袁洪利，蔡高翔，姬鄂豫

（1.華潤電力（常熟）有限公司，江蘇常熟215536；2.南陽理工學(xué)院，河南南陽473004）

WSD在線清洗裝置在某600 MW超臨界機組的應(yīng)用

袁洪利1，蔡高翔1，姬鄂豫2

（1.華潤電力（常熟）有限公司，江蘇常熟215536；2.南陽理工學(xué)院，河南南陽473004）

針對某600 MW機組凝汽器凝汽器真空偏低問題，在分析原因的基礎(chǔ)上介紹了WSD在線清洗技術(shù)在該機組的應(yīng)用，利用應(yīng)用前后的運行數(shù)據(jù)分析了該技術(shù)的有效性，并估算了單臺機組采用該技術(shù)后全年的經(jīng)濟性。對類似發(fā)電機組提高凝汽器的清潔系數(shù)有一定參考作用。

凝汽器；在線清洗裝置；應(yīng)用；節(jié)能

凝汽器是汽輪機關(guān)鍵的冷端設(shè)備，由于冷卻水未經(jīng)處理，運行中換熱管會因為熱交換而產(chǎn)生泥垢現(xiàn)象。尤其是開式冷卻機組，由于使用江、河、海水作冷卻水，水中含有泥沙、生物貝類和工業(yè)生活垃圾漂浮物，凝汽器運行環(huán)境更加復(fù)雜，泥垢沉積和管口堵塞等問題更加嚴(yán)重，如不及時清洗，會導(dǎo)致凝汽器真空降低，機組熱耗增加。結(jié)垢還會造成冷凝管發(fā)生電化學(xué)腐蝕和穿孔泄漏，嚴(yán)重時導(dǎo)致氣水品質(zhì)下降引發(fā)鍋爐爆管事故。針對某600 MW機組凝汽器凝汽器真空偏低問題，在分析原因的基礎(chǔ)上介紹了WSD（Water Spider）在線清洗技術(shù)在該機組的應(yīng)用。

1　設(shè)備概況

某電廠為東方汽輪機廠生產(chǎn)的3×600 MW超臨界機組，配有高低背壓凝汽器，循環(huán)水采用開式冷卻系統(tǒng)，凝汽器設(shè)計反沖洗清洗系統(tǒng)。凝汽器主要參數(shù)為：N-38000-1型雙殼體、單流程、雙背壓表面式；設(shè)計背壓4.9 kPa（a）（平均）；管束材質(zhì)：TP317L；設(shè)計管內(nèi)流速2.2 m/s；傳熱系數(shù)3311 W/（m2·℃）；平均端差4.78℃；管子總水阻71 kPa。循環(huán)泵安裝在長江岸邊水泵房內(nèi)，6臺立式循環(huán)泵并聯(lián)布置，出口管道裝有聯(lián)絡(luò)閥。

近年來，在真空嚴(yán)密性良好情況下，與同類機型先進指標(biāo)相比，3臺機組凝汽器均存在真空偏低（0.5～1.0 kPa）、凝汽器水阻偏大問題。電廠采用反沖洗系統(tǒng)定期進行反沖洗，開始時凝汽器水阻有所下降，真空有0.5 kPa左右的提升，端差也有所降低，但不久后又恢復(fù)原樣。

機組臨修中檢查發(fā)現(xiàn)，凝汽器高、低壓側(cè)管內(nèi)均存在比較致密的黏垢，厚度約0.20～0.50 mm，管內(nèi)泥垢必定會對冷卻水流動形成較大阻力。檢修中采用高壓水清洗可使機組真空提高1.0～2.0 kPa，但只能保持30 d左右，此后真空又逐漸降低，可見泥垢給機組經(jīng)濟性造成的影響是長期的。

2　泥垢對機組經(jīng)濟性影響分析

凝汽器的總體熱阻是由凝結(jié)熱阻、導(dǎo)熱熱阻、污垢熱阻和對流熱阻構(gòu)成。一般情況下，污垢熱阻所占比例最大，對流熱阻次之，二者之和通常占總熱阻70%以上。污垢熱阻越大，功率變化量也越大，汽輪機做功能力越低。冷凝管一旦結(jié)垢，就會對機組經(jīng)濟運行產(chǎn)生直接影響。所以，提高凝汽器傳熱效率的關(guān)鍵在于盡可能減小管內(nèi)對流熱阻，消除污垢熱阻，提高凝汽器的清潔度和傳熱系數(shù)。

凝汽器的傳熱系數(shù)與其結(jié)構(gòu)形式、材質(zhì)、清潔程度、冷卻水流速、進口水溫等有關(guān)［1］。美國傳熱學(xué)會表面式蒸汽凝汽器規(guī)程HEI—1995規(guī)定，凝汽器總體傳熱系數(shù)計算公式為：

式中：K為總體傳熱系數(shù)，w/（m2·℃）；K0為基本傳熱系數(shù)，該系數(shù)與凝汽器冷凝管的外徑及管中的水流速有關(guān)；βc為冷凝管清潔系數(shù)，直流冷卻水系統(tǒng)與清潔水取0.80～0.85，閉式冷卻水系統(tǒng)和化學(xué)處理水取0.75～0.80，新管取0.80～0.85，具有連續(xù)清洗的凝汽器取0.85；βt為冷卻水進口溫度修正系數(shù)；βm為凝汽器管材與管厚度的修正系數(shù)，為定值，可查表獲得。

從式（1）可以看出，K0，βm與凝汽器設(shè)計特性有關(guān)，為定值。因而總體傳熱系數(shù)K與冷凝管清潔系數(shù)、冷卻水進口溫度有直接的關(guān)系。傳熱系數(shù)對凝汽器端差的影響可以用以下公式表示［2］：

式中：δt為凝汽器端差，℃；ts為凝汽器的排汽溫度，℃；tw1、tw2分別為循環(huán)水進、出水溫度，℃；Δt為凝汽器的循環(huán)水溫升，℃；Ac為凝汽器總傳熱面積，m2；Dw為冷卻水流量，m3/h。Ac，Dw為定值，在相同運行工況下，凝汽器端差δt與循環(huán)水溫升Δt、傳熱系數(shù)K有直接關(guān)系，而端差又直接影響排汽溫度，進而影響汽機真空。隨著管壁內(nèi)污垢厚度的增加，冷卻管壁的導(dǎo)熱系數(shù)和平均傳熱系數(shù)急劇降低，當(dāng)污垢厚度達(dá)到0.5 mm時，管壁的導(dǎo)熱系數(shù)相對沒有污垢時降低了98%，而凝汽器的平均傳熱系數(shù)則降低85%［3］。

大型發(fā)電機組運行周期長，停運機會少，運行中又很難隔離凝汽器進行半邊清洗，冷凝管泥垢長期存在，對機組的熱效率影響也是長期的［3］。因此，探討運用先進實用的凝汽器在線清洗技術(shù)，對解決大型機組凝汽器結(jié)垢與垢下腐蝕泄漏問題具有更加現(xiàn)實的意義。

3　對策與分析

解決機組凝汽器積泥問題，國內(nèi)機組主要采用膠球清洗技術(shù)或反沖洗清洗技術(shù)，也有采用反沖洗與膠球清洗技術(shù)結(jié)合方式或其他方式。某電廠設(shè)計采用反沖洗系統(tǒng)，近幾年來，隨著江水泥沙比例的改變，凝汽器泥垢沉積問題比較突出，原有的反沖洗系統(tǒng)不能滿足機組經(jīng)濟運行的需要。電廠在調(diào)研了沿江同類型機組凝汽器運行情況和清洗方式基礎(chǔ)上，提出了凝汽器清洗系統(tǒng)改造方案。

3.1優(yōu)化反沖洗清洗技術(shù)

主要是改變反沖洗系統(tǒng)運行方式。運行中啟動雙泵高速運行，盡量增大沖洗水流速，縮短反沖洗周期或延長反沖洗時間，改每月1次為每周1次，反沖洗時間由4 h延長為8 h或更長，1 a多的實踐證明，可以有效地清除凝汽器內(nèi)部泥垢，每次清洗凝汽器真空可提高0.5 kPa左右。

優(yōu)點：充分利用原反沖洗系統(tǒng)，無需增加設(shè)備，節(jié)約成本。

缺點：一是由于設(shè)計工況凝汽器流速也只有2.2 m/s左右，反沖洗效果有限，而且持續(xù)時間較短。二是在反沖洗過程中發(fā)生多次系統(tǒng)電動蝶閥執(zhí)行機構(gòu)故障，影響系統(tǒng)的可靠性。三是反沖洗中需要降低機組負(fù)荷，啟動備用循環(huán)泵，增加廠用電消耗。

3.2增加膠球清洗裝置

在凝汽器附近增加2套膠球清洗裝置，定期采用膠球系統(tǒng)清除凝汽器換熱管泥垢。

優(yōu)點：屬于傳統(tǒng)的在線清洗技術(shù)，系統(tǒng)成熟可靠，操作簡單，運行比較穩(wěn)定。

缺點：一是改造工程量較大，占用場地較大，造價比較高。600 MW機組國產(chǎn)設(shè)備、材料和工程費用約需200萬元，采用進口或引進型裝置費用接近400萬元；二是收球率低。從沿江同類型機組采用膠球清洗系統(tǒng)的使用情況來看，大機組的膠球收球率普遍偏低，這與開式冷卻機組的循環(huán)水流速、凝汽器結(jié)構(gòu)和收球網(wǎng)嚴(yán)密性均有關(guān)系，尤其是單臺或低速循環(huán)泵運行時，流速更低，膠球更易堵塞管口，造成收球率偏低，而且堵塞膠球會形成新的水阻，加速泥垢沉積；三是系統(tǒng)運行成本較大，需要消耗膠球材料和廠用電，而且維護工作量較大。

3.3增加WSD凝汽器在線清洗裝置

凝汽器在線清洗裝置采用WSD仿生技術(shù)和智能機器人技術(shù)，借鑒精益生產(chǎn)管理模式，將精益生產(chǎn)理念應(yīng)用到電力清潔生產(chǎn)中，開辟了一種全新的凝汽器高效在線清洗工作模式。

該裝置主要部分位于凝汽器水室內(nèi)部，由伺服機構(gòu)、傳動機構(gòu)、導(dǎo)向機構(gòu)、清洗機構(gòu)等組成，外部配置供水機構(gòu)、控制機構(gòu)和輔助系統(tǒng)［4］。原理是：通過計算機控制伺服機構(gòu)，帶動傳動機構(gòu)和清洗機構(gòu)水平勻速或逐排（行）行走，導(dǎo)向機構(gòu)保持清洗機構(gòu)平穩(wěn)可控，供水機構(gòu)向清洗機構(gòu)提供高壓水，經(jīng)過噴嘴排噴出后進入換熱管，形成高速水流和紊流，沖走換熱管口堵塞物和內(nèi)壁的泥垢，運行中定期進行在線清洗，可保持凝汽器內(nèi)部長期清潔高效，且不會影響機組的正常運行。

裝置具有以下特點：

（1）穩(wěn)定可靠。高精度、高可靠性設(shè)計，專業(yè)化安裝維護，耐腐蝕耐擾動。

（2）清洗效率高。采用噴嘴組全方位清洗技術(shù)，比常規(guī)單管清洗速度提高上百倍，不存在漏洗問題。

（3）清洗效果好。智能化控制技術(shù)，實現(xiàn)噴嘴與冷凝管逐排（行）點對點沖洗，及時清除泥垢，保持凝汽器換熱管長期清潔。

（4）凝汽器數(shù)字化分析系統(tǒng)。冷凝管溫度流速全程檢測，實時判斷循環(huán)水流場分布，科學(xué)引導(dǎo)清洗。

（5）運行成本低。采用原水升壓沖洗，不存在膠球等材料消耗，運行中可一鍵啟動，運行和設(shè)備維護量比較方便。

經(jīng)過對使用效果調(diào)研，某電廠對1號機進行了凝汽器加裝WSD在線清洗裝置的改造，并在改造成功的基礎(chǔ)上，對其他2臺機凝汽器也進行了改造。

4　應(yīng)用效果分析

2013年5月在1號機組凝汽器上加裝了WSD-600-Ⅰ型在線清洗裝置，6月17日投運，8月25日通過驗收，并對改造前后3臺機組夏季工況進行縱向和橫向指標(biāo)對比，結(jié)果見表1。

從表中可以看出，1號機組改造前，3臺機組在相同運行工況下，真空相差較小。加裝凝汽器在線清洗裝置后的第一周，1號機真空優(yōu)勢達(dá)1.48 kPa，考慮到機組檢修高壓水清洗的因素，查詢40 d后和80 d后數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，凝汽器真空保持在1.2 kPa，相比未改造的2號和3號機組，平均真空提高1.2 kPa左右，并能長期保持，說明使用WSD在線清洗裝置對凝汽器具有良好的保持清潔作用。如按照在線清洗裝置年運行200次計算，耗電總量18萬kW·h。以1號機組年發(fā)電35億kW·h，凝汽器真空年平均提高0.6 kPa，發(fā)電煤耗降低約1.6 g/（kW·h）計算，則可節(jié)約標(biāo)煤5000余t，降低生產(chǎn)成本300余萬元，減少碳排放13 000余t，節(jié)能減排效益顯著。

表1　1號機凝汽器改造前后3臺機凝汽器性能指標(biāo)對比（夏季相同工況下，采自電廠CCS數(shù)據(jù)）

5　結(jié)束語

凝汽器WSD在線清洗技術(shù)匯聚了傳統(tǒng)的高壓水清洗技術(shù)、智能化控制技術(shù)和工業(yè)機器人技術(shù)，通過某電廠實踐和改造前后數(shù)據(jù)對比分析，證明該項技術(shù)和設(shè)備對解決開式冷卻機組凝汽器泥垢沉積、管口膠球等雜物堵塞等問題具有比較明顯的效果，對同條件同類型煤電機組深化節(jié)能降耗具有借鑒意義。

［1］RAJ K.Deviations in Predicted Condenser Performance for Power Plants Using HEI Correction faetors:A case study［J］.Journal of EngineeringforGasTurbinesandPower-transactionsoftheASME，2008，130（83）：0023-0032.

［2］石濤.600 MW機組冷端運行優(yōu)化研究［D］.杭州：浙江大學(xué)，2011.

［3］韋治，王新軍，徐梅.污垢對350 MW機組運行影響的試驗分析［J］.東方汽輪機，2010（1）：20-21.

［4］姬鄂豫，姚杰新，等.凝汽器換熱管在線清洗裝置：中國，201110364338.1［P］.2012-04-04.

Application of Condenser Online Cleaning Device in 600 MW Supercritical Unit

YUAN Hongli1，CAI Gaoxiang1，JI Eyu2
（1.Jiangsu Changshu China Power Resources Co.Ltd.，Changshu 215536，China；2.Nanyang Institute of Technology，Nanyang 473004，China）

For low vacuum phenomena of power plant turbine condenser conducted a detailed study，analyzes the open cooling unit condenser fouling characteristics and economic impact on the unit，though the WSD line cleaning robot technology application practices and operating data analysis and comparison to prove that the technology to solve the open cooling unit condenser fouling problems，improve the economic performance of the unit has a significant effect on the same conditions hereinafter set of application types have profound reference.

condenser；online cleaning device；application；energy saving

TM621.2

B

1009-0665（2015）01-0075-03

2014-07-24；

2014-09-15

袁洪利（1974），男，江蘇蘇州人，工程師，從事電站汽機的檢修與維護管理工作；

蔡高翔（1975），男，江蘇蘇州人，工程師，從事電站汽機的檢修與維護管理工作；

姬鄂豫（1965），女，河南新鄉(xiāng)人，教授，從事金屬腐蝕與防護教學(xué)和應(yīng)用技術(shù)研究。