPa和0.41KPa，按照國(guó)內(nèi)300MW汽輪發(fā)電機(jī)組真空每提高1kPa，發(fā)電煤耗平均降低2.2g/kWh計(jì)算，電廠年均發(fā)電量為50億度，則可節(jié)約標(biāo)煤3410噸，降低生產(chǎn)成本170多萬(wàn)元，減少二氧化碳排放9000多噸，節(jié)能減排效益顯著。

6 總結(jié)

螺旋紐帶在線清洗技術(shù)通過(guò)在電廠330MW汽輪發(fā)電機(jī)組上的應(yīng)用，證明有良好的效果，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，免操作、免維護(hù)，省去機(jī)械清洗或化水清洗的費(fèi)用，保持凝汽器冷卻管的清潔，提高凝汽器真空，降低機(jī)組煤耗，可逐漸替代傳統(tǒng)的膠球清洗裝置。

參考文獻(xiàn)：

[1]周蘭欣，張學(xué)鐳，周偉等。管壁清潔系數(shù)對(duì)雙背壓凝汽器真空的影響[J]，華東電力，2002

[2]王曉璐，郭淑青，董向元。污垢對(duì)350MW機(jī)組運(yùn)行影響的試驗(yàn)分析[J]。熱力發(fā)電，2008

作者簡(jiǎn)介：

顏毅：重慶旗能電鋁有限公司 發(fā)電分公司副總經(jīng)理兼總工程師

徐海超：重慶旗能電鋁有限公司 發(fā)電分公司生產(chǎn)技術(shù)科汽機(jī)專工