凝汽器胶球清洗系统存在问题及有效措施改进说明 

       综述凝汽器胶球清洗系统存在的问题,提出了有效的改进措施,同时介绍了验证试验情况。
      从上个世纪80年代以来,凝汽器胶球清洗系统已在我国火力发电厂普遍存在。凝汽器是将汽轮机的排汽变为凝结水的换热设备。它是电站设备中汽轮机的大一个辅机。凝汽器的前、后水室和胶球清洗装置构成为凝汽器胶球清洗系统。胶球清洗装置由胶球泵、装球室、收球网和管道及其附件组成。该胶球清洗系统的功用是:用胶球清洗凝汽器冷却管内壁的污垢,以保证凝汽器有高的换热效率,使凝汽器保持汽轮机经济运行所必需的真空,从而保证整个热力系统的高效,提高机组的出力。胶球清洗装置已成为凝汽器不可缺少的辅助设备(图1)。
      根据国内外电厂运行经验统计得知,火电机组正确使用凝汽器胶球清洗系统可提高机组出力1%～3%。以2台300MW机组为例,按年平均运行60000h,平均负荷为75%额定功率,每度电0.2元计算,若有1%的出力提高,则1年增加收益为:2×300000×6000×75%×0.2×1%=540000元/年足见经济效益是可观的。
图1凝汽设备的主要系统
1.凝汽器2.抽气设备3.凝结水泵4.循环水泵5.胶球清洗装置
下面谨对凝汽器胶球清洗系统的几个主要问题略论之。
2收球率
      装球室内的胶球,由胶球泵输送,从凝汽器进水管加入,随循环水流动,在凝汽器前、后水室压差作用下,胶球流经冷却管,擦洗管子内壁,同时胶球前面形成喷射水流,清除泥沙、藻类和杂物等污垢,后经循环水排水管上的收球网收集,返回胶球泵入口。在清洗过程中,如此循环,胶球反复擦洗冷却管。一旦清洗周期结束,胶球被收集在装球室内。历来收球率作为衡量胶球清洗系统的重要性能指标,为电厂所认同。
      收球率高低定级尚无行业标准,根据电厂运行有关资料,结合国产设备当今的水平,建议划定为:优:>95%;良:=85%～95%;不合格:<85%。
      据有关报告资料可知,目前华东电网大机组上配备的胶球清洗装置收球率在90%以上的仅占25%(其中包括进口设备);平均收球率仅53%的占42%;完全不能使用的占33%。
      影响收球率的因素是多方面的,诸如胶球质量、各部件的选型及其内部关键零件的装配尺寸、输球管路及其附件设计是否合理、循环水的水质、循环水的参数、凝汽器水室的结构以及运行方式等。对湖北鄂州电厂、四川广安电厂和湖南湘潭电厂的投球运行情况进行综合分析、验证得出:胶球质量是影响收球率主要的因素。
3胶球
      胶球是清洗冷却管的直接作用物,它的优劣直接影响收球率和清洗效果,即胶球清洗装置的性能。胶球分为硬球和软球两种。前者已少见,而属于后者的海绵橡胶球是当今国内外电厂中使用为普遍的一种,国内已有多个制造这种球的厂家,但产品质量均未过关,究其原因是:不讲究质料配方;密度偏小;硬度不合适;易膨胀;制造工艺粗糙;同一批球的尺寸误差很大;品种单一,根本无法满足使用要求。
      鄂州电厂、广安电厂和湘潭电厂的2×300MW火电机组的凝汽器都是汽轮机厂设计制造的,且所使用的胶球清洗装置也都是国内同一家电力设备厂供的货,胶球也是山东淄博电力技工学校实习厂制造的海绵橡胶球,经抽检测量发现干态标称名义直径为<25的球,实测大为<23.1,胶球浸泡在水中3昼夜后,球仍然全部漂浮在水面上。可见这种球的吸水性很差,低于水的密度,这样的球不可能进入位于中下部的冷却管内,因此,绝大部分的管子得不到清洗。因球小,清洗的效果也不会好。使用这种质量的球,收球率之低就可想而知了。鄂州电厂投用这种球的高收球率为17%,广安电厂和湘潭电厂使用同样的胶球,收球率不到1%。就在上述3个电厂的相同条件下,投用德国造的海绵胶球,一次收球率分别达到99.5%、65%、88.25%。后来,广安电厂加长收球时间,收球率达到90%以上。事实说明,国产胶球确实还未能达到使用要求。
      海绵橡胶球的湿态直径应比冷却管的内孔直径大1～2mm,胶球浸水后胀大则直径难以控制,过小无清洗作用,过大则堵管。球的膨胀量要控制在0～0.5mm。胶球的密度应控制在一细小范围内(即密度为1.00~1.18g/cm3),使水深数米的不同水位高度均分布有球,使得密度较小的球能达到顶部的管子,密度较大的球则清洗中下部的管子。胶球的硬度也要作为一个参数指标加以重视。这就要求橡胶、海绵等的成份含量应有优化配方,并经实验确定。现有国产胶球的橡胶含量偏高,且胶球表面覆盖着一层橡胶薄膜,水难以浸入球内。总之,国产胶球应在以上几方面加以深入细致的研究和测试,以便制造出适合于不同水质、不同管材和不同工作参数的各种品种的合格胶球。
4设备
4.1收球网
      收球网是胶球清洗装置中回收胶球的关键部件,它应设计成能够确保不失球的同时,用较短的时间和小的水量将胶球送入出球管。国产设备几经改型,现在大功率机组 中用得多的是两块格栅网板成“∧”形设 计的SF型,即三代收球网。它比成“V”形设计的SL型收球网优越。运行时,两块 网板下端应与收球网筒体内壁贴紧,同时两 块网板上端接合缝距不得大于7mm,这两点 应作为设备制造厂家出厂前装配调试的保证项。鄂州电厂发现其2#机一台收球网的网 板接合缝距约有50mm,是胶球直径的近两 倍,该处成了失球的大“漏洞”(图2)。
图2SF型收球网
      网板的材料应选用抗腐蚀和抗磨蚀能力强的不锈钢,如用于江水、河水的材质宜选用1Cr18Ni9Ti。若采用铬不锈钢(1Cr13),则使用寿命难以达到30年。
      格栅距的大小和格栅迎水角度必须适应不同的水流、水速,设计中还应考虑共振因素。应避免采用焊接制作的格栅,因为它在水流长期冲刷下易变形腐蚀,而用手工固定的格栅有着很强的稳定性,不易变形腐蚀。
      收球网进出水侧应装设压力表计,显示出压差的大小,用来判断网板的洁净程度,及时进行反洗,确保整个设备的正常使用寿命。
      操纵格栅网板开、关的执行机构(不论电动还是手动)应灵活可靠,开关标志应正确无误(湘潭电厂该设备的操作标示牌上开、关旋向标反)。
4.2胶球泵
      胶球泵是输送胶球的用设备,应保证胶球通过泵后不受到损坏,因此不能用普通的化学泵替代。泵的扬程应适中,不宜过大,也不能太小,应与循环水的参数相匹配。
4.3输球管路及其附件
      输球管路设计中应尽量减少90°弯转,以减少胶球进行的路程和阻力。阀门的设置应合理可靠,尤其是装球室入口处应装有球阀或单向阀片,用其防止胶球泵停转时水倒流而失球。湘潭电厂1#机的胶球清洗装置取消了装球室进口前的球阀,成为胶球很难收回的原因之一。该厂2#机装球室底部的切换阀因关闭不严,造成胶球从装球室底部的放水管处排出而失球。
4.4凝汽器水室
      凝汽器前、后水室分别是胶球的集聚站和中转站。它们的结构设计应考虑尽量消除集球死区,除了水室设计成弧形的球、柱状腔体外,还可采取增设弧形导流板(弧形水室不必加导流板)和加装格栅等。
      鄂州电厂凝汽器除了胶球清洗装置外,还增加了3个电动蝶阀用来构成反冲洗装置,因而前水室采用了长方形结构,而左右两个后水室采用的尽管是弧形结构,但两个后水室各与<1600的两段连通管相贯接,在接口区形成了两个大的涡旋集球死区,大部分胶球集聚在相贯区管里。由提出增设格栅的改进方案,并多次向厂家设计工程师做此改进方案的说服工作,终被工厂采纳,并在现场付诸实施,结果消除了集球现象,现在鄂电两台机4套胶球清洗装置的收球率一直保持在95%以上(使用进口胶球)。
      广安电厂和湘潭电厂的凝汽器前、后水室都是弧形结构,水室内不存在大死区,故不需要增加导流板。
      值得一提的是,上述3电厂在使用国产胶球时收球率极低,并发生后水室严重集球,电厂认为是凝汽器本体设计存在问题,但分析认为,应是胶球质量问题,后经换用进口胶球试验,以上问题不复存在,从而为凝汽器正了名。
5运行
5.1运行方式
      国内电厂凝汽器胶球清洗系统运行方式历来采用间断运行(定期运行)。这种方式其实不合理,其出发点无非是为了节省一点厂用电和省下一笔胶球费用。国外机组多采用连续运行方式,经常不断地清洗冷却管,始终保持它的高清洁度。国内电厂还有一个通病,机组投运初期很长时间对胶球清洗系统不予重视,设备闲置不用,运行数月后发现凝汽器真空下降了,才想起投入胶球清洗装置,不象对抽气装置那样重视,其实这是个误区。正确做法是机组要投运时,随即就应投入胶球清洗装置,不要等到管板上管孔集上杂物,冷却管积垢严重才清洗,否则,胶球难以进入管内,或胶球堵管,使收球率很低。这与“不渴也要喝水”的医学道理相类似。
      另外,应经常反冲洗收球网的网板,以减少循环水的流动阻力,减轻振动,保证收球网安全运行。
      建议当采用间断运行方式时,应每个班投运一次,每次运行时间为30～50min。
5.2投球量
      每套胶球清洗系统使用的胶球数量一般为单程被清洗管子数的10%～20%。以300MW机组为例,单程冷却管数为5,600根左右,故一次装球量以600～1200个为宜。而有的电厂一次装球多达2,000个,实为不妥。