膠球清洗系統(tǒng)的調(diào)試和完善

全國火電大機組（600MW級）競賽第9屆年會論文集 節(jié)能PAGEPAGE412膠球清洗系統(tǒng)的調(diào)試和完善1概述我公司2臺600MW機組凝汽器膠球清洗系統(tǒng)是美國WSA工程系統(tǒng)公司產(chǎn)品，從機組投運后，膠球清洗系統(tǒng)一直不能投入正常運行，收球率低于30%。衡量膠球清洗系統(tǒng)質(zhì)量好壞的指標就是膠球收球率。據(jù)了解國內(nèi)已投產(chǎn)機組上配備的膠球清洗系統(tǒng)，膠球收球率在90%以上的僅占25%，膠球收球率53%以上的占42%，完全不能投入使用的占33%，其中包括國外進口的膠球清洗系統(tǒng)。我公司2臺機組的膠球清洗系統(tǒng)在總經(jīng)理的直接參與下，組成功關小組，通過多次：現(xiàn)場調(diào)試（掌握數(shù)據(jù)）→理論分析（提出方案）→改造完善（提供再次調(diào)試條件）這樣的循環(huán)，目前我公司2臺600MW機組配套的膠球清洗系統(tǒng)，其膠球平均收球率達到90%以上，最高時達95%，清洗效果大大提高，與以往膠球清洗系統(tǒng)不能正常投入運行前相比，凝汽器的真空度明顯提高，夏天高溫季節(jié)機組運行的出力及經(jīng)濟性有了明顯提高。2主要系統(tǒng)設備介紹2.1凝汽器的設計參數(shù)和性能指標凝汽器總冷卻面積34000m2額定工況凝汽器冷卻水流量72000t/h額定工況凝汽器冷卻水溫度20℃額定工況凝汽器壓力4.9kPa額定工況凝汽器端差3.56℃額定工況凝汽器水阻62kPa額定工況凝汽器溫升9℃額定工況凝汽器過冷度0.36℃凝汽器循環(huán)水規(guī)格ф2440*14凝汽器鈦管內(nèi)平均流速2.19米/秒總循環(huán)水量20m3/s單根循環(huán)水管循環(huán)水量10m3/s循環(huán)水最大循環(huán)水壓0.32mPa凝汽器管材機1為鈦管機2為TP304凝汽器冷卻水管材直徑和數(shù)量ф25*0.538176根ф25*0.75736根2.2凝汽器膠球清洗系統(tǒng)每臺凝汽器管道清洗系統(tǒng)數(shù)量2膠球直徑ф26收球網(wǎng)規(guī)格ф2440mm(98吋)收球網(wǎng)壓降(干凈)250mm水柱0.0025mPa收球網(wǎng)壓降(臟)750mm水柱0.0075mPa膠球再循環(huán)泵流量15升/秒54噸/時膠球再循環(huán)泵轉(zhuǎn)速1450rpm膠球再循環(huán)泵功率11.2kW膠球再循環(huán)泵效率42%管道清洗系統(tǒng)連接管道規(guī)格ф76收球室容積2吋3收球網(wǎng)容積1吋3膠球全行程時間30秒3管道清洗系統(tǒng)所作的改進膠球清洗系統(tǒng)管道布置首先應符合水動力學的原理，為了了解我們膠球清洗系統(tǒng)管道布置是否符合水動力學原理，我們用超聲波流量計測取了膠球清洗系統(tǒng)所有管道內(nèi)的水流速，從數(shù)據(jù)中我們分析出收球管的水流速較低，且存在兩側(cè)的不平衡。為此我們做了三個改造：1）將原收球口￠108改為￠76，并與收球網(wǎng)管壁垂直；2）將5只90度的彎頭全部取消，代之以45度的彎頭，并保證二側(cè)的管道彎頭數(shù)量對稱；3）在收球網(wǎng)筒體上部循環(huán)水管彎頭處加裝導流板。目的在于削除收球網(wǎng)板上部的死區(qū)，使膠球所受力的大小和方向，尤其是方向得到改善，同時減小整個膠球清洗系統(tǒng)局部彎頭阻力，以有利于膠球的流動和回收。后經(jīng)現(xiàn)場流量實測，二邊的流速完全對稱。圖一循環(huán)水及膠球清洗系統(tǒng)示意圖4調(diào)試情況和結(jié)果分析4.1尋找膠球收球率下降拐點圖二為循環(huán)水管道進出凝汽器的布置圖,圖中可以看出，循環(huán)水出凝汽器即90o水平拐彎,接下來便是往下90o拐彎,循環(huán)水管道直徑為φ2440,大直徑的水管在如此狹小空間連續(xù)2個90o拐彎,膠球收球網(wǎng)就安裝在垂直管道間,水流極不穩(wěn)定,容易產(chǎn)生水內(nèi)渦,階躍渦,附加的導流板還會產(chǎn)生卡門渦[1],在實際運行和調(diào)試時如何消除這些渦流,使水流比較平穩(wěn)地流過收球網(wǎng),是提高收球率的關鍵。另外膠球在水流中所具有的動能,與水流速度的平方成正比,而管道中的局部阻力也與水流速度的平方成正比,因此加裝的導流板既要減少渦流的強度，同時在加裝的導流板處的局部阻力要小。以有利于提高收球率。圖二循環(huán)水進出凝汽器的布置圖通過實際調(diào)試我們發(fā)現(xiàn)，膠球回收檔板（即收球網(wǎng)）兩側(cè)的壓差對膠球收球率的影響很大。雖然制造廠在收球網(wǎng)板的結(jié)構(gòu)設計和加工時，已考慮了循環(huán)水流量、膠球規(guī)格和硬度、冷卻水管直徑、安裝位置、收球網(wǎng)高度等多種因素。但實際調(diào)試中，回收檔板兩側(cè)的壓差除了與循環(huán)水流量、膠球規(guī)格和硬度等有關外，更與系統(tǒng)中膠球數(shù)量直接相關。通過大量調(diào)試發(fā)現(xiàn)，隨著投入膠球數(shù)量的增加，膠球停留在收球網(wǎng)板上的時間延長，導致收球網(wǎng)兩側(cè)的壓差上升，壓差上升到一定值時，收球率會發(fā)生突然下降，最后收球網(wǎng)壓差維持在相應的較高壓差。由于收球網(wǎng)壓差緩慢上升，何處是膠球收球率下降拐點就不易察覺，根據(jù)流體動力學伯努利方程：其三項分別為壓能、動能和位能。由于流體為同一種流體，比重的因素可以忽略，高度一致，二點間的靜壓力與其流速的平方成反比，當收球網(wǎng)處的流速為2.1米/秒時,折合靜壓為225mmh2o。經(jīng)多次試驗發(fā)現(xiàn)，當裝球數(shù)增加到一定數(shù)量時,收球網(wǎng)壓差達到220mmh2o左右，膠球收球率發(fā)生突然下降。個中關系還有待進一步試驗觀察，但在實際運行中，我們把收球網(wǎng)板前后壓差220mmh2o值作為調(diào)試和運行的控制點。4.2確定膠球清洗強度根據(jù)我廠循環(huán)水系統(tǒng)、凝汽器的布置和膠球清洗系統(tǒng)的實際情況，進行綜合分析和計算，清洗頻率和裝球數(shù)之間的關系是：P≈X/80其中P為清洗頻率，單位是每小時每根管子清洗次數(shù)。X為裝球數(shù)，單位是只。如果裝球數(shù)為640只，則清洗頻率為8，即每小時每根管子清洗8次。如果裝球數(shù)為480只，則清洗頻率為6，即每小時每根管子清洗6次。其余類推。清洗頻率可以通過裝球數(shù)量的變化來調(diào)整，而清洗次數(shù)可以通過時間的變化而增減。為了保證凝汽器的清洗效果，防止清洗過度或清洗不足，尤其要防止清洗不足，我們采用“清洗強度”這一指標來進行定量分析，即清洗頻率、清洗時間和膠球直徑對管道內(nèi)徑的過盈量這三者的乘積作為凝汽器的“清洗強度”。清洗頻率可以通過所加膠球數(shù)量來進行控制，由于WSA收球網(wǎng)板的結(jié)構(gòu)決定了我們的投球數(shù)不能太多（最多300只），所以我們的清洗頻率就很低。但我們通過增加清洗時間（根據(jù)Taprogge公司的最新理念是膠球清洗裝置應該24小時連續(xù)投運）來增加清洗次數(shù)，同時增加膠球過盈量來提高我的清洗強度。[根據(jù)我們初步觀察，清洗強度為10時可以維持凝汽器正常的清潔度，而要提高凝汽器的清潔度，清洗強度要大于10。]例如：現(xiàn)投球數(shù)是300只，清洗頻率P=300/80≈3.75，膠球過盈量取1，清洗時間3小時。清洗強度是11.25＞10達到凝汽器清洗要求。4.3選用合適尺寸的膠球由于清洗強度與膠球直徑有很大關系,所附曲線為膠球直徑與凝汽器循環(huán)水進出口的差壓的關系。實際運行中，應根據(jù)循環(huán)水進出口的差壓也即循環(huán)水量來確定膠球直徑。根據(jù)此曲線,我們一般在循環(huán)水系統(tǒng)為一機一泵方式運行時,選用ф25mm膠球,二機三泵方式運行時,選用ф26mm或ф27mm膠球,如果二機四泵方式運行時,那就選用ф27mm膠球。根據(jù)我們對膠球清洗效果的長期觀察，當選用ф25mm膠球進行清洗時，凝汽器循環(huán)水進出口的水阻（差壓）開始下降，凝汽器端差也開始下降，但下降到一定的數(shù)值時，水阻和端差變動不大，當改用ф26mm膠球進行清洗時，凝汽器循環(huán)水進出口的水阻（差壓）又開始下降，凝汽器端差也開始下降，但下降到一定的數(shù)值后，水阻和端差又開始不動，當進一步選用ф27mm膠球進行清洗時，清洗效果達到最佳,其端差達到二臺機組投產(chǎn)后的最小值，真空明顯上升，甚至比人工清洗后干凈的凝汽器效果還好。圖三膠球直徑與凝汽器循環(huán)水進出口差壓關系圖三膠球直徑與凝汽器循環(huán)水進出口差壓關系5膠球清洗系統(tǒng)的調(diào)試和完善帶來的效果5.1真空度提高與去年運行記錄對比：去年循環(huán)水溫在33℃時，機組負荷在600MW時，真空為-89.93kPa。而今年在相同工況時,真空為-91.50kPa，至少提高1.5kPa。而如果與臟凝汽器時的真空比，經(jīng)過膠球清洗，真空甚至可以提高5.0kPa。我們觀察人工用高壓水槍清洗的情況，由于水槍可以從凝汽器換熱管的二端分別進行清洗，換熱管中部清洗效果較差，而用膠球進行清洗，整根水管從前到后效果一致，而換熱管中部則是凝汽器換熱量最大的區(qū)域。由于膠球清洗裝置比機組晚投用，凝汽器換熱管已經(jīng)產(chǎn)生了一些結(jié)垢現(xiàn)象。為此我們加大了清洗強度，使凝汽器換熱效果得到很大的改善，在循環(huán)水溫和機組負荷相同的情況下，真空比以前有了很大提高，去年在三月底循環(huán)水系統(tǒng)運行方式為二機三泵，而今年直到六月底循環(huán)水系統(tǒng)運行方式還是二機三泵，少開一臺循環(huán)水泵每天節(jié)電8萬度電,且沒有以前真空隨機組運行時間的延長而惡化的現(xiàn)象。機組小修時我們對凝汽器進行檢查，發(fā)現(xiàn)管壁很干凈不臟手，露出金屬本色。下表為經(jīng)過一段時間清洗后機組的循環(huán)水溫度與真空度的幾個典型工況，從表中可以看出，機組的真空度大為改善。幾個工況中，負荷基本一致，所以在比較時不作修正。同時根據(jù)時間我們可以看到從五月下旬我們改用ф27mm膠球進行清洗,效果得到明顯的改進,其后排汽壓力維持在很好的水平以迎峰度夏。時間機組負荷循環(huán)水溫排汽壓力修正到30℃水溫時的排汽壓力2004．5．28598MW30.2℃10.61kPa10.56kPa2004．6．4618MW28.0℃7.30kPa7.76kPa2004．7．9589MW31.4℃7.83kPa7.47kPa5.2運行經(jīng)濟性分析根據(jù)最近對機組運行工況分析計算，由于我們用￠27mm膠球?qū)δ鬟M行清洗,