胶球清洗系统的调试和完善

全国火电大机组（600MW级）竞赛第9届年会论文集 节能PAGEPAGE412胶球清洗系统的调试和完善1概述我公司2台600MW机组凝汽器胶球清洗系统是美国WSA工程系统公司产品，从机组投运后，胶球清洗系统一直不能投入正常运行，收球率低于30%。衡量胶球清洗系统质量好坏的指标就是胶球收球率。据了解国内已投产机组上配备的胶球清洗系统，胶球收球率在90%以上的仅占25%，胶球收球率53%以上的占42%，完全不能投入使用的占33%，其中包括国外进口的胶球清洗系统。我公司2台机组的胶球清洗系统在总经理的直接参与下，组成功关小组，通过多次：现场调试（掌握数据）→理论分析（提出方案）→改造完善（提供再次调试条件）这样的循环，目前我公司2台600MW机组配套的胶球清洗系统，其胶球平均收球率达到90%以上，最高时达95%，清洗效果大大提高，与以往胶球清洗系统不能正常投入运行前相比，凝汽器的真空度明显提高，夏天高温季节机组运行的出力及经济性有了明显提高。2主要系统设备介绍2.1凝汽器的设计参数和性能指标凝汽器总冷却面积34000m2额定工况凝汽器冷却水流量72000t/h额定工况凝汽器冷却水温度20℃额定工况凝汽器压力4.9kPa额定工况凝汽器端差3.56℃额定工况凝汽器水阻62kPa额定工况凝汽器温升9℃额定工况凝汽器过冷度0.36℃凝汽器循环水规格ф2440*14凝汽器钛管内平均流速2.19米/秒总循环水量20m3/s单根循环水管循环水量10m3/s循环水最大循环水压0.32mPa凝汽器管材机1为钛管机2为TP304凝汽器冷却水管材直径和数量ф25*0.538176根ф25*0.75736根2.2凝汽器胶球清洗系统每台凝汽器管道清洗系统数量2胶球直径ф26收球网规格ф2440mm(98吋)收球网压降(干净)250mm水柱0.0025mPa收球网压降(脏)750mm水柱0.0075mPa胶球再循环泵流量15升/秒54吨/时胶球再循环泵转速1450rpm胶球再循环泵功率11.2kW胶球再循环泵效率42%管道清洗系统连接管道规格ф76收球室容积2吋3收球网容积1吋3胶球全行程时间30秒3管道清洗系统所作的改进胶球清洗系统管道布置首先应符合水动力学的原理，为了了解我们胶球清洗系统管道布置是否符合水动力学原理，我们用超声波流量计测取了胶球清洗系统所有管道内的水流速，从数据中我们分析出收球管的水流速较低，且存在两侧的不平衡。为此我们做了三个改造：1）将原收球口￠108改为￠76，并与收球网管壁垂直；2）将5只90度的弯头全部取消，代之以45度的弯头，并保证二侧的管道弯头数量对称；3）在收球网筒体上部循环水管弯头处加装导流板。目的在于削除收球网板上部的死区，使胶球所受力的大小和方向，尤其是方向得到改善，同时减小整个胶球清洗系统局部弯头阻力，以有利于胶球的流动和回收。后经现场流量实测，二边的流速完全对称。图一循环水及胶球清洗系统示意图4调试情况和结果分析4.1寻找胶球收球率下降拐点图二为循环水管道进出凝汽器的布置图,图中可以看出，循环水出凝汽器即90º水平拐弯,接下来便是往下90º拐弯,循环水管道直径为φ2440,大直径的水管在如此狭小空间连续2个90º拐弯,胶球收球网就安装在垂直管道间,水流极不稳定,容易产生水内涡,阶跃涡,附加的导流板还会产生卡门涡[1],在实际运行和调试时如何消除这些涡流,使水流比较平稳地流过收球网,是提高收球率的关键。另外胶球在水流中所具有的动能,与水流速度的平方成正比,而管道中的局部阻力也与水流速度的平方成正比,因此加装的导流板既要减少涡流的强度，同时在加装的导流板处的局部阻力要小。以有利于提高收球率。图二循环水进出凝汽器的布置图通过实际调试我们发现，胶球回收档板（即收球网）两侧的压差对胶球收球率的影响很大。虽然制造厂在收球网板的结构设计和加工时，已考虑了循环水流量、胶球规格和硬度、冷却水管直径、安装位置、收球网高度等多种因素。但实际调试中，回收档板两侧的压差除了与循环水流量、胶球规格和硬度等有关外，更与系统中胶球数量直接相关。通过大量调试发现，随着投入胶球数量的增加，胶球停留在收球网板上的时间延长，导致收球网两侧的压差上升，压差上升到一定值时，收球率会发生突然下降，最后收球网压差维持在相应的较高压差。由于收球网压差缓慢上升，何处是胶球收球率下降拐点就不易察觉，根据流体动力学伯努利方程：其三项分别为压能、动能和位能。由于流体为同一种流体，比重的因素可以忽略，高度一致，二点间的静压力与其流速的平方成反比，当收球网处的流速为2.1米/秒时,折合静压为225mmh2o。经多次试验发现，当装球数增加到一定数量时,收球网压差达到220mmh2o左右，胶球收球率发生突然下降。个中关系还有待进一步试验观察，但在实际运行中，我们把收球网板前后压差220mmh2o值作为调试和运行的控制点。4.2确定胶球清洗强度根据我厂循环水系统、凝汽器的布置和胶球清洗系统的实际情况，进行综合分析和计算，清洗频率和装球数之间的关系是：P≈X/80其中P为清洗频率，单位是每小时每根管子清洗次数。X为装球数，单位是只。如果装球数为640只，则清洗频率为8，即每小时每根管子清洗8次。如果装球数为480只，则清洗频率为6，即每小时每根管子清洗6次。其余类推。清洗频率可以通过装球数量的变化来调整，而清洗次数可以通过时间的变化而增减。为了保证凝汽器的清洗效果，防止清洗过度或清洗不足，尤其要防止清洗不足，我们采用“清洗强度”这一指标来进行定量分析，即清洗频率、清洗时间和胶球直径对管道内径的过盈量这三者的乘积作为凝汽器的“清洗强度”。清洗频率可以通过所加胶球数量来进行控制，由于WSA收球网板的结构决定了我们的投球数不能太多（最多300只），所以我们的清洗频率就很低。但我们通过增加清洗时间（根据Taprogge公司的最新理念是胶球清洗装置应该24小时连续投运）来增加清洗次数，同时增加胶球过盈量来提高我的清洗强度。[根据我们初步观察，清洗强度为10时可以维持凝汽器正常的清洁度，而要提高凝汽器的清洁度，清洗强度要大于10。]例如：现投球数是300只，清洗频率P=300/80≈3.75，胶球过盈量取1，清洗时间3小时。清洗强度是11.25＞10达到凝汽器清洗要求。4.3选用合适尺寸的胶球由于清洗强度与胶球直径有很大关系,所附曲线为胶球直径与凝汽器循环水进出口的差压的关系。实际运行中，应根据循环水进出口的差压也即循环水量来确定胶球直径。根据此曲线,我们一般在循环水系统为一机一泵方式运行时,选用ф25mm胶球,二机三泵方式运行时,选用ф26mm或ф27mm胶球,如果二机四泵方式运行时,那就选用ф27mm胶球。根据我们对胶球清洗效果的长期观察，当选用ф25mm胶球进行清洗时，凝汽器循环水进出口的水阻（差压）开始下降，凝汽器端差也开始下降，但下降到一定的数值时，水阻和端差变动不大，当改用ф26mm胶球进行清洗时，凝汽器循环水进出口的水阻（差压）又开始下降，凝汽器端差也开始下降，但下降到一定的数值后，水阻和端差又开始不动，当进一步选用ф27mm胶球进行清洗时，清洗效果达到最佳,其端差达到二台机组投产后的最小值，真空明显上升，甚至比人工清洗后干净的凝汽器效果还好。图三胶球直径与凝汽器循环水进出口差压关系图三胶球直径与凝汽器循环水进出口差压关系5胶球清洗系统的调试和完善带来的效果5.1真空度提高与去年运行记录对比：去年循环水温在33℃时，机组负荷在600MW时，真空为-89.93kPa。而今年在相同工况时,真空为-91.50kPa，至少提高1.5kPa。而如果与脏凝汽器时的真空比，经过胶球清洗，真空甚至可以提高5.0kPa。我们观察人工用高压水枪清洗的情况，由于水枪可以从凝汽器换热管的二端分别进行清洗，换热管中部清洗效果较差，而用胶球进行清洗，整根水管从前到后效果一致，而换热管中部则是凝汽器换热量最大的区域。由于胶球清洗装置比机组晚投用，凝汽器换热管已经产生了一些结垢现象。为此我们加大了清洗强度，使凝汽器换热效果得到很大的改善，在循环水温和机组负荷相同的情况下，真空比以前有了很大提高，去年在三月底循环水系统运行方式为二机三泵，而今年直到六月底循环水系统运行方式还是二机三泵，少开一台循环水泵每天节电8万度电,且没有以前真空随机组运行时间的延长而恶化的现象。机组小修时我们对凝汽器进行检查，发现管壁很干净不脏手，露出金属本色。下表为经过一段时间清洗后机组的循环水温度与真空度的几个典型工况，从表中可以看出，机组的真空度大为改善。几个工况中，负荷基本一致，所以在比较时不作修正。同时根据时间我们可以看到从五月下旬我们改用ф27mm胶球进行清洗,效果得到明显的改进,其后排汽压力维持在很好的水平以迎峰度夏。时间机组负荷循环水温排汽压力修正到30℃水温时的排汽压力2004．5．28598MW30.2℃10.61kPa10.56kPa2004．6．4618MW28.0℃7.30kPa7.76kPa2004．7．9589MW31.4℃7.83kPa7.47kPa5.2运行经济性分析根据最近对机组运行工况分析计算，由于我们用￠27mm胶球对凝汽器进行清洗,