凝汽器在线清洗装置在600MW机组的应用

高等问题。该装置还可与临时加药罐结合进行凝汽器化学清洗，减少临时系统布设和费用， 节约清洗费用。 （6）改造工期较短、占用场地少。WSD 凝汽器在线清洗装置是结合凝汽器内、外部空间 进行安装，不需对凝汽器作大的结构变动，设备占用场地小，改造工期较短。
3 泥垢对机组经济性影响分析
凝汽器的总体热阻是由凝结热阻、导热热阻、污垢热阻和对流热阻构成。一般情况下， 污垢热阻所占比重最大， 对流热阻次之， 二者之和通常占到总热阻的 70%以上。 污垢热阻增加， 功率的变化量也在增加，污垢热阻越大，功率的变化量也越大，汽轮机做功能力越低[1]。而 通过优化设计和材料选型，凝结热阻和管壁导热热阻可以降到很小程度。因此，冷凝管结垢
463 94.41 95.02 26.7/26.5 37.4/36.6 31.8 10.4 41.8 38.2 4.8 6.4 60
469 93.93 95.11 26.5/26 36.5/35.2 31.1 9.6 40.9 37.4 5.1 6.3 80
488 93.75 95.14 26.9/27.2 36.3/37.1 31.9 9.65 41.8 37.8 5.1 5.9 51 推算值
δt —凝汽器端差（℃） ；ts—凝汽器的排汽温度（℃） ；tw1、 tw2—循环水进、出水温 度（℃） ；△t—凝汽器的循环水温升（℃） ；Ac—凝汽器总传热面积（m2） ；Dw—冷却水流量 （m3/h） 在相同运行工况下，Ac、Dw 为定值，凝汽器端差 δt 与循环水温升△t、传热系数 K 有直 接关系，而凝汽器端差又直接影响到排汽温度，进而影响到汽轮机真空。污垢厚度与总传热 系数、清洁系数关系参见表 2。 表2：污垢厚度对发电机组的影响（以300MW机组为例）
冷凝管内污垢厚度/mm 真空度/% 对机组煤耗影响/g/kwh 影响汽轮机出力幅度/% 0.00 93 0 0 0.10 92.2 2.5 -1.6 0.20 90.8 6.82 -3.0 0.30 90.1 8.99 -4.2 0.40 88.8 13.02 -5.9 0.45 87.9 15.81 -6.8 0.50 86.9 18.91 -7.8 0.55 86 21.7 -8.7
图 1 HP 凝汽器内部泥垢与生物粘泥沉积
图 2 LP 凝汽器内部泥砂与生物粘泥沉积
数据显示：凝汽器脏污与水质泥沙含量较大、循环水流速偏低有关。现有的反冲洗系统 压力和流速较低，不能有效解决水阻大和管内泥沙沉积问题，而检修中使用高压水清洗只能 使机组真空保持 30 天左右的优势。由此看来，泥垢的存积给机组经济性的影响是长期的。
大型汽轮发电机组运行周期长，停运机会少，运行中又很难隔离凝汽器进行半边清洗， 冷凝管泥垢是长期存在的，对机组的热效率影响也是长期的[4]。因此，探讨运用先进实用的 凝汽器在线清洗技术， 对解决大型机组凝汽器结垢与垢下腐蚀泄漏问题具有更加现实的意义。
4 解决对策研究与分析
3.1 对策研究 解决机组凝汽器积泥问题，目前国内机组主要采用胶球清洗技术或反冲洗清洗技术，也 有采用反冲洗与胶球清洗技术结合方式或其它方式。几年来，针对凝汽器运行存在的问题， 作了多方面调查研究工作，总结出以下可行方案： 3.1.1 优化反冲洗清洗技术 运行中启动双泵高速运行，尽量增大冲洗水流速，缩短反冲洗周期或延长反冲洗时间， 改每月一次为每周一次，更加有效地清除凝汽器内部泥垢。 优点：利用原反冲洗系统，无需增加设备，节约成本。 缺点：1）由于设计工况双循环泵运行凝汽器流速也只有 2.2m/s 左右，反冲洗效果有限， 不能较好地解决泥垢沉积问题。 2）在以往的反冲洗过程中发生多次系统电动蝶阀执行机构故障，影响系统的可靠性。 3.1.2 增加胶球清洗装置 在凝汽器附近增加两套胶球清洗装置（含二次滤网） ，定期采用胶球系统清除凝汽器换热 管泥垢。 优点：属于传统的在线清洗技术，系统操作简单，运行比较稳定。 缺点：1)改造量较大，设备占用场地大，工程造价比较高。600MW 机组国产设备、材料和 工程费用约需 200 万元，采用进口或引进型装置费用接近 400 万元。 2）胶球系统受影响因素较多，清洗效果有限。由于胶球收球率与循环水水质、流速、凝 汽器结构和收球网严密性有关，尤其是我公司循环水系统为大流量、低流速的运行方式，胶 球极易堵塞管口，造成收球率偏低，影响换热效果。 3)运行成本较大。由于系统比较复杂，影响因素较多，造成系统可靠性降低，维护工作 量较大，此外，运行中消耗胶球材料和厂用电。 3.1.3 增加凝汽器在线清洗装置 凝汽器在线清洗技术采用了水蜘蛛（Water Spider）仿生机器人技术（简称 WSD） ，将精 益生产方式应用到电力清洁生产中，开辟了一种全新的集在线高压水清洗、化学清洗、气水 脉冲清洗、通风保养于一体的高效清洗工作模式，实现凝汽器等冷端设备精细化管理，追求 电力生产经济效益的最大化。 工作原理：通过 PLC 程序控制传动马达，带动凝汽器水室内部传动机构和清洗机构定向 行走，清洗机构的喷嘴管排同步移动，多功能泵组通过机械臂向清洗机构提供高压水，经喷 嘴排喷出后在冷凝管口形成若干喷射泵，短时间加大管内流速且形成紊流，冲走冷凝管堵塞 物和泥垢，保持凝汽器内部清洁。 600MW 机组凝汽器加装 WSD 在线清洗装置后外观和内部见图 1 和图 2：
图 3 WSD 在线清洗装置外观图
图 4 WSD 在线清洗装置内部结构图
图 5 WSD 在线清洗装置控制画面
装置特点：以定期清洗工作方式，清洗中不会影响机组的正常运行，具有以下特点： （1）清洗效率高。由于采用了喷嘴排清洗技术，与常规高压水射流清洗技术相比，清洗 速度提高了上百倍，且可以采用高速、低速和点对点逐排清洗；与胶球清洗技术相比，变不 可控的胶球清洗为可控的高压水清洗方式，不存在漏洗或清洗死角，具有全方位，全行程清 洗特点。 （2）清洗效果好。高压水通过喷嘴后在冷凝管口形成了喷射泵，加大了冷凝管内水的流 速和扰动，增大了管内的紊流，可以比较彻底地清除泥垢。 （3）运行可靠性高。WSD 清洗装置采用了工业机械臂和可靠的丝杠传动技术，内部固定 可靠，无脱落松动现象，电气与控制部分均在外部设置，运行数据实时记录，保护功能齐全， 清洗泵站采用软驱动方式，自动化程度较高，界面友好，运行操作方便可靠。 （4）运行成本较低。由于高压水取自开式冷却水，仅消耗电量，如按平均每天清洗 4 小 时，每次耗电不到 500kwh，每年耗电在 15 万 kwh 以内，几乎不影响厂用电指标。此外，WSD 装置采用计算机自动化控制，运行和维护工作量较少。 （5）具有较强的延展性功能。WSD 凝汽器在线清洗装置在机组停机检修中可进行凝汽器 高压清洗和通风干燥保养，不需要人工进行清洗，解决了人工清洗环境差、工作量大、费用
从表中运行数据可以看出， #1、2、3 机组均不同程度存在以下几方面问题： 1）凝汽器端差偏大。#1、2、3 机组负荷在 500MW 时，凝汽器平均端差为 5.5℃，较设计 值高出 0.72℃，导致真空下降（0.7-1.2）kPa。 2）凝汽器水阻偏大。凝汽器设计工况下水阻为 71kpa，而单台循泵运行时凝汽器水阻达 到（60-80）kpa，双循泵运行高达 100kpa 以上。 在 2012 年 10 月初#1 机组临修中检查发现，凝汽器高、低压侧管内均存在比较致密的粘 垢，厚度约(0.20-0.50)mm，管内泥垢必定会对冷却水流动形成较大阻力。勘查情况见图 1-2。
2 存在问题
近年来，在凝汽器真空严密性良好情况下，3 台机组真空与投产初期运行数据相比，同等 负荷下真空偏低(0.5-1.0) kPa。采用反冲洗系统定期进行反冲洗，真空提升量有限，且保持 不到一周后又恢复原样。运行数据见表 1 表 1：凝汽器与循环水系统运行参数表（2012 年 9 月 6 日 14：00）
t
e
KAC / 2 4187Dw
---------------------------------------------------------（2）
1
---------------------------------------------------------（3）
ts = tW1+△t+δt
参数指标 #1 机 #2 机 #3 机 备注
发电机功率/MW HP 凝汽器真空 /kPa LP 凝汽器真空 /kPa 循环水进水温度/℃ HP 循环水出水温度/℃ LP 凝汽器出水温度/℃ 循环水温升/℃ A 凝汽器排汽温度 /℃ B 凝汽器排汽温度 /℃ HP 凝汽器端差 /kPa LP 凝汽器端差 /kPa 凝汽器水阻/kPa
பைடு நூலகம்
对机组经济运行的影响是主要的，提高凝汽器传热效率的重要途径就在于尽可能减小管内对 流热阻，消除污垢热阻，提高凝汽器的清洁度和传热系数。 凝汽器的传热系数与其结构形式、材质、清洁程度、冷却水流速、进口水温等有关[2]。 美国传热学会《表面式蒸汽凝汽器规程》(HEI 一 1995)规定，凝汽器总体传热系数计算公式 为： K=K0βcβtβm ----------------------------------------------------------------------------（1） 式中: K—总体传热系数， w/(m2·℃)； K0—基本传热系数，该系数与凝汽器的冷凝管的外径及管中的水流速有关； βc—冷凝管清洁系数，直流冷却水系统与清洁水取 0.80~0.85，闭式冷却水系统和化学 处理水取 0.75 一 0.80，新管取 0.80 一 0.85，具有连续清洗的凝汽器取 0.85； βt—冷却水进口温度修正系数； βm——凝汽器管材与管厚度的修正系数，为定值，可查表获得； 在上述公式可以看出， K0、βm 与凝汽器设计特性有关，为定值。因而总体传热系数 K 与冷凝管清洁系数、冷却水进口温度有直接的关系。 传热系数对凝汽器端差的影响可以用以下公式表示[3]： δt=ts-tw2=
1 前言
凝汽器是汽轮机关键的冷端换热设备，其作用是通过凝汽器内部冷凝管的汽-水热交换， 将汽轮机做过功的乏汽凝结成水，产生并保持高度真空，同时回收凝结水供锅炉使用。凝汽 器运行中由于冷却水中离子含量的浓缩，冷凝管内会产生结垢现象。尤其是沿江、沿海直流 式冷却机组，冷却水流速低而流量大，由于水中含有泥沙、贝类生物和工业排放杂物，凝汽 器运行环境更加复杂，冷凝管易出现泥沙沉积、生物粘泥和管口堵塞等问题，导致凝汽器真 空降低，汽轮机热耗增加。长时间结垢还会造成冷凝管内壁发生电化学腐蚀和穿孔泄漏，使 用寿命缩短。冷却水漏入锅炉汽水系统还会造成锅炉结垢和换热效率下降，严重时导致爆管 停运事故。 华润电力（常熟）有限公司装机为东方汽轮机厂生产的 3×600MW 超临界机组，配有高低 背压凝汽器，循环水采用直流式冷却系统，冷却水设有反冲洗清洗系统。凝汽器规格参数为： N-38000-1 型双壳体、单流程、双背压表面式；冷却面积：38000m2 ，设计背压：4.9 KPa（a） （平均） ；管束有效长度/总长：13080/13200mm；管束材质：TP317L；设计管内流速：2.2m/s； 传热系数：3311 W/m2.℃；平均端差 4.78℃；管子总水阻：71kpa。循环水泵安装在长江岸边 取水泵房内，六台立式循环水泵并联布置。水泵规格为：80LKXA-19.5 型立式斜流泵，流量 Q= （10-12.3） m3/h， H= （8.80-19.5） m， 电机功率 2500 KW， 转速 370 r/min， 低速时为 370/330 r/min 。