300MW機組膠球清洗系統(tǒng)的改進

劉東勝

（廣東粵華發(fā)電有限責任公司黃埔發(fā)電廠，廣東 廣州 510731）

廣東粵華發(fā)電有限責任公司6號汽輪機是上海汽輪機廠生產(chǎn)的N300-165/535/535型中間再熱凝汽式汽輪機，配置N-17600-Ⅰ型凝汽器。凝汽器循環(huán)冷卻水取自珠江，經(jīng)江邊一次濾網(wǎng)，由設(shè)在汽機房內(nèi)的混流循環(huán)水泵送至凝汽器。凝汽器進水管道上安裝WNAD-1800型自動清洗二次濾網(wǎng)，凝汽器出水管側(cè)裝有膠球清洗裝置(見圖1)。

6號機原膠球清洗系統(tǒng)存在以下主要問題：循環(huán)水流場不均勻；收球網(wǎng)與轉(zhuǎn)軸固定卡碼腐蝕嚴重、脫落；收球網(wǎng)轉(zhuǎn)軸軸承采用塑料王為材料，轉(zhuǎn)動不靈活；收球網(wǎng)板設(shè)計不合理，膠球不能順暢收回裝球室；垃圾容易掛在網(wǎng)上。

由于機組膠球清洗裝置收球率長期低于60%，凝汽器換熱下降，嚴重影響了機組發(fā)電效率。為此，公司對機組膠球系統(tǒng)進行了多次設(shè)備改造，使平均收球率達到90%以上，清洗效果大大提高。與以往膠球清洗系統(tǒng)不能正常投入運行相比，凝汽器真空度明顯提高，夏天高溫季節(jié)機組運行出力及經(jīng)濟性有了明顯改善。下面介紹相關(guān)的改進和完善措施。

1 改善循環(huán)水的流場

6號機組循環(huán)水進水管連接二次濾網(wǎng)，出口管安裝出水蝶閥。凝汽器循環(huán)水為下進上出，管道進出凝汽器都有彎頭。收球網(wǎng)為立式，上游直接聯(lián)接至彎頭，下游為直管段。由于空間有限，凝汽器循環(huán)進出水管道排列緊密，在較小的空間里存在多個彎頭，造成循環(huán)水流動紊亂，嚴重影響膠球回收和對凝汽器冷卻水管的清洗。

為改善凝汽器循環(huán)水紊流對膠球清洗系統(tǒng)的影響，在以下3個方面作了改進：

(1) 在凝汽器進出水彎管段加裝導(dǎo)流板。由于現(xiàn)場空間有限，在凝汽器水彎管段中分別水平焊接一塊不銹鋼導(dǎo)流板。導(dǎo)流板將凝汽器循環(huán)水進出水流均一分為二，使水流能夠均勻地流動，消除彎管處死區(qū)，使膠球受力的大小和運動方向得到改善，利于膠球的流動和回收。

(2) 收球網(wǎng)轉(zhuǎn)向90°。原系統(tǒng)中收球網(wǎng)網(wǎng)板位置與彎管水平段中心線垂直，造成循環(huán)水流量、收球網(wǎng)受力不均，靠近凝汽器—側(cè)流量、受力小，而另一側(cè)相反，導(dǎo)致收球網(wǎng)收球口兩側(cè)膠球分布不均勻，或收球網(wǎng)板受力過大一側(cè)跑球。收球網(wǎng)轉(zhuǎn)向90°，使收球網(wǎng)兩側(cè)流量相同。

(3) 將膠球系統(tǒng)出水管伸入凝汽器循環(huán)水進水管50mm，保證膠球進入循環(huán)水后能充分發(fā)散。

2 更換新型收球網(wǎng)

原收球網(wǎng)為倒V活動式收球網(wǎng)，由2片網(wǎng)板組成，頂部為迎水端，網(wǎng)板將整個管道截面完全遮擋。由于收球網(wǎng)運行時間較長，收球網(wǎng)網(wǎng)板剛性下降，在水動力下產(chǎn)生彈性變形造成逃球；控制傳動機構(gòu)在反力矩的作用下，行程限位不準，使網(wǎng)板閉合不到位；操縱機構(gòu)動力顯小，閥門啟閉不到位，管道阻力過大等諸多因素都是造成收球率低的重要原因。

更換的收球網(wǎng)是旋擺自鎖式收球網(wǎng)，它將活動型柵格收球網(wǎng)設(shè)計為平面四桿機構(gòu)。在雙網(wǎng)板支撐軸的下部采用曲柄連桿機構(gòu)推拉操縱網(wǎng)板，在收球工況時，執(zhí)行機構(gòu)帶動網(wǎng)板旋擺一定角度，達到運行工況的極限位置，將筒體整個截面遮擋；在非運行工況時，執(zhí)行機構(gòu)帶動網(wǎng)板旋擺，回到與水流平行的極限位置，使水流對網(wǎng)板進行反沖洗及減少水阻。這個收球網(wǎng)下段網(wǎng)板不再是懸臂梁，同時網(wǎng)板旋擺的2個極限位置正是死點位置，機構(gòu)自鎖而網(wǎng)板不動，解決了因水流沖力而產(chǎn)生的網(wǎng)板變形并逃球的問題。

兩種收球網(wǎng)的比較見圖3。

3 正確選擇和使用膠球

收球率是膠球清洗系統(tǒng)是否正常工作的重要依據(jù)之一。影響收球率的因素除了冷卻水質(zhì)(垃圾問題)、水力、滯球死區(qū)、凝汽器或主管路流場等問題之外，還與選用的膠球有關(guān)。必須根據(jù)冷卻水質(zhì)、凝汽管結(jié)垢特點、水室特征、冷卻水參數(shù)及凝汽管幾何參數(shù)等機組特定情況，選擇品種、直徑、硬度、吸水沉降速度等均適合的膠球，才能確保清洗效果。一般而言，膠球溫度比量應(yīng)與循環(huán)水比量基本一致，這樣膠球進入凝汽器后能懸浮在凝汽器的任何一位置。公司原先使用膠球質(zhì)量較差，同一規(guī)格的膠球大小不一，有的相差2mm；膠球在水中泡脹后膨脹度大于5%，不能進入或堵死在銅管內(nèi)；有的膠球嚴重變形，粘合錯位；有的受熱后發(fā)粘，粘在管壁上；有的表面光滑，毫無摩擦性，這些問題都嚴重影響膠球清洗系統(tǒng)的收球率和清洗效果。

(1) 選擇合適的膠球?；谝陨显颍_定膠球質(zhì)量應(yīng)符合循環(huán)水水質(zhì)，有一定硬度并富有彈性，膠球的氣孔均勻、孔間連通吸水性強，濕態(tài)球的比重與水相近，膠球在進入水室后從水室底部至頂部均勻分布。在水溫5℃～35℃運行時，膠球球徑漲大不超過0.5mm，在運行期間保持穩(wěn)定，以防止膠球堵塞冷卻水管。使用期內(nèi)不老化、變形，運行中膠球球徑應(yīng)比凝汽器管子內(nèi)徑大1mm。

(2) 正確使用膠球。由于經(jīng)一、二次濾網(wǎng)后進入凝汽器的循環(huán)水沉積物基本以淤泥和微生物污垢為主。這類沉積物通過合理安排膠球清洗次數(shù)即可清除。根據(jù)資料，膠球清洗的最優(yōu)頻率一般為平均每根管子每5分鐘清洗1次，即可滿足清洗效果，根據(jù)我廠凝汽器循環(huán)水管道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?，F(xiàn)以單側(cè)投球數(shù)量600只計算：

每根銅管長約11m，循環(huán)水(內(nèi)含膠球)流速約2m/s，則每只膠球在凝汽器內(nèi)循環(huán)一次時間為11m×2/2m/s=11s。則每根銅管每小時清洗次數(shù)=（3600/11）×600/4400≈45次。

由此可見，以單側(cè)投球600只循環(huán)運行，基本能滿足需要。

4 膠球系統(tǒng)管路改進

膠球系統(tǒng)由收球網(wǎng)、集球器、膠球泵和相應(yīng)管路組成。集球器為筒狀容器，容器上側(cè)配有一玻璃孔以便觀察；集球器有內(nèi)置濾網(wǎng)，該濾網(wǎng)出口有收、投球閥，由電動執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動，旋轉(zhuǎn)后可收或投膠球。膠球系統(tǒng)管路還存在以下幾個問題：

(1) 膠球系統(tǒng)管路阻力大，流量不足；

(2) 集球器進口處無逆止裝置，導(dǎo)致膠球泵停后膠球隨循環(huán)水倒流，有一部分膠球帶出；

(3) 凝汽器循環(huán)水室空氣較多，導(dǎo)致膠球泵抽吸能力不足。

對于膠球循環(huán)單元存在的問題，對管路系統(tǒng)進行了相應(yīng)的改進：

(1) 對膠球系統(tǒng)流量不足，通過改造膠球系統(tǒng)管道彎頭，取消90°彎管，代之以120°的大角度彎頭并保證兩側(cè)收球管道的彎頭位置、數(shù)量對稱；

(2) 在集球器進口處安裝逆止裝置，避免膠球泵停后膠球隨循環(huán)水倒流。

5 完善運行措施

膠球系統(tǒng)運行中應(yīng)注意以下幾個問題：

(1) 收球網(wǎng)應(yīng)定期打開。收球網(wǎng)設(shè)計承受壓力為0.2MPa，如果長期不打開，膠球、垃圾等雜物會塞死收球網(wǎng)，導(dǎo)致收球網(wǎng)承受過大壓力而變形；

(2) 投膠球清洗時，為降低循壞水對凝汽器收球網(wǎng)的壓力，凝汽器循環(huán)水出水門應(yīng)關(guān)小30%～40%。這樣膠球不會被循環(huán)水擠壓在收球網(wǎng)上，有利于提高凝汽器膠球收球率。

(3) 由于循環(huán)水中總是含有溶解空氣，為減少凝汽器循環(huán)水側(cè)空氣聚集，定期開啟射水抽氣器從凝汽器水側(cè)空氣門抽走空氣。

6 改進效果

膠球清洗系統(tǒng)改進后，能夠保持凝汽器持續(xù)清潔高效運行，尤其在夏季用電高峰期，有效降低凝汽器端差，提高真空度，降低汽輪機背壓，從而減少燃料消耗，增加機組發(fā)電出力。

6.1 改進前后對比

表1為改進前后機組的循環(huán)水溫度與真空度的幾個典型工況?？梢钥闯?，機組真空度大為改善。

表1 膠球系統(tǒng)改進前后循環(huán)水溫度與真空

6.2 經(jīng)濟性分析

根據(jù)最近對機組運行工況分析計算，循環(huán)水溫在33℃時，真空比改前同期提高至少2KPa。根據(jù)排汽壓力對機組出力的關(guān)系曲線，機組出力可提高2%左右。

以機組年平均負荷80%、年平均運行時間6000h、上網(wǎng)電價0.35元/KW·h計算，直接經(jīng)濟效益為：300000KW×6000h/年×80%×0.35元/KW·h×2% = 1008萬元/年

膠球清洗系統(tǒng)的正常投用，不僅可對電廠帶來直接的經(jīng)濟效益，還減少了金屬腐蝕，延長機組凝汽器銅管壽命，并減少停機時間及由此造成的產(chǎn)值損失，減少化學(xué)水處理費用，其費用也相當可觀。

1 李培元. 火力發(fā)電廠水處理及水質(zhì)控制[M]. 北京: 中國電力出版社, 2000

2 吳一平, 周國定. 凝汽器銅管氨蝕的研究[J]. 腐蝕與防護, 1992,13(5)

3 韓中合, 田松峰, 馬曉芳. 大型火電廠生產(chǎn)技術(shù)人員培訓(xùn)系列教材: 火電廠汽輪機設(shè)備及運行[M]. 北京: 中國電力出版社, 2002