陳萬偉（重慶中節(jié)能三峰能源有限公司，重慶 長壽 401220）

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汽輪發(fā)電機組凝汽器實時在線清洗及強化換熱節(jié)能系統(tǒng)（RCCS）

陳萬偉（重慶中節(jié)能三峰能源有限公司，重慶 長壽 401220）

并免除人工及化學清洗費用，避免凝汽器垢下腐蝕，提高機組運行安全，減小端差，經(jīng)濟效益顯著。

節(jié)能；環(huán)保；防止結(jié)垢；降低凝汽器端差及提高真空度

1　前言

重慶中節(jié)能三峰能源有限公司在長壽新區(qū)，利用企業(yè)廢棄的熄焦顯熱、副產(chǎn)放散的煤氣建設 “重鋼長壽新區(qū)CCPPCDQ余熱回收利用工程”，工程主要內(nèi)容包括建設：四套燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站（以下簡稱CCPP電站，搬遷一臺已有南汽PG6581 50MW CCPP聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組，新建3臺杭汽M251S 50MW CCPP聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組）、二座干法熄焦發(fā)電站（簡稱CDQ電站，建3臺25MW汽輪發(fā)電機組）及一座額定蒸發(fā)量130t/h的燃氣鍋爐。CCPP4#、6#汽輪發(fā)電機組于2010年9月投產(chǎn)；CDQ1、2#汽輪發(fā)電機組于2010年11月投產(chǎn)；每臺凝汽器冷卻面積2000M2，冷卻水設計流量4000M2/t；CDQ循環(huán)水系統(tǒng)外部環(huán)境非常惡劣，每天有大量焦炭灰塵落入水系統(tǒng)，凝汽器不銹鋼管內(nèi)大量結(jié)垢，夏季室外溫度42℃；造成凝汽器端差較高（夏季6月份高達14℃，6月15日數(shù)據(jù)；平均大約11.4℃，3月13日數(shù)據(jù)）、真空度較低，機組效率下降。冷卻塔填料時有脫落，引起凝汽器換熱管堵塞及降低冷卻塔冷卻效率；將直接導致凝汽器真空惡化，嚴重影響機組的經(jīng)濟運行。

2　系統(tǒng)簡介

循環(huán)水泵、冷卻塔、風機和凝汽器共同組成了汽輪機的冷端系統(tǒng)。汽輪機冷端系統(tǒng)工作效率的高低直接影響到汽輪機真空的高低，也即直接影響機組的循環(huán)效率。尤其以凝汽器水側(cè)結(jié)垢或堵塞對冷端系統(tǒng)工作效率的影響最大及最為常見?；诹黧w動力、強化換熱，利用凝汽器實時在線清洗及強化換熱高性能系統(tǒng)裝置RCCS解決問題；RCCS（Real-time online condenser cleaning&enhance heat transfer system）是英文名稱的簡稱。

RCCS強化換熱、除垢、防垢的工作原理是：參考循環(huán)水泵設計流量、揚程放大系數(shù)作為基礎，利用循環(huán)水的流速驅(qū)動RCCS旋轉(zhuǎn)軸承，RCCS長期在凝汽器不銹鋼管內(nèi)不停地快速旋轉(zhuǎn)（600～1200r/min），同時改變凝汽器管道內(nèi)水的流速狀態(tài)，由層流變成紊流，破壞水垢形成。

3　阻垢形成和RCCS換熱數(shù)據(jù)測試

（1）凝汽器循環(huán)水側(cè)污垢的形成一般要經(jīng)歷五個階段：起始、運輸、附著、老化、剝蝕。凝汽器不銹鋼管水側(cè)污垢形成的五個階段中任何一個環(huán)節(jié)遭到破壞，不銹鋼管水側(cè)污垢就難以形成；只要在凝汽器不銹鋼管內(nèi)針對這五個階段采取合適措施，就能有效的防垢和除垢。

針對水側(cè)管壁的結(jié)垢機理，RCCS打斷或干擾了污垢形成的三個關(guān)鍵階段，第一階段在污垢的起始階段，RCCS通過強化凝汽器不銹鋼管內(nèi)循環(huán)水為擾流，增強水側(cè)和蒸汽換熱，降低了凝汽器不銹鋼管內(nèi)壁局部溫度，降低了以碳酸鹽為主的硬垢的析出；第二階段在污垢的附著階段，RCCS通過刮掃凝汽器不銹鋼管管壁、強化水狀態(tài)為擾流，防止了硬垢及軟垢的附著；第三階段在污垢的剝蝕階段，RCCS通過刮掃凝汽器不銹鋼管管壁和強化擾流，加快了附在不銹鋼管壁硬垢及軟垢的剝離。

（2）強化換熱

表1為RCCS強化換熱測試數(shù)據(jù)，測試管型號為φ25× 0.7mm，材質(zhì)為306不銹鋼管。從低流速到高流速、低雷諾數(shù)到高雷諾數(shù)下的強化換熱效率進行了測試。RCCS強化擾流作用非常明顯，能有效提高水側(cè)管壁的換熱系數(shù)。理論計算及試驗數(shù)據(jù)強烈支持支持了這一點。內(nèi)置RCCS的強化換熱測試數(shù)據(jù)：

表1

4　目前機組存在問題

4.14#汽輪機器端差全年運行趨勢（見圖1）

圖1

4.2對凝汽器清洗前后其端差值比較（如圖2）

圖2

4.32011年3月-12月的運行數(shù)據(jù)（如表2）

表2

由表2數(shù)據(jù)表明，端差平均值夏季最高達13.8℃，因此可以判斷，凝汽器不銹鋼管水側(cè)結(jié)垢造成換熱效果不佳，端差偏大。

4.4端差與凝汽器真空度關(guān)系

廠家提供額定工況平衡圖中指出電功率，凝汽器冷卻面積，凝汽器真空度、冷卻水量、冷卻水溫、排汽溫度、汽耗、熱耗、端差等相應關(guān)聯(lián)。查飽和蒸汽熱力性質(zhì)圖表及根據(jù)廠家提供冷卻水溫變化對功率的修正曲線，計算不同溫度區(qū)間時飽和溫度每上升1℃時，計算出相對應的飽和壓力增加值。尤其是在南方夏季，當排汽溫度＞45℃時，端差每升高1℃，排汽壓力將上升0.52～0.94kPa。

5　汽輪機組安裝RCCS后數(shù)據(jù)分析和對比

（1）汽器清洗前后運行數(shù)據(jù)對比（見表3）。

表3

（2）表4驗收實測數(shù)據(jù)時間2013年8月2日10點32分室外溫度37℃。

表4

（3）安裝 RCCS后，機組的凝汽器端差將下降 6.4℃（3月13日數(shù)據(jù)），在不增加冷卻循環(huán)水泵功率的情況下，考慮水溫升變化，排汽溫度至少下降6℃。以4#機組現(xiàn)有工況為例，2012年3月23日的排汽溫度為51.6℃，該排汽溫度近似為全年平均排汽溫度，此時機組的功率修正系數(shù)K0=0.93，安裝RCCS后，排汽溫度下降為45.6℃，此時機組的功率修正系數(shù)K1=0.963功率修正系數(shù)差值△K=K1-K0=0.963-0.93=3.3%，即安裝RCCS后，機組的發(fā)電量會提高3.3%以上。

6　實際應用中面臨的問題及改進方法

（1）CDQ一期外部環(huán)境惡劣、大量焦碳粉塵進入循環(huán)水系統(tǒng)、造成水質(zhì)非常惡劣，每年清洗水池粉塵 15t左右，嚴重影響凝汽器換熱，對凝汽器不銹鋼管焊接位置腐蝕嚴重，造成大面積泄漏。

（2）電廠施工的特殊性，施工工期短；設備安裝空間狹小。

（3）涼水塔運行時間長，填料老化，設計過程中未考慮填料損壞防護網(wǎng)，填料卡RCCS設備軸承，長時間運行，造成設備損壞。

改進方法：

（1）為了防止冬季冷卻塔碎料等雜物進入凝汽器，在塔底循環(huán)水進口端前加裝弧形的濾網(wǎng)帶，成本低廉，經(jīng)濟適用。

（2）要求RCCS項目施工前進行詳細的現(xiàn)場勘查，制定周密的施工組織計劃。

7　結(jié)束語

凝汽器傳統(tǒng)的物理或化學清洗方式比較，RCCS以其實時在線及強化換熱的性能而優(yōu)勢明顯。機組采用RCCS技術(shù)后，將能實現(xiàn)顯著的經(jīng)濟效益。其經(jīng)濟性體現(xiàn)在幾方面：①減小端差，提高凝汽器真空，大幅提高機組效率；②減少凝汽器每年清洗費用；③提高機組安全性；④避免化學清洗或機械清洗造成的的損傷及腐蝕。

陳萬偉（1979-），男，工程師，從事技術(shù)設備管理工作。

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2095-2066（2016）09-0236-02

2016-3-8