胶球清洗装置系统安装调试及问题改造完善措施

     胶球清洗装置系统安装调试及问题改造完善措施，胶球清洗系统能否正常运行对冷凝器的真空度及机组运行经济性影响很大。介绍了胶球清洗系统调试和完善的过程,通过理论分析和实际试验相结合的方法,取得了令人满意的效果。并次提出清洗强度这一概念,用定量数据来分析胶球清洗装置系统对机组经济性的影响。
     2台600MW机组凝汽器胶球清洗装置系统。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%。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%,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装置系统。我公司组成攻关小组,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)的循环,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,高时达95%,清洗效果大大提高,与以往胶球清洗装置系统不能正常投入运行相比,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。
1管道清洗装置系统所作的改进
     胶球清洗装置系统管道布置先应符合水动力学的原理,为了了解胶球清洗装置系统管道布置是否符合水动力学原理,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,从数据中分析出收球管的水流速较低,且存在两侧不平衡。为此进行了3项改造。
     (1)将原收球口<108改为<76,并与收球网管壁垂直。
     (2)将5只90°的弯头全部取消,代之以45°的弯头,并保证两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。目的在于消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,以利于胶球的流动和回收。后经现场流量实测,两边的流速完全对称。图1为循环水及胶球清洗装置系统示意图。
2调试情况和结果分析
(1)寻找胶球收球率下降拐点
     图2为循环水管道进出凝汽器的布置图。由图2可以看出,循环水出凝汽器即90°水平拐弯,接下来便是往下90°拐弯。循环水管道直径为<2440mm,大直径的水管在如此狭小空间连续2个90°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。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,以利于提高收球率。
图2循环水进出凝汽器的布置图
     通过实际调试发现,胶球回收挡板(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,回收挡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,收球率会突然发生下降,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:r+h1=p2+1gr其3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,两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2.1m/s时,折合静压为2.2kPa。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2.15kPa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,把收球网板前后压差2.15kPa值作为调试和运行的控制点。
(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P和装球数X之间的关系是:P≈X/80。如果装球数为640只,则清洗频率为8,即每h每根管子清洗8次。如果装球数为480只,则清洗频率为6,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,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投球数不能太多(多300只),所以清洗频率就很低。但通过增加清洗时间(根据Taprogge公司的新理念是胶球清洗装置应该24h连续投运)来增加清洗次数,同时增加胶球过盈量来提高清洗强度。根据初步观察,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3h,清洗强度是11.25>10,达到凝汽器清洗要求。
(3)胶球清洗装置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,图3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。
图3胶球直径与凝汽器循环水进出口差压关系
     根据此曲线,一般在循环水系统为1机1泵方式运行时,选用<25mm胶球,2机3泵方式运行时,选用<26mm或<27mm胶球,如果2机4泵方式运行时,选用<27mm胶球。
3胶球清洗装置系统的调试和完善带来的效果
(1)真空度提高
     循环水温在33℃,机组负荷在600MW时真空为-89.93kPa。而在相同工况时,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。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两端分别进行清洗,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。为此加大了清洗强度,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。3月底循环水系统运行方式为2机3泵,而2004年直到6月底循环水系统运行方式还是2机3泵,少开1台循环水泵,每天节电8万kW·h,且没有以前真空随机组运行时间的延长而恶化的现象。机组小修时对凝汽器进行检查,发现管壁很干净,露出金属本色。
     表1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1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。同时根据时间可以看到从5月下旬改用<27mm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。
表1清洗后的循环水温度与真空
机组负荷循环水温排汽压力修正到30℃水温时/MW/℃/kPa的排汽压力/kPa
59830.210.6110.56
61828.07.307.76
58931.47.837.47
(2)胶球清洗装置运行经济性分析
     根据近对机组运行工况分析计算,由于用<27mm胶球对凝汽器进行清洗,清洗效果明显,直到2004年6月30日,2台机组循环水系统仍然采用2机3泵的运行方式,单循环水泵每天可节电8万kW·h,循环水温在32℃时,真空比去年同期提高至少1.5kPa。根据排汽压力对机组出力的关系曲线,600MW机组效率比去年同期可提高1.5%左右。胶球清洗投入正常运行后,按2003年的发电量83亿kW·h,煤耗310g/(kW·h)计算,可以节煤3.86万t,标煤325元/t,可以产生经济效益1254.4万元。