膠球清洗裝置系統(tǒng)改造目的及前后機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析？

     膠球清洗裝置系統(tǒng)改造目的及前后機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析？針對(duì)華電有限公司#1機(jī)凝汽器膠球清洗裝置系統(tǒng)，因安裝時(shí)間過長(zhǎng)，設(shè)備技術(shù)久遠(yuǎn)，運(yùn)行效率低、收球率低的問題，提出了對(duì)膠球清洗裝置系統(tǒng)全面改造，更換為全自動(dòng)在線膠球清洗裝置的建議，經(jīng)過改造前后對(duì)比分析，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間、收球率大幅提高，凝汽器鈦管清洗效果得到提升，提高了機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性。

     在現(xiàn)代大型電站凝汽式汽輪機(jī)組的熱力循環(huán)中，凝汽設(shè)備起著冷源的作用，其主要任務(wù)是將汽輪機(jī)排汽凝結(jié)成水并在汽輪機(jī)排汽口建立與維持一定的真空度。凝汽器內(nèi)冷卻水管的干凈程度直接影響凝汽器的凝結(jié)效率。在機(jī)組運(yùn)行過程中，凝汽器常用投膠球清洗裝置來實(shí)現(xiàn)冷卻管干凈的目的，在停機(jī)狀態(tài)下，則可以采用機(jī)械或化學(xué)方式清洗，使凝汽器冷卻水管保持清潔。凝汽器結(jié)垢形成的熱阻與清洗成周期性變化。一般大型發(fā)電廠都安裝凝汽器膠球清洗裝置系統(tǒng)，在線膠球清洗裝置系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理比較簡(jiǎn)單，但整套膠球清洗裝置系統(tǒng)在運(yùn)行中往往很難達(dá)到預(yù)期的效果�，F(xiàn)在大型火力發(fā)電廠汽輪機(jī)凝汽器膠球清洗裝置系統(tǒng)。
     采用的收球網(wǎng)結(jié)構(gòu)形式多種多樣，在實(shí)際運(yùn)行使用過程中，可靠性大多數(shù)都不理想。公司#1機(jī)組是1995年投產(chǎn)的上汽300MW燃煤發(fā)電機(jī)機(jī)組，剛投入使用時(shí)。收球率較高，但運(yùn)行一段時(shí)間之后可靠性越來越差，經(jīng)常收集不到膠球或收集膠球的數(shù)量很少，造成凝汽器端差較大，每運(yùn)行一段時(shí)間都要停機(jī)打開凝汽器人孔進(jìn)行機(jī)械或化學(xué)方式清洗。這就造成主要兩方面的損失:
     一方面凝汽器得不到理想的清洗效果，使得凝汽器的冷卻效率降低，抬高了汽輪機(jī)的排氣壓力，降低汽輪機(jī)的效率、輸出功率及運(yùn)行的安全性;
     另一方面循環(huán)回收的膠球數(shù)量少或沒有，使得膠球流失，造成經(jīng)濟(jì)損失。因此對(duì)膠球清洗裝置系統(tǒng)進(jìn)行全面改造，更換為全自動(dòng)在線膠球清洗裝置。
     為了保持凝汽器銅管有較高的清潔系數(shù)，減輕銅管的結(jié)垢，提高傳熱效率，保證凝汽器真空度，原#1機(jī)組凝汽器兩側(cè)的循環(huán)水進(jìn)、出水管各裝設(shè)了一套膠球清洗裝置系統(tǒng)。該系統(tǒng)是由裝球室、膠球泵、收球網(wǎng)、管道及相關(guān)閥組成的獨(dú)立系統(tǒng)，(工作原理如圖2所示)。
該膠球清洗裝置系統(tǒng)所配備主要設(shè)備型號(hào)、參數(shù)及運(yùn)行狀況:

     (1)膠球泵型號(hào):125SS-12。
     (2)裝球室型號(hào):2QS一300一II型(包括電動(dòng)裝置);容量:φ25膠球200只。
    
(3)收球網(wǎng)型號(hào):SF-1800型(包括電動(dòng)裝置)收球網(wǎng)形式為活動(dòng)型柵格式,收球網(wǎng)收球網(wǎng)安裝形式:立式;收球網(wǎng)膠球出球口管徑φ108X4。
    
(4)膠球:中硬膠球直徑:φ25mm。

1.2現(xiàn)狀分析
    
發(fā)電公司凝汽器冷卻水為膠州灣海水，冬天海水中雜物較少，夏天是海洋生物繁殖的季節(jié)，海水中含海虹等海洋生物較多。原膠球清洗系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念陳舊，由于原設(shè)計(jì)的膠球清洗裝置技術(shù)較為久遠(yuǎn)且改進(jìn)方式欠佳，膠球系統(tǒng)在投用的初收球率為95%，使用一段時(shí)間以后收球率逐漸下降，收球率低，膠球清洗裝置系統(tǒng)沒有達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，加上收球網(wǎng)經(jīng)常損壞收不到膠球，缺陷要待停機(jī)才能處理，這段時(shí)間不能進(jìn)行投膠球清。其功能的缺陷，無法帶來預(yù)期的清洗效果。導(dǎo)致凝汽器真空度很低，嚴(yán)重影響了機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。造成膠球清洗裝置系統(tǒng)故障率高、收球率低的原因有以下幾點(diǎn)。
    
1)收球網(wǎng)的結(jié)構(gòu)問題:
膠球清洗裝置系統(tǒng)清洗效果主要取決于收球網(wǎng)工作的可靠性，公司#1機(jī)采用的收球網(wǎng)為目前國(guó)內(nèi)普遍采用的“活動(dòng)型柵格收球網(wǎng)”(如圖
3)。根據(jù)膠球系統(tǒng)狀況分析，膠球清洗裝置系統(tǒng)的主要問題也是收球網(wǎng)性能不穩(wěn)定從而導(dǎo)致的膠球泄漏，達(dá)不到清洗效果。此種結(jié)構(gòu)收球網(wǎng)收球率低的主要原因是:
    
a、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和受力不合理。采用“V”或是“入”字形網(wǎng)板結(jié)構(gòu)的收球網(wǎng)，網(wǎng)板在一根軸處劃分為上、下兩段。收球時(shí)，一端邊緣接觸互為“靠山”，另一端是個(gè)自由端的懸臂梁，這個(gè)軸既是網(wǎng)板的承重軸又是帶動(dòng)網(wǎng)板旋轉(zhuǎn)的傳動(dòng)軸，并與外面?zhèn)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)相連，轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)力矩難于保證柵格網(wǎng)板與簡(jiǎn)體之間有足夠的密合力。這個(gè)懸臂梁在流速1.7-2M/S的水流中，網(wǎng)板的實(shí)體面積在水流的作用力下，由于其剛性差，很容易產(chǎn)生彈性變形而彎曲，使下端橢圓形邊緣與簡(jiǎn)體內(nèi)壁的間隙增大，造成逃球。另外.一個(gè)原因是由于轉(zhuǎn)動(dòng)軸長(zhǎng)期浸泡在水中,摩擦處的表面就會(huì)逐漸生銹,柵板轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力相應(yīng)地逐漸增大,電動(dòng)推桿的動(dòng)作只是在形式.上把柵板推合了，實(shí)質(zhì)上柵板和柵板之間或是柵板和外殼之間仍舊有膠球可穿過的縫隙,水流就會(huì)和膠球一起穿過此縫隙,把膠球帶到回水管路當(dāng)中,造成膠球丟失。這是目前諸多收球網(wǎng)網(wǎng)板出現(xiàn)的共性問題。當(dāng)停機(jī)無水時(shí)，網(wǎng)板又恢復(fù)正常，間隙并無明顯變化，這正是誤認(rèn)為收球網(wǎng)沒有問題的原因。這也就是收球率不達(dá)標(biāo)一個(gè)重要原因。

圖3

     b、收球網(wǎng)網(wǎng)板為穿片式，它是由許多鉆了孔的不銹鋼片和分隔間距的空距套管用長(zhǎng)桿螺絲貫穿緊固組成�？此朴幸欢◤�(qiáng)度的不銹鋼片，因鉆孔而大部分截面積被削弱，加之長(zhǎng)螺絲桿與孔之間存在一定的間隙，就形成了許多容易使網(wǎng)板活動(dòng)變形的“鉸接點(diǎn)”，故而這種網(wǎng)板的強(qiáng)度和剛性均較差。由于收球網(wǎng)的結(jié)構(gòu)不當(dāng)，會(huì)使換熱器產(chǎn)生比較大的水阻，并造成膠球磨損和丟失問題十分嚴(yán)重。
     膠球泵及膠球清洗裝置管路設(shè)計(jì)問題原膠球泵發(fā)射膠球動(dòng)力低，發(fā)射數(shù)量少。通常泵送膠球的揚(yáng)程應(yīng)比凝汽器循環(huán)水入口管的靜壓高出5m較為穩(wěn)妥。#1機(jī)現(xiàn)有膠球泵的銘牌揚(yáng)程標(biāo)明是18m，對(duì)于膠球的發(fā)射效果較弱。膠球管路較細(xì)，為DN100，每次只能發(fā)射200只膠球。并且原設(shè)計(jì)的膠球流過膠球泵發(fā)射，膠球泵葉輪對(duì)膠球有磨損，膠球直徑變小，從而更加降低清洗效果。
     運(yùn)行方式的問題:原設(shè)備投入率低，不能24小時(shí)不間斷進(jìn)行設(shè)備清洗，且由于流體力學(xué)原理，使之不能100%清洗到每一根換熱管路，其清潔率僅為70-90%;這種方法的節(jié)能效率，一般只能達(dá)到4-6%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到預(yù)期和理想的投資收益。

3改造方案現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施
    
3.1全自動(dòng)在線膠球清洗裝置簡(jiǎn)介全自動(dòng)在線膠球清洗裝置由裝球室，氣動(dòng)和手動(dòng)蝶閥，膠球泵，收球網(wǎng)，相應(yīng)的管道和控制柜組成。膠球清洗裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)有2臺(tái)收球網(wǎng)，分別安裝于凝汽器A、B側(cè)排水管道上;新膠球系統(tǒng)公用1套膠球發(fā)射&收集裝置，通過控制系統(tǒng)不同閥門的開關(guān)，可分別實(shí)現(xiàn)對(duì)凝汽器A、B側(cè)鈦管的清洗。通過邏輯程序可實(shí)現(xiàn)24小時(shí)不間斷對(duì)凝汽器投球清洗。裝球室與膠球泵集成站式，安裝方便。以下是膠球清洗裝置系統(tǒng)原埋圖。

     3.2膠球清洗裝置系統(tǒng)改造實(shí)施方案
針對(duì)原膠球清洗裝置系統(tǒng)的缺點(diǎn)，新膠球清洗裝置系統(tǒng)進(jìn)行了如下改造:
    
(1)、收球網(wǎng)改造
針對(duì)收球網(wǎng)上述問題，選用封閉式收球網(wǎng)，直徑比管路略大的小球在穿過，并清潔管道后，將在凝汽器后端出口處被收球網(wǎng)100%捕捉，100%杜絕球體丟失及隱形危險(xiǎn)存在的可能，收球網(wǎng)上下兩路管道收球，可保持水流的平衡，可大可能的保證收球率，從而提高凝汽器膠球清洗裝置系統(tǒng)的清洗效果。針對(duì)循環(huán)冷卻水為海水，氯根含量較高的情況，所有收球網(wǎng)的網(wǎng)板材料選用316L不銹鋼。
     (2)、膠球發(fā)射和收集裝置采用集成站式安裝，包括膠球泵、膠球捕.獲器氣動(dòng)閥門和部分膠球管路。采用揚(yáng)程為20m的膠球泵，提高膠球發(fā)射能力，將膠球清洗管路由DN100改造為DN200，并內(nèi)部襯塑，防海水腐蝕。管路走向進(jìn)行優(yōu)化，減少彎頭數(shù)量，降低水阻。可提高一次發(fā)射膠球數(shù)量到3000個(gè)。設(shè)計(jì)膠球收集器，捕捉后的小球?qū)⒈蝗�部送回收集器�?nèi)，在這里球體表面殘留的清洗下來的極少量污垢被洗去并排走。此時(shí)干凈的小球.被留在收集器內(nèi)，等待下一次注射和清洗。收集器是膠球發(fā)射的起點(diǎn)和回收的終點(diǎn)，膠球不通過膠球泵，膠球泵葉輪對(duì)膠球沒有磨損，從而提高清洗效果。

     (3)運(yùn)行方式的改變，全自動(dòng)在線膠球清洗裝置，通過邏輯程序可實(shí)現(xiàn)一年四季每天24小時(shí)不間斷對(duì)凝汽器投球清洗。大大提高膠球清洗系統(tǒng)的投入率。

圖7為膠球清洗裝置系統(tǒng)改造后總裝圖

     4改造后效果對(duì)比按照以上方案對(duì)凝汽器膠球清洗裝置系統(tǒng)進(jìn)行了改造，運(yùn)行兩個(gè)多月后，對(duì)收球率進(jìn)行了統(tǒng)計(jì):

     備注:
     1、試驗(yàn)前一天先將收球網(wǎng)板打開，排除系統(tǒng)內(nèi)積球;

     2、連續(xù)試驗(yàn)時(shí)間3天，試驗(yàn)期間收球網(wǎng)板不再打開;

     3、收球率的計(jì)算按1小時(shí)后的收球率，24小后的收球率分別統(tǒng)計(jì)1小時(shí)后的收球率ε1=(1小時(shí)后的收球數(shù)+600)%;24小時(shí)后的收球率ε24=((1小時(shí)后的收球數(shù)+24小時(shí)后的收球數(shù))+600)%;由表可得，總的收球率是98.8%，旋擺自鎖式收球網(wǎng)在收球方面能夠達(dá)到優(yōu)秀的標(biāo)準(zhǔn);但是投球后一天的收球率都不高。膠球在凝汽器管道里面滯留的時(shí)間比較長(zhǎng)，說明管道布置和凝汽器水室還存在渦流現(xiàn)象使膠球積留在管道或凝汽器水室中。經(jīng)過這次對(duì)凝汽器膠球清洗裝置系統(tǒng)設(shè)備存在運(yùn)行效率低、收球率低的問題進(jìn)行全面的分析，提出了對(duì)膠球清洗裝置系統(tǒng)全面改造，更換為全自動(dòng)在線膠球清洗裝置，使機(jī)組系統(tǒng)在改造后凝汽器的真空度有明顯的好轉(zhuǎn)，達(dá)到了預(yù)期的效果。結(jié)果表明密切跟蹤設(shè)備運(yùn)行狀況和深入分析設(shè)備缺陷，選擇合理的改造方案是取得本次改造成功的關(guān)鍵。下一步我們將在機(jī)組改造試驗(yàn)的基礎(chǔ).上對(duì)改造后的凝汽器膠球清洗裝置系統(tǒng)做進(jìn)一步的跟蹤分析，發(fā)現(xiàn)存在的問題，制定改進(jìn)對(duì)策，進(jìn)一步提高凝汽器膠球清洗裝置系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性，提高機(jī)組的熱效率以及設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性、安全性，降低發(fā)電成本。