凝汽器胶球清洗系统及改造方案

凝汽器胶球清洗系统改造

［摘要］介绍了黄埔电厂#5机组凝汽器投胶球清洗装置存在的问题，针对清洗装置中的收球可靠性差和收球效率低进行了原因分析,并提出了采用科学设计的收球网和可靠性高的二次滤网等先进设备的改造措施，及改造前后性能的对比分析，特别是对系统中的收球网、二次滤网和系统管路的具体情况进行了详细深刻的分析。

［关键词］凝汽器胶球清洗系统收球网可靠性

Abstract：In view of the problems existing in the rubber ball cleaning system of condenser for Huangpu power plant, the essay analyzes the reasons for the low reliability and low efficiency of the present equipment. Then it introduces methods to improve the equipment by adopting such advanced equipment as well designed Ball Collector and the Second Debris Filters with good reliability, together with their working theories, structural characteristics and advantages and disadvantages. Analyzing and comparing the performance before and after the retrofit. In particular, deep anatomy was conducted for the installation of such key components as secondary strainer, ball screen and system pipeline。Key words: Condenser Cleaning System Ball Collector Reliability

1 前言

在现代大型电站凝汽式汽轮机组的热力循环中，凝汽设备起着冷源的作用，其主要任务是将汽轮机排汽凝结成水并在汽轮机排汽口建立与维持一定的真空度。凝汽器内冷却水管的干净程度直接影响凝汽器的凝结效率。在机组运行过程中，凝汽器常用投胶球在线清洗来实现冷却管干净的目的，在停机状态下，则可以采用机械或化学方式清洗，使凝汽器冷却水管保持清洁。凝汽器结垢形成的热阻与清洗成周期性变化（如图1）。一般大型发电厂都安装凝汽器胶球清洗系统，在线清洗系统的结构和原理比较简单，但整套系统在运行中往往很难达到预期的效果。现在大型火力发电厂汽轮机凝汽器胶球清洗系统采用的收球网结构形式多种多样，在实际运行使用过程中，可靠性大多数都不理想。黄埔发电厂#5机是89年投产的上汽300MW 燃煤发电机机组，其汽轮机的凝汽器的收球网在98年更换过，刚投入使用时

图1 凝汽器结垢热阻周期性变化趋势图

收球率较高，但运行一段时间之后可靠性越来越差，经常收集不到胶球或收集胶

球的数量很少，造成凝汽器端差较大，每运行一段时间都要停机打开凝汽器人孔进行机械或化学方式清洗。这就造成主要两方面的损失：一方面凝汽器得不到理想的清洗效果，使得凝汽器的冷却效率降低，抬高了汽轮机的排气压力，降低汽轮机的效率、输出功率及运行的安全性；另一方面循环回收的胶球数量少或没有，使得胶球流失，造成经济损失。因此对收球网进行了改进，完善凝汽器清洗系统。

2 原在线胶球清洗系统概况

为了保持凝汽器铜管有较高的清洁系数，减轻铜管的结垢，提高传热效率，保证凝汽器真空度，原＃5机组凝汽器两侧的循环水进、出水管上各装设了一套胶球清洗系统。该系统是由装球室、胶球泵、收球网、管道及相关阀门组成的独立系统，（工作原理如图2所示）。

图2

该系统所配备主要设备型号、参数及运行状况：

（1）胶球泵型号：125SS-21；

（2）装球室型号：CZ-600；容量：φ29胶球可装600只；

（3）收球网型号：HQW-1800 收球网安装形式：立式；收球网胶球出球口管径φ108×4；

（4）胶球：中硬胶球直径：29mm0000

（5）涉及凝汽器的有关技术规范为：

每台凝汽器回路数： 2

冷却管管子直径×壁厚：φ30×1mm

冷却水出/入冷凝器管口直径：φ1820（mm）

冷却水的正常流量：36800 t/h

冷却水的正常流速： 2.0m/s

凝汽器冷却水进口管处的工作压力：0.05~0.075MPa

凝汽器冷却水出口管处的工作压力：-0.005~0.015MPa

受潮水影响，两种情况交替出现，退潮时会出现短时负压，虹吸负压为-5kPa。

循环水泵型号/数量：1600HLQ-16 流量：24300m3/h 扬程：14.5m

（6）一次滤网

型号：HWC-1800 ，一次滤网网孔直径：φ7mm 。

黄埔发电厂冷却水源为珠江河水，珠江为不规则半日混合潮河道，涨潮时有海水流入，每年12月至第二年3月为海水倒灌期，水中氯根含量最高时达

3000mg/L，每年5月至6月河水中含泥沙量最大，水浊度60，水中垃圾主要有

塑料袋和塑料纤维。胶球系统在投用的最初收球率为95%，胶球系统投运至今最高收球率为100%，使用一段时间以后收球率逐渐下降，回球率低，胶球清洗系统没有达到预期的目标，加上收球网经常损坏收不到胶球，缺陷要待停机才能处理，这段时间不能进行投胶球清洗，导致凝汽器真空度很低，严重影响了机组的安全经济运行。

3 原因分析

（1）收球网的结构问题：

胶球清洗系统清洗效果主要取决于收球网工作的可靠性，黄埔电厂#5机采用的收球网为目前国内普遍采用的“活动型栅格收球网” （如图3）。根据胶球系统状况分析，胶球清洗系统的主要问题也是收球网性能不稳定从而导致的胶球泄漏，达不到清洗效果。此种结构收球网收球率低的主要原因是：

a、结构设计和受力不合理，采用“V”或是“∧”字形网板结构的收球网，网板在一根轴处划分为上、下两段。收球时，一端边缘接触互为“靠山”，另一端是个自由端的悬臂梁，这个轴既是网板的承重轴又是带动网板旋转的传动轴，并与外面传动机构相连，转轴的旋转力矩难于保证栅格网板与筒体之间有足够的密合力。这个悬臂梁在流速1.7-2M/S的水流中，网板的实体面积在水流的作用力下，由于其刚性差，很容易产生弹性变形而弯曲，使下端椭圆形边缘与筒体内壁的间隙增大，造成逃球。另外一个原因是由于转动轴长期浸泡在水中,摩擦处的表面就会逐渐生锈,栅板转动的阻力相应地逐渐增大,电动推杆的动作只是在形式上把栅板推合了,实质上栅板和栅板之间或是栅板和外壳之间仍旧有胶球可穿过的缝隙,水流就会和胶球一起穿过此缝隙,把胶球带到回水管路当中,造成胶球丢失。这是目前诸多收球网网板出现的共性问题。当停机无水时，网板又恢复正常，间隙并无明显变化，这正是误认为收球网没有问题的原因。这也就是收球率不达标一个重要原因。

图3

b、收球网网板为穿片式，它是由许多钻了孔的不锈钢片和分隔间距的空距套管用长杆螺丝贯穿紧固组成。看似有一定强度的不锈钢片，因钻孔而大部分截面积被削弱，加之长螺丝杆与孔之间存在一定的间隙，就形成了许多容易使网板活动变形的“铰接点”，故而这种网板的强度和刚性均较差。

（2)、二次滤网过滤效果

黄埔电厂的冷却水源为珠江河水，水中垃圾很多，有塑料袋、塑料纤维和泥沙等，每次停机发现有大量垃圾进入凝汽器封住铜管，致使胶球不能穿过铜管进行清洗，清洗效果不好。因此必须改造二次滤网，要保证φ6cm～φ8cm以上的硬质杂物不要进入凝汽器内。

（3）、关于胶球泵扬程和管路阻力等问题

通常泵送胶球的扬程应比凝汽器循环水入口管的静压高出5m较为稳妥。#5机现有胶球泵的铭牌扬程标明是21m，这对用于江、河、湖、海的开式冷却水系统是绰绰有余的。其次管路尽量少用90度弯头减少沿程阻力。

（4）、凝汽器水室流场分布存在死角和涡旋，造成胶球在水室积球，收球不及时。

4 解决问题

针对以上问题的分析，提出的解决方案如下：

（1)、收球网改造

针对收球网上述问题，选用“旋摆自锁式收球网”(如图4)以提高收球率，从而提高凝汽器清洗系统的清洗效果。

图4

其结构特点及性能为：

a、旋摆自锁式收球网的可靠性功能原理设计要点是：应用新的旋摆原理、新材料、新结构，将活动型栅格收球网设计为平面四杆机构，组成全新的“旋摆自锁式收球网”。在双网板支撑轴的下部采用曲柄连杆机构推拉操纵网板，在收球工况时，执行机构带动网板旋摆一定角度，达到运行工况的极限位置，将筒体整个截面遮挡；在非运行工况时，执行机构带动网板旋摆回到与水流平行的极限位置，使水流对网板进行反冲洗及减少水阻，这个平面四杆机构能够起到支撑、定位、闭锁网板的作用，下段网板不再是悬臂梁，同时网板旋摆的两个极限位置正是死点位置，机构自锁而网板不动，从而实现了收球网的可靠性功能。因此不存在因水流冲力而产生的网板变形而逃球的问题。

b、网板的不锈钢片于下横行骨架条以嵌槽并用氩弧焊焊接组成一个整体，大大提高了网板的强度和刚性，经久耐用。同时栅格网板采用楔形焊接条，表面平整光滑，不卡球，不夹球，而楔形条的水阻系数为0.92；活动栅格型收球网的水阻系数为2.42，可见旋摆自锁式收球网的水阻系数比活动型收球网的减少

1.5倍。

c、针对循环冷却水有时候因珠江水海水倒灌循环水氯根含量较高的情况，所有收球网的网板材料选用316L不锈钢。

d、并对所有片、条、梁等零件的迎水面进行倒角或拉成圆弧角并打磨光滑，从而使整个收球网水阻小，不挂丝、毛、塑料袋等垃圾。

（2）、二次滤网改造：

改造性能良好的二次滤网，确保能够将塑料袋、塑料纤维等软质杂物过滤掉，这次#5机改造的电动二次滤网结构原理（如图5）：

型号： WND-1800-GHP5 安装形式：卧式

滤网网孔直径：φ7 mm ，排污方式：自动，网不转。

图5

这种类型的二次滤网结构特点是滤网固定不转动，而排污斗转动利用排污斗所对的滤网前后的压差将该处垃圾反冲进排污斗经排污管排出，克服了以前传统型式的二次滤网因转动的滤网与管壁之间的间隙大而漏入较多较大垃圾的问题，确保过滤效果。#5机组二次滤网改造后经投运一段时间测试，证明设计合理，效果良好，性能稳定，且水阻值小于300毫米水柱。

（3）、实际测量胶球泵的扬程等参数，能确保实际使用无问题，所以不进行改动。管路走向进行优化，减少弯头数量。

（4）、针对凝汽器进水室流场存在死角和涡旋造成积球问题，在凝汽器进水室的各个角落上焊上铁板，消除死角。

5 改造效果

按照以上方案对凝汽器清洗系统进行了改造，运行两个多月后，对收球率进行了统计：

表１试验记录

备注： 1、试验前一天先将收球网板打开，排除系统内积球；

2、连续试验时间3天，试验期间收球网板不再打开；

3、收球率的计算按1小时后的收球率，24小后的收球率分别统计；

1小时后的收球率ε1=（1小时后的收球数÷600）%；

24小时后的收球率ε24=〔（1小时后的收球数+24小时后的收球数）÷600〕%；

由表可得，总的收球率是98.8%，旋摆自锁式收球网在收球方面能够达到优秀的标准；但是投球后第一天的收球率都不高。胶球在凝汽器管道里面滞留的时间比较长，说明管道布置和凝汽器水室还存在涡流现象使胶球积留在管道或凝汽器水室中。

6 结束语

经过这次对凝汽器胶球清洗系统设备问题的分析和测试，采用科学合理的改造方案，使机组系统在改造后凝汽器的真空度有明显的好转，达到了预期的效果。结果表明密切跟踪设备运行状况和深入分析设备缺陷，研制合理可行的改造方案是取得本次改造成功的关键。我们将在该机组改造试验的基础上对机组的凝汽器清洗系统存在的问题做进一步研究，进一步提高凝汽器清洗系统的可靠性、稳定性，提高机组的热效率以及设备的经济性、安全性，降低发电成本。

７参考文献

[1] 冷凝器污垢清洗的智能测量与控制方法研究樊绍胜

[2] 凝汽器胶球清洗系统改造的技术分析与研究华东电力 2005年4月第四期

[3] 关于电厂凝汽器胶球清洗装置技术改造的探讨汽轮机技术 2006年12月

第六期

[4] 大型电站凝汽器张卓澄机械工业出版社