金剛砂膠球在火電機組冷端治理中的應(yīng)用

劉 彬，馮建光，馬婭嵐，李欣倩

(華能珞璜電廠 運行部，重慶 402283)

金剛砂膠球在火電機組冷端治理中的應(yīng)用

劉 彬，馮建光，馬婭嵐，李欣倩

(華能珞璜電廠 運行部，重慶 402283)

某廠4臺360 MW亞臨界機組因為循環(huán)水水質(zhì)問題引起凝結(jié)器臟污、背壓升高、端差變大，使機組效率受到影響。該廠先后采用了人工沖洗和使用新型金剛砂膠球清洗這兩種方法，沖洗了凝結(jié)器鈦管，均取得了較好的效果。但是經(jīng)過較長時間的運行生產(chǎn)后發(fā)現(xiàn)，人工沖洗存在沖洗不方便、沖洗效果不持久的缺點，而金剛砂膠球清洗具有使用方便、凝結(jié)器清潔度可以持續(xù)保持的優(yōu)點。使用金剛砂膠球清洗對提高企業(yè)經(jīng)濟效益，減少環(huán)境污染有積極效果。

凝結(jié)器；背壓；端差；金剛砂膠球；冷端

凝汽式發(fā)電機組能量損失最大之處在汽機冷源損失。汽機效率一般為40%左右，主要是冷源損失太大，機組排汽的大部分熱量被循環(huán)水帶走。冷端系統(tǒng)運行情況的好壞對機組的經(jīng)濟性影響非常大。

根據(jù)卡諾循環(huán)計算，機組效率為[1]：

式中：T1為初始汽溫；T2為排汽溫度。

作為發(fā)電廠，機組的初參數(shù)是固定的，受金屬材料的允許溫度限制。而機組在設(shè)計的循環(huán)水溫度和流量條件下的排汽溫度往往超過原設(shè)計值，T2越高，則蒸汽做功不充分，機組的效率ηt越低。冷端優(yōu)化就是要盡量在合理范圍內(nèi)降低機組的排汽溫度，減少冷源損失。

1 情況簡介

某廠一二期共有4×360MW亞臨界凝汽式機組。汽輪機為亞臨界參數(shù)、一次中間再熱、單軸、三缸、雙排汽口、未級葉片1 055mm、縱樹型葉根、沖動凝汽式機組。其設(shè)計排汽壓力為4.9kPa。每臺機組配置2臺循環(huán)水泵，單臺循環(huán)水泵容量滿足機組所需50%的循環(huán)水量，循泵出水經(jīng)沉砂池，后置濾網(wǎng)間，進入凝結(jié)器，然后到虹吸井，又經(jīng)1條2 500mm×3 000mm的循環(huán)水暗溝到壓力前池，尾水電站，再排入長江。

汽輪機低壓缸排汽進入凝結(jié)器被循環(huán)水冷卻。凝結(jié)器是一個表面式換熱器，循環(huán)冷卻水使用長江水。這是一種開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，優(yōu)點是循環(huán)水溫度低，冷卻效果好。缺點是長江水中含有較多的微生物，容易在凝結(jié)器中滋生菌藻，增加凝結(jié)器的熱阻，影響凝結(jié)器的換熱效果，使得機組背壓比設(shè)計值高。

2014年底到2015年初，一二期機組不同程度出現(xiàn)了凝結(jié)器端差高、背壓較高的現(xiàn)象。一期2臺機組背壓5.8kPa，凝結(jié)器端差11 ℃；二期2臺機組背壓4.6～5.0kPa，端差8～9 ℃。

從該廠一二期機組的排汽壓力對功率的修正曲線可以看出，凝結(jié)器背壓提高1kPa，對功率的影響為0.5%～0.7%，約提高機組煤耗2.5g/(kW·h)。因此，冷端優(yōu)化對于實現(xiàn)電廠節(jié)能降耗有十分重大的意義。

2 原因分析

2.1 真空嚴密性不好

真空嚴密性不好是指機組的真空系統(tǒng)存在漏點，漏入空氣使得凝結(jié)器中存在較多的空氣，影響了機組的背壓和端差。真空嚴密性試驗數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 一二期機組冷端參數(shù)

從數(shù)據(jù)上看1#和2#機真空嚴密性不如3#和4#機，凝結(jié)器端差也明顯大于3#和4#機。對此攻關(guān)小組對2#機開始了真空系統(tǒng)查漏。

1月12日，對2#機真空系統(tǒng)查漏結(jié)果如下：發(fā)現(xiàn)3#低加水位計上隔離門ABPHV068、3#低加液位筒上隔離門ABPHV057微漏，通知檢修人員對上述部位進行緊固；發(fā)現(xiàn)輔氣聯(lián)箱事故疏水手動門內(nèi)漏，通知機組人員開缺陷單通知檢修。處理后，再做真空嚴密性試驗，真空下降速率并沒有明顯變化。

根據(jù)有關(guān)資料可知，機組真空系統(tǒng)嚴密性在400Pa/min以內(nèi)并不會對凝結(jié)器真空和端差起到明顯的影響。因為真空泵持續(xù)運行，漏入凝結(jié)器的空氣會很快被真空泵抽掉。為了驗證這個觀點，1月20日，在1#機做啟動第2臺真空泵實驗：試驗前，1臺真空泵運行；試驗期間，兩臺真空泵運行。增加真空泵數(shù)量試驗的數(shù)據(jù)參見表2。

表2 增加真空泵數(shù)量試驗

由此可見，真空嚴密性在260Pa/min左右，不會對凝結(jié)器背壓和端差產(chǎn)生明顯的影響。凝結(jié)器背壓與真空嚴密性的關(guān)系如圖1所示。

圖1 凝結(jié)器背壓與真空嚴密性的關(guān)系

結(jié)論是：一二期機組的真空嚴密性在合理范圍內(nèi)，對凝結(jié)器背壓不會產(chǎn)生明顯影響。

2.2 膠球清洗裝置膠球尺寸問題

膠球清洗裝置是利用膠球通過凝結(jié)器鈦管對其進行擦洗，以保持鈦管的清潔度，減少熱阻。凝結(jié)器清潔度不好，會降低循環(huán)水換熱效果，引起凝結(jié)器真空降低。

攻關(guān)小組第二次檢查篩選膠球時發(fā)現(xiàn)，2#機膠球裝置的膠球尺寸在長時間使用后，大部分偏小。全面檢查發(fā)現(xiàn)2#機膠球裝置正常，膠球數(shù)量足夠，滿足要求。但是，取出2#機膠球收球室的300個膠球，使用游標卡尺隨機測量30個膠球直徑，小于17mm以下的多達22個。按照凝汽器鈦管設(shè)計直徑尺寸17mm的標準，不合格率占到了73.3%左右。將此情況匯報給汽機專業(yè)人員，及時通知檢修汽機一班將膠球更換，確保了膠球裝置的清洗效果。

凝結(jié)器鈦管內(nèi)徑17mm，選用膠球直徑17mm。廠家建議膠球最好的清洗效果是膠球直徑比鈦管略大1mm。但是膠球清洗系統(tǒng)要求凝結(jié)器進出口要有35～40kPa的差壓，才能保證正常收球。該廠一二期循環(huán)水是從沉砂池自流進入凝結(jié)器的，循環(huán)水壓力偏低，不容易滿足差壓要求。故在選擇膠球時選擇了17mm的膠球，膠球與鈦管直徑一樣。經(jīng)過一段時間運行后，膠球磨損，直徑普遍偏小，清洗效果有限。

更換了新膠球，投運多日后觀察，凝結(jié)器背壓和端差沒有明顯變化。究其原因是：膠球直徑偏小；普通膠球摩擦力較小，清洗效果不佳。

2.3 凝結(jié)器臟污

攻關(guān)小組第三次活動利用各機組停機機會檢查凝結(jié)器循環(huán)水水室的清潔狀況，發(fā)現(xiàn)2#機凝汽器循環(huán)水鈦管較臟，如圖2所示。

圖2 凝結(jié)器循環(huán)水出口水室

正常清潔的凝結(jié)器鈦管，能夠看見金屬顏色。從2#機凝結(jié)器出口水室的人孔檢查，鈦管表面附著一層像稀泥一樣的東西，鈦管內(nèi)壁不能看見金屬顏色。由于凝結(jié)器臟污，熱阻增大，換熱效果明顯下降，所以一二期機組不同程度出現(xiàn)背壓不能達到設(shè)計值，冬季端差大的現(xiàn)象。

一二期機組的循環(huán)水由于是使用的長江水，水質(zhì)不能保證，含有較多的微生物，而凝結(jié)器中循環(huán)水溫度在28～40 ℃，非常適合微生物生長，所以在凝結(jié)器鈦管中容易滋生菌藻，進而增大熱阻，影響換熱。在夏季，長江水中泥沙含量大，凝結(jié)器端差較小，鈦管清潔度也好。其主要原因就是泥沙對鈦管的沖刷作用，可以把鈦管內(nèi)壁附著的菌藻都沖刷掉。所以，夏季一般都停運膠球清洗裝置，而鈦管依然可以保持很好的清潔程度。當(dāng)長江進入清水季節(jié)后，江水變清，失去了泥沙的清洗作用，凝結(jié)器就容易臟污。尤其是到了冬季，凝結(jié)器臟污可以使背壓明顯提高，影響機組帶負荷。

2011—2012年，一二期機組分別安裝了膠球清洗裝置，凝結(jié)器的臟污情況有好轉(zhuǎn)。但是，由于膠球的問題，清洗效果不能達到理想狀態(tài)，在清水季節(jié)打開凝結(jié)器經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)凝結(jié)器臟污，尤其是在換熱管的后端。

通過檢查和分析確認，凝結(jié)器臟污是一二期機組背壓較高、端差大的主要原因。膠球清洗裝置清洗效果有限，不能保證凝結(jié)器清潔。所以，冷端治理攻關(guān)的主要目標是設(shè)法保證凝結(jié)器清潔。

3 措施與對策

3.1 人工清洗

因為凝結(jié)器鈦管數(shù)量多達22 880根，人工清洗工作量大。由于凝結(jié)器循環(huán)水側(cè)分A、B兩側(cè)，中間隔斷，機組運行時也可以利用低負荷停運一側(cè)清洗。但是，由于清洗時間長，清洗過程影響機組帶負荷，往往需要中斷清洗，待下一次低負荷時再次做安全措施進行清洗，且在清洗較高地方還需要搭架。由此可見，在機組運行時進行清洗非常麻煩。這次該廠的2#機是利用停機機會，用了約1周時間完成了2#機凝結(jié)器2萬多根鈦管的清洗。清洗方法是利用高壓水槍，對每根鈦管進行沖洗。沖洗時能看見泥漿一樣的渾水，直到流出清水，表示1根鈦管清洗干凈。清洗前2#機的相關(guān)數(shù)據(jù)見表3。

表3 人工清洗前2#機的相關(guān)數(shù)據(jù)

2月9日機組調(diào)停，人工清洗了2#機兩側(cè)凝結(jié)器鈦管，2月22日機組重新啟動。取2月24日，2#機滿負荷時的數(shù)據(jù)，如表4所示。

經(jīng)比較，在循環(huán)水溫度上漲了1.5 ℃的情況下，同樣的負荷本應(yīng)需要更多的循環(huán)水，需增加更多的循泵電耗，而實際上清洗后滿負荷時單機少運行了0.5臺循泵，背壓只上漲了0.2kPa，變化不大，端差卻下降了4.7 ℃。從經(jīng)濟性上比較，在機組背壓變化不大的情況下，單機滿負荷可以減少0.5臺循泵的電耗。電廠的循泵功率大，耗電多，一期循泵正常運行約3 000kW的功率，一個月下來可以節(jié)約電能1 080 000kW·h，約合45萬元。

表4 人工清洗后2#機時的數(shù)據(jù)

可見，冷端可挖掘的潛力是巨大的，清洗一次花費幾萬元，而清洗一次取得的收益是巨大的。在2#機沖洗效果確定后，該廠隨后對1#和4#機的凝結(jié)器也進行了人工清洗，清洗后的效果也很明顯。

但是，人工清洗也有局限性：一是清洗過程復(fù)雜，要徹底清洗，需要停機1周的時間；二是清洗后，隨著時間推移，凝結(jié)器又會逐漸臟污。

3.2 使用金剛砂膠球清洗

在2015年6月，該廠發(fā)現(xiàn)3#機凝結(jié)器的背壓同樣工況下比往年高，端差也較大。雖然年初對凝結(jié)器進行了人工沖洗，但經(jīng)過4個月時間，3#機凝結(jié)器也出現(xiàn)了背壓較高、端差大的現(xiàn)象。因為已經(jīng)進入夏季，機組啟停比較頻繁，不容易找到較長的停機時間進行人工清洗，于是該廠人員換用了一種新型的金剛砂膠球。

金剛砂膠球(見圖3)與普通剝皮球(見圖4)的區(qū)別在于外部附著了一層金剛砂。

圖3 金剛砂膠球

圖4 普通剝皮球

金剛砂膠球分為全金剛砂膠球和半金剛砂膠球兩種。金剛砂膠球適用于清除各種結(jié)垢沉積較多的管道。

2015年7月3日，對3#機A凝結(jié)器投運使用金剛砂膠球的清洗裝置，清洗時間為24h。清洗前的機組參數(shù)如表5所示。

表5 清洗前的機組參數(shù)

7月4日，對3#機B凝結(jié)器投運使用金剛砂膠球的清洗裝置，清洗時間為24h。清洗后的機組參數(shù)如表6所示。

從表5和表6可以看出，在機組負荷、循環(huán)水溫和循泵運行數(shù)量完全一樣的情況下，清洗開始后凝結(jié)器端差和背壓明顯下降。清洗前凝結(jié)器背壓7.24kPa，端差5.4 ℃，清洗后凝結(jié)器背壓5.83kPa，端差2.2 ℃。同樣工況下，凝結(jié)器背壓下降了1.41kPa，端差下降了3.2 ℃。

表6 清洗后機組參數(shù)

進而將金剛砂膠球推廣到該廠一二期4臺機組，都取得了和3#機相似的效果。凝結(jié)器背壓下降了1～2kPa。

利用停機的機會，我們觀察3#機凝結(jié)器出口水室中的換熱管道，可以觀察到金屬本色，原先附著在換熱管道上的淤泥一樣的菌藻，基本清除干凈，如圖5所示。

圖5 清洗后的凝結(jié)器鈦管出水口

與圖2相比較，鈦管內(nèi)壁清潔程度有明顯提高。

4 經(jīng)濟效益分析

從表5和表6可以看出，投運2天后，3#機的凝結(jié)器背壓和端差都持續(xù)下降。

清洗后凝結(jié)器背壓5.83kPa，端差2.2 ℃。同樣工況下，凝結(jié)器背壓下降了1.41kPa，端差下降了3.2 ℃。以凝結(jié)器降低1kPa可以節(jié)省標煤2.5g/(kW·h)來計算，按此背壓下降幅度可節(jié)省標煤3.525g/(kW·h)，節(jié)能效果明顯。

1)該廠一二期4臺機組近一年發(fā)電量為50.9億kW·h，一年可節(jié)省標煤：

50.9×108×3.525×10-6=17 942(t)

2)以標煤平均價格600元/t計算，大約可以節(jié)約燃料費用：

17 942×600=10 765 200(元)

約1 077萬元人民幣。

3)減少二氧化碳排放量：4.30×104t。

4)減少二氧化硫排放量：45.93t。

5)減少氮氧化物排放量：18.0t。

6)減少煙塵排放量：4.89t。

5 關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新點

金剛砂膠球和普通膠球的球體材質(zhì)并沒有太大的區(qū)別，而關(guān)鍵在于金剛砂膠球表面附著了一層金剛砂。金剛砂是粘土中的二氧化硅和碳在高溫下生成的碳化硅，有較強的硬度。把金剛砂用于膠球清洗，對膠球的清洗能力有明顯的提高。

在膠球投入運行后，金剛砂增大了膠球擦洗換熱管道的摩擦力，能有效地清除換熱管道上的菌藻和積垢，降低換熱管道的熱阻。

6 后續(xù)措施

由于金剛砂膠球?qū)艿烙幸欢ǖ哪p。該廠降低了膠球裝置的投運頻率，將之前的2天投運一次，改為了3天投運一次。每次清洗時間也從投運8h，縮短到2h。通過對機組端差和背壓的觀察，確保凝結(jié)器清潔的同時，也盡量降低金剛砂膠球?qū)︹伖艿哪p。

7 結(jié)論

在使用開式循環(huán)水系統(tǒng)的機組中，凝結(jié)器臟污是影響冷端效果的一個重要原因。保持凝結(jié)器清潔，是提高機組效率、降低煤耗的重要手段。使用金剛砂膠球清洗凝結(jié)器具有使用方便、清洗效果好的特點。實踐表明，在生產(chǎn)中使用金剛砂膠球，有效地降低了機組背壓和凝結(jié)器端差，其經(jīng)濟效益可觀。

[1] 程守珠，江之永.普通物理學(xué)[M]，北京：高等教育出版社，1989：89.

A Study on the Application of the Emery Rubber Ball in the Cold End Treatment of the Thermal Power Unit

LIU Bin，F(xiàn)ENG Jianguang，MA Yalan，LI Xinqian

(Operation Department of Luohuang Power Plant of CHNG，Chongqing 402283，P.R.China)

Problems like the smudginess of the condenser，the rise of the back-pressure and the increase of the terminal temperature difference caused by the water quality of the recirculating water have influenced the efficiency of four 360MW sub-critical units in a power plant．Artificial flushing and a new-type method with the help of the emery rubber ball have been successively used to clean the titanium tube of the condenser，both of which have proved effective．A long period of operation has revealed both the disadvantages of the former such as its inconvenience and non-persistent effect and the advantages of the latter such as its convenience and lasting effect．Therefore，the latter is effective in improving economic benefits of the enterprise and reducing environmental pollution．

condenser；back-pressure；terminal temperature difference；emery rubber ball；cold end

2016-11-03

該文獲重慶市電機工程學(xué)會2016年學(xué)術(shù)年會優(yōu)秀論文二等獎

劉 彬(1973-)，高級工程師，主要從事電廠汽輪機運行工作。

TK264.11

A

1008- 8032(2017)01- 0043- 05