張兵　楊剛　蓋志峰

摘要：蕪湖電廠 2號機(jī)（600MW） 的膠球清洗裝置采用TAPROGGE倒V型格柵式收球網(wǎng)，內(nèi)置導(dǎo)流板等先進(jìn)技術(shù)，經(jīng)試驗(yàn)測試投球率維持在為 95%以上 。機(jī)組運(yùn)行后對比試驗(yàn)表明，凝汽器平均端差降低2.2 ℃，機(jī)組煤耗降低1.023g/kWh，年節(jié)約燃煤成本143 萬元。

關(guān)鍵詞：膠球清洗裝置;收球率;凝汽器清潔度;端差;煤耗

Abstract： The condenser tube cleaning system of Unit 2 （600MW） in Wuhu Power Plant used the advanced technologies such as TAPROGGE inverted V-type ball collecting screens and special guide plate， and the ball catching rate test is maintained above 95%. The comparative test after operation shows that the average TTD of condenser is reduced about 2.2 C， the coal consumption of unit is reduced to 1.023 g/kWh， and the annual cost of coal combustion is saved up to 1.43 million yuan.

Key words： Condenser tube cleaning system; Condenser cleanliness factor; Terminal temperature difference; Coal consumption.

0、? 前 言

“十三五”期間，我國火電在節(jié)能減排方面制定了嚴(yán)苛的目標(biāo)，將成為我國電力行業(yè)節(jié)能減排的重要戰(zhàn)場。電力行業(yè)節(jié)能減排已成為發(fā)展的必然趨勢。

中電傳媒電力數(shù)據(jù)調(diào)查中心梳理發(fā)現(xiàn)到2020年現(xiàn)役燃煤發(fā)電機(jī)組改造后平均供電煤耗低于310克/千瓦時(shí)。[1]火電機(jī)組如何挖掘機(jī)組自身的發(fā)電潛力，降低單位煤耗，提高機(jī)組的運(yùn)行效率，已經(jīng)成為發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行的重要工作。

對于已經(jīng)投運(yùn)的機(jī)組，運(yùn)行中新蒸汽初參數(shù)變化量較小，而排汽壓力受凝汽器入口水溫、循環(huán)水溫升、凝汽器端差變化影響較大，對機(jī)組經(jīng)濟(jì)性影響大。熱力試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明： 凝汽器真空每降低1 kPa，機(jī)組汽耗率約升高1. 5% ～ 2. 5%，熱耗率約升高70kJ /（ kWh） ，煤耗率約升高3 ～ 3.29 g/（ kWh） ;凝汽器端差每升高10 ℃，供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率約升高1.5% ～ 2.5%。[2]

電廠凝汽器作為火電機(jī)組中最大的換熱器，其換熱效率對發(fā)電煤耗影響十分明顯。采用先進(jìn)、可靠的在線膠球清洗設(shè)備，是提高凝汽器熱效率的有效途徑。另外，膠球清洗系統(tǒng)能夠高效率運(yùn)行，不僅可給電廠帶來直接的經(jīng)濟(jì)效益，還能減少冷凝管的腐蝕，延長冷凝管的使用壽命，減少因冷凝管泄露而造成的機(jī)組運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

目前，國內(nèi)膠球清洗的使用現(xiàn)狀并不盡如人意。普遍存在設(shè)備質(zhì)量差，收球率低，甚至一些電廠長期無法使用該系統(tǒng)。因膠球清洗設(shè)備的原因，致使一部分專業(yè)人員對這項(xiàng)成熟的在線清洗技術(shù)失去了信心。膠球清洗設(shè)備的收球率是反映該系統(tǒng)使用效率的一個(gè)重要指標(biāo)，如果該系統(tǒng)無法正?？捎茫瑢?dǎo)致凝汽器的清潔度降低，凝汽器端差升高，凝汽器真空降低。另外凝汽器管道結(jié)垢還易導(dǎo)致點(diǎn)蝕等后果。較清潔的凝汽器可以使用15 年以上，未及時(shí)清理污垢的可能會在3 年之內(nèi)出現(xiàn)穿透的情況。[3]

2016 年 12 月，中電國際蕪湖電廠 2 號機(jī)組對原有的膠球清洗設(shè)備進(jìn)行了整體改造。 采用德國TAPROGGE最新的倒V型收球網(wǎng)，內(nèi)置導(dǎo)流板的設(shè)計(jì)。自投運(yùn)以來運(yùn)行穩(wěn)定，收球率一直保持在95%以上，節(jié)能效果明顯。結(jié)合該廠 2號機(jī)組膠球系統(tǒng)的改造實(shí)際，本文在分析現(xiàn)有膠球系統(tǒng)問題的基礎(chǔ)上提出了相應(yīng)的解決方案，以及對改造效果進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性評估。

1、 改造前的膠球系統(tǒng)的問題分析

蕪湖發(fā)電廠2號機(jī)組為660MW超超臨界國產(chǎn)燃煤發(fā)電機(jī)組，于2012年12月12日建成投產(chǎn)。循環(huán)冷卻水的水源采用長江水，為開式循環(huán)。凝汽器為雙背壓、雙殼體、表面式、單流程凝汽器，主要參數(shù)如下表。

該廠機(jī)組原有的膠球清洗系統(tǒng)為某國產(chǎn)設(shè)備，自2012年投產(chǎn)以來由于膠球收球網(wǎng)經(jīng)常關(guān)不到位導(dǎo)致膠球清洗裝置自動不能投運(yùn)，只能手動定期投運(yùn)。每天早班投運(yùn)，投球數(shù)量要控制在500個(gè)以內(nèi)，每次運(yùn)行2h，膠球收球率能維持在60%附近。如將膠球清洗裝置連續(xù)投運(yùn)24h以上，則膠球收球率會急劇下降，甚至接近于0。

經(jīng)過維護(hù)部門的反饋，其主要存在以下問題：

（1）收球網(wǎng)開關(guān)一段時(shí)間后，出現(xiàn)變形，雖經(jīng)多次修復(fù)但依然有一定的間隙，造成跑球、漏球。

（2）收球網(wǎng)板設(shè)計(jì)流場分布不合理，導(dǎo)致部分球膠聚集在收球口附近無法回收。雖然膠球泵流量較大，但仍無法穩(wěn)定有效回收膠球。

（3）配供的膠球質(zhì)量不穩(wěn)定，經(jīng)浸泡后膨脹變化不一，相當(dāng)一部分海綿球浸泡后發(fā)漲無法通過冷凝管。

2、 冷凝管污垢對凝汽器換熱效率的影響

膠球在線清洗系統(tǒng)的運(yùn)行目的是為了保持冷凝器管內(nèi)壁的清潔，從而達(dá)到保持冷凝器換熱系數(shù)和提高機(jī)組發(fā)電效率的目的。由于冷卻管的清潔度與冷凝器端差及機(jī)組效率有密切關(guān)系，因此，冷卻管的清潔系數(shù)應(yīng)作為膠球在線清洗系統(tǒng)的重要考核指標(biāo)之一。

冷卻管的清潔度在使用初期較高，但隨著使用時(shí)間的延長，清潔度逐漸下降。因此，保持冷卻管的清潔度是采用膠球清洗裝置的初衷。使用性能良好的膠球清洗裝置對于保持冷卻管的清潔度，進(jìn)而保持冷凝器的換熱效率有重要的影響，下圖SIEMENS公司對冷凝管結(jié)垢程度與效率之間關(guān)系的一個(gè)研究結(jié)論。

圖中一共四條曲線，下面兩條斜向右上方的曲線代表冷凝管積垢厚度（belagstarke）與污垢系數(shù)（fouling factor）、清潔系數(shù)（cleaning factor）之間的關(guān)系，其中最下面一條紅色曲線為生物積垢（mikroblologischer Belag）曲線，上面一條虛線為無機(jī)硬質(zhì)積垢（anorganischer Belag）曲線。 由這兩條曲線可以看出，污垢層越厚，污垢系數(shù)越大，清潔系數(shù)越小。舉例來說，當(dāng)生物積垢達(dá)0.15mm，或無機(jī)硬質(zhì)垢達(dá)1.2mm，凝汽器清潔系數(shù)僅為0.60左右。

圖中上部兩條斜向右下方的曲線代表污垢系數(shù)或凝汽器清清潔系數(shù)與機(jī)組發(fā)電效率損失的關(guān)系。其中最上面一條為740MW透平機(jī)組，下面一條為1300MW透平機(jī)組。由圖中所舉示例可以看出，當(dāng)清潔系數(shù)為0.60（也即當(dāng)生物積垢達(dá)0.15mm，或無機(jī)硬質(zhì)垢達(dá)1.2mm時(shí)），740MW機(jī)組發(fā)電功率下降0.9%;1300MW機(jī)組發(fā)電功率下降達(dá)1.6%。[4]

這是一個(gè)很讓人觸目驚心的結(jié)論。也正因如此，國外自五六十年代大力普及冷凝器在線清洗系統(tǒng)，并成為一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。下表由目前世界上最大的電站設(shè)備提供商ALSTOM公司所作的一項(xiàng)研究成果可能會更加直觀地反映上述問題：

國內(nèi)在這方面起步較晚，但最近十幾年來也逐漸注意到了這個(gè)問題。一些電廠通過實(shí)踐和理論計(jì)算得出有關(guān)凝汽器端差和汽機(jī)熱耗的關(guān)系，也可以理解為冷凝器換熱效率對機(jī)組效率的影響。凝汽器端差每升高10 ℃，供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率約升高1. 5% ～ 2. 5%[2]，按照機(jī)組煤耗310 g/kW.h計(jì)算，凝汽器端差減少1 ℃，供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率減少0.465g/kW.h～ 0.775g/kW.h，保守估計(jì)可按0.465g/kW.h作為依據(jù)。

3、 改造方案及技術(shù)特點(diǎn)

改造后的膠球清洗系統(tǒng)主要技術(shù)特點(diǎn)如下：

（1）、收球網(wǎng)采用倒V型結(jié)構(gòu)，降低水阻。收球網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)“度身定制”，收球網(wǎng)根據(jù)電廠提供的相關(guān)參數(shù)單獨(dú)設(shè)計(jì)，確保最終設(shè)計(jì)結(jié)果能與現(xiàn)場的實(shí)際工況相符。設(shè)計(jì)結(jié)果通過專門的水動力試驗(yàn)平臺檢驗(yàn);結(jié)合蕪湖電廠實(shí)際進(jìn)行了特殊的導(dǎo)流板設(shè)計(jì)，在收球管口附件形成擾流區(qū)，使膠球不會聚集在收球口。

（2）、專用膠球泵：采用的膠球泵為專門研究開發(fā)，并委托國外專業(yè)的廠家進(jìn)行生產(chǎn)。該膠球泵具有寬流道、低轉(zhuǎn)速的特點(diǎn)，從而確保膠球在運(yùn)行過程中不會因葉輪切割而破損。同時(shí)4KW的電機(jī)功率也確保系統(tǒng)在長時(shí)間持續(xù)運(yùn)行的過程中將能耗降到最低。

（3）、高質(zhì)量膠球：膠球清洗系統(tǒng)配備的膠球均為德國原裝進(jìn)口，該膠球氣孔分布均勻，能與循環(huán)水充分混合。吸足循環(huán)水后膠球的密度與循環(huán)水密度相近，在循環(huán)水中呈現(xiàn)懸浮狀態(tài)，從而確保凝汽器上、中、下部的冷凝管均能被有效清洗。與此同時(shí)，膠球在循環(huán)水中膨脹率控制在0.5mm以內(nèi)，當(dāng)系統(tǒng)長時(shí)間運(yùn)行時(shí)，膠球不會因膨脹而堵塞冷凝管。按照供貨廠家建議的投球數(shù)量（每根冷凝管每小時(shí)通過12個(gè)膠球），膠球運(yùn)行一年，對冷凝管造成的磨損低于0.7μm。

4、改造后效果評估

4.1改造效果

在改造新的膠球清洗系統(tǒng)后，以下為蕪湖電廠2016年12月份汽輪機(jī)實(shí)際經(jīng)濟(jì)運(yùn)行數(shù)據(jù)中凝汽器部分：

由表2可以直觀地比較出凝汽器端差在膠球清洗系統(tǒng)改造后的12月份平均為5.9℃，與去年同期相比降低了2.2℃。而這一點(diǎn)最明顯的是與沒有改造的1號機(jī)組對比平均端差相差也為2.2℃。

4.1節(jié)能評估

中電國際蕪湖發(fā)電廠進(jìn)行膠球清洗系統(tǒng)改造后，凝汽器清潔度得到了明顯提高，換熱端差降低2.2℃。機(jī)組運(yùn)行相同條件下節(jié)約燃煤，降低了污染排放。

根據(jù)端凝汽器端差與煤耗的對應(yīng)關(guān)系，可知改造后膠球清洗裝置后對于蕪湖發(fā)電廠600MW機(jī)組可降低發(fā)電煤耗約1.023g/kWh（按照機(jī)組煤耗310 g/kW.h，凝汽器端差減小1℃影響供電煤耗減少0.465g/kW.h）。按照單機(jī)的年發(fā)電量20億kWh，標(biāo)準(zhǔn)煤單價(jià)700元/噸計(jì)算，年節(jié)能收益：

年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤：20×108kWh×1.023 g/kWh×10-6=2046噸

年降低燃煤成本：2046t×700元/t×10-4=143.22萬元

年減排CO2約0.536萬噸、SO2約0.0017萬噸、氮氧化物約0.0015萬噸。

5、結(jié)論

（1）、蕪湖電廠采用德國TAPROGGE最新的倒V型收球網(wǎng)，內(nèi)置導(dǎo)流板的設(shè)計(jì)進(jìn)行膠球清洗改造后，設(shè)備可用率得到了保證。膠球清洗系統(tǒng)收球率保持在95%以上。

（2）、凝汽器換熱效率得到提升，機(jī)組節(jié)能減排效果明顯。凝汽器經(jīng)過比較，換熱端差降低2.2℃，機(jī)組煤耗降低1.023g/kWh。年節(jié)約燃煤成本143萬元，投資回收期小于兩年。

參考文獻(xiàn)：

[1].我國“十三五”電力行業(yè)節(jié)能減排展望[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2016，42（07）：177

[2]張貴安. 影響凝汽器傳熱端差的因素及對應(yīng)措施[J]. 能源與環(huán)境， 2004（ 1） ： 29 - 31.

[3]趙斌，吳斌. 凝汽器防垢除垢技術(shù)在火力發(fā)電廠中的應(yīng)用[J]. 節(jié)能技術(shù)， 2005， 23（ 4） ： 375 - 377.

[4]NOSETANI， T.， ONDA， K.， ET AL.："Biofouling Control of Titanium Condenser Tubes by New-type Abrasive Sponge Balls" .Thermal and Nuclear Power Generating Magazine， Vol. 40， 1989， No. 2， KF 1907， English.