膠球清洗裝置系統安裝調試及問題改造完善措施

     膠球清洗裝置系統安裝調試及問題改造完善措施，膠球清洗系統能否正常運行對冷凝器的真空度及機組運行經濟性影響很大。介紹了膠球清洗系統調試和完善的過程,通過理論分析和實際試驗相結合的方法,取得了令人滿意的效果。并次提出清洗強度這一概念,用定量數據來分析膠球清洗裝置系統對機組經濟性的影響。
     2臺600MW機組凝汽器膠球清洗裝置系統。機組投運后,膠球清洗系統一直不能投入正常運行,收球率低于30%。據了解國內已投產機組上配備的膠球清洗系統,膠球收球率在90%以上的僅占25%,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裝置系統。我公司組成攻關小組,通過多次現場調試(掌握數據)、理論分析(提出方案)、改造完善(提供再次調試條件)的循環,2臺600MW機組配套的膠球清洗系統,其膠球平均收球率達到90%以上,高時達95%,清洗效果大大提高,與以往膠球清洗裝置系統不能正常投入運行相比,凝汽器的真空度明顯提高,夏天高溫季節機組運行的出力及經濟性有了明顯提高。
1管道清洗裝置系統所作的改進
     膠球清洗裝置系統管道布置先應符合水動力學的原理,為了了解膠球清洗裝置系統管道布置是否符合水動力學原理,用超聲波流量計測取了膠球清洗系統所有管道內的水流速,從數據中分析出收球管的水流速較低,且存在兩側不平衡。為此進行了3項改造。
     (1)將原收球口<108改為<76,并與收球網管壁垂直。
     (2)將5只90°的彎頭全部取消,代之以45°的彎頭,并保證兩側的管道彎頭數量對稱。
     (3)在收球網筒體上部循環水管彎頭處加裝導流板。目的在于消除收球網板上部的死區,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局部彎頭阻力,以利于膠球的流動和回收。后經現場流量實測,兩邊的流速完全對稱。圖1為循環水及膠球清洗裝置系統示意圖。
2調試情況和結果分析
(1)尋找膠球收球率下降拐點
     圖2為循環水管道進出凝汽器的布置圖。由圖2可以看出,循環水出凝汽器即90°水平拐彎,接下來便是往下90°拐彎。循環水管道直徑為<2440mm,大直徑的水管在如此狹小空間連續2個90°拐彎,膠球收球網就安裝在垂直管道間,水流極不穩定,容易產生水內渦,階躍渦,附加的導流板還會產生卡門渦。在實際運行和調試時如何消除這些渦流,使水流比較平穩地流過收球網,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,以利于提高收球率。
圖2循環水進出凝汽器的布置圖
     通過實際調試發現,膠球回收擋板(即收球網)兩側的壓差對膠球收球率的影響很大。雖然制造廠在收球網板的結構設計和加工時,已考慮了循環水流量、膠球規格和硬度、冷卻水管直徑、安裝位置、收球網高度等多種因素,但實際調試中,回收擋板兩側的壓差除了與循環水流量、膠球規格和硬度等有關外,更與系統中膠球數量直接相關。通過大量調試發現,隨著投入膠球數量的增加,膠球停留在收球網板上的時間延長,導致收球網兩側的壓差上升,壓差上升到一定值時,收球率會突然發生下降,后收球網壓差維持在相應的較高壓差。
     由于收球網壓差緩慢上升,何處是膠球收球率下降拐點就不易察覺,根據流體動力學伯努利方程:r+h1=p2+1gr其3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,兩點間的靜壓力與其流速的平方成反比,當收球網處的流速為2.1m/s時,折合靜壓為2.2kPa。經多次試驗發現,當裝球數增加到一定數量時,收球網壓差達到2.15kPa左右,膠球收球率發生突然下降。個中關系還有待進一步試驗觀察,但在實際運行中,把收球網板前后壓差2.15kPa值作為調試和運行的控制點。
(2)確定膠球清洗強度
     根據我廠循環水系統凝汽器的布置和膠球清洗系統的實際情況,進行綜合分析和計算。清洗頻率P和裝球數X之間的關系是:P≈X/80。如果裝球數為640只,則清洗頻率為8,即每h每根管子清洗8次。如果裝球數為480只,則清洗頻率為6,其余類推。
     清洗頻率可以通過裝球數量的變化來調整,而清洗次數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,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量來進行控制,由于WSA收球網板的結構決定了投球數不能太多(多300只),所以清洗頻率就很低。但通過增加清洗時間(根據Taprogge公司的新理念是膠球清洗裝置應該24h連續投運)來增加清洗次數,同時增加膠球過盈量來提高清洗強度。根據初步觀察,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:現投球數是300只,清洗頻率P≈300/80=3.75。膠球過盈量取1,清洗時間3h,清洗強度是11.25>10,達到凝汽器清洗要求。
(3)膠球清洗裝置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,圖3所附曲線為膠球直徑與凝汽器循環水進出口的差壓的關系。實際運行中,應根據循環水進出口的差壓也即循環水量來確定膠球直徑。
圖3膠球直徑與凝汽器循環水進出口差壓關系
     根據此曲線,一般在循環水系統為1機1泵方式運行時,選用<25mm膠球,2機3泵方式運行時,選用<26mm或<27mm膠球,如果2機4泵方式運行時,選用<27mm膠球。
3膠球清洗裝置系統的調試和完善帶來的效果
(1)真空度提高
     循環水溫在33℃,機組負荷在600MW時真空為-89.93kPa。而在相同工況時,真空為-91.50kPa,至少提高1.5kPa。而如果與臟凝汽器時的真空比,經過膠球清洗,真空甚至可以提高5.0kPa。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兩端分別進行清洗,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大的區域。
     由于膠球清洗裝置比機組晚投用,凝汽器換熱管已經產生了一些結垢。為此加大了清洗強度,使凝汽器換熱效果得到很大的改善,在循環水溫和機組負荷相同的情況下,真空比以前有了很大提高。3月底循環水系統運行方式為2機3泵,而2004年直到6月底循環水系統運行方式還是2機3泵,少開1臺循環水泵,每天節電8萬kW·h,且沒有以前真空隨機組運行時間的延長而惡化的現象。機組小修時對凝汽器進行檢查,發現管壁很干凈,露出金屬本色。
     表1為經過一段時間清洗后機組的循環水溫度與真空度的幾個典型工況。從表1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。同時根據時間可以看到從5月下旬改用<27mm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。
表1清洗后的循環水溫度與真空
機組負荷循環水溫排汽壓力修正到30℃水溫時/MW/℃/kPa的排汽壓力/kPa
59830.210.6110.56
61828.07.307.76
58931.47.837.47
(2)膠球清洗裝置運行經濟性分析
     根據近對機組運行工況分析計算,由于用<27mm膠球對凝汽器進行清洗,清洗效果明顯,直到2004年6月30日,2臺機組循環水系統仍然采用2機3泵的運行方式,單循環水泵每天可節電8萬kW·h,循環水溫在32℃時,真空比去年同期提高至少1.5kPa。根據排汽壓力對機組出力的關系曲線,600MW機組效率比去年同期可提高1.5%左右。膠球清洗投入正常運行后,按2003年的發電量83億kW·h,煤耗310g/(kW·h)計算,可以節煤3.86萬t,標煤325元/t,可以產生經濟效益1254.4萬元。