600MW直接空冷機(jī)組空冷凝汽器熱態(tài)沖洗分析

郭永錄 李 祎

（國能寧夏鴛鴦湖第一發(fā)電有限公司）

0 引言

600MW 直接空冷機(jī)組是熱電廠運(yùn)行過程中的重要設(shè)備， 為提高其運(yùn)行效率， 應(yīng)定期開展機(jī)組空冷凝汽器熱態(tài)沖洗工作。然而， 以往使用的沖洗設(shè)備沖洗效率較低， 在對(duì)機(jī)組空冷島散熱翅片進(jìn)行沖洗時(shí)存在不及時(shí)、 不徹底的情況。針對(duì)這一問題， 展開熱電廠沖洗裝置改造， 將全自動(dòng)清洗機(jī)器人引入熱電廠空冷島直冷空冷機(jī)組中， 同時(shí)依靠自隨動(dòng)柔性拖鏈裝置保證機(jī)器人全自動(dòng)清洗的可靠性， 提高翅片清洗效率，為發(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

1 600MW直接空冷機(jī)組空冷凝汽器熱態(tài)沖洗機(jī)制

以某發(fā)電廠的600MW 直接空冷機(jī)組為例， 其2號(hào)汽輪機(jī)的空冷凝汽器主要是機(jī)械通風(fēng)模式， 其中的空冷島主要是由廠房外的空凝器組成， 且每列空凝器的冷卻單元有7 個(gè)， 所以該發(fā)電廠的空冷島冷卻單元共計(jì)56個(gè)。為了保證空冷島功能能夠充分發(fā)揮， 需要對(duì)于其的標(biāo)高進(jìn)行合理設(shè)置， 本案例發(fā)電廠空冷島標(biāo)高控制在45m左右。

在該案例發(fā)電廠的空冷凝汽器熱態(tài)沖洗過程中，需要利用汽輪機(jī)排汽管， 將汽輪機(jī)低壓旁路系統(tǒng)與空冷島相連接， 從而利用鍋爐蒸汽對(duì)于空凝器進(jìn)行熱態(tài)沖洗。熱態(tài)沖洗需要在整體機(jī)組啟動(dòng)前以及帶負(fù)荷試運(yùn)行這兩個(gè)階段中進(jìn)行。通常情況下， 在熱態(tài)沖洗過程中要嚴(yán)格控制汽輪機(jī)的排氣壓力與溫度， 使其保持在50KPa 以內(nèi)和80 攝氏度以上。通過高溫?zé)釕B(tài)沖洗，將空凝器管道內(nèi)部的鐵銹進(jìn)行清理[1］。同時(shí)， 對(duì)于含有污染物的冷凝水這類的廢水， 利用專門的裝置排除。根據(jù)相應(yīng)的研究表明， 每列空冷凝汽器需要進(jìn)行7 次左右的間斷性熱態(tài)沖洗， 才能夠保證空冷凝汽器運(yùn)行過程中不受污染物的影響， 將其污染物數(shù)量控制在規(guī)定范圍內(nèi)。并且， 依據(jù)空冷凝汽器的冷凝水內(nèi)部懸浮物含量標(biāo)準(zhǔn)， 對(duì)于該裝置的進(jìn)口水質(zhì)需要進(jìn)行檢測(cè)， 確保每升冷凝水中的懸浮物含量小于10mg。

直接空冷機(jī)組運(yùn)行效率受空冷島散熱翅片臟污程度影響顯著， 因此應(yīng)根據(jù)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行設(shè)備沖洗， 在此之前， 可建立直接空冷系統(tǒng)變工況數(shù)學(xué)模型了解空冷凝汽器傳熱過程[2］?？绽淠鞯呐艢鉁囟裙綖椋?/p>

式中，Qn為排氣熱負(fù)荷， J/s；AF為迎風(fēng)面積，m2；ρa(bǔ)為空氣平均密度， kg/m3；VNF為迎風(fēng)速度， m/s；Ca為空氣平均比熱， J/ （kg·K）；NTU為傳熱單元數(shù)；ta為環(huán)境溫度， ℃。

2 600MW直接空冷機(jī)組空冷凝汽器熱態(tài)沖洗的條件要求

600MW 直接空冷機(jī)組空冷凝汽器在進(jìn)行熱態(tài)沖洗時(shí)， 為了提高清潔力度， 保證機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)行， 需要嚴(yán)格按照相應(yīng)的條件要求進(jìn)行操作與處理。

在空冷島安裝結(jié)束后， 要利用冷態(tài)水， 對(duì)于排汽管道、 水箱等進(jìn)行一次清洗。避免在安裝過程中， 空冷島機(jī)組內(nèi)部存在污染物， 或是在焊接過程中產(chǎn)生焊渣落入空冷島內(nèi)部， 對(duì)設(shè)備造成損壞， 從而影響空冷島機(jī)組的正常運(yùn)行， 導(dǎo)致熱電廠運(yùn)行效率降低。

在進(jìn)行第一階段空冷凝汽器的熱態(tài)沖洗時(shí)， 需要保證除鹽水箱中的除鹽水滿足熱態(tài)沖洗的需要。同時(shí)， 需要制作臨時(shí)排放水箱。在進(jìn)行熱態(tài)沖洗過程中， 要將空冷系統(tǒng)中的水、 汽等排放干凈。因此， 要制作一個(gè)臨時(shí)水箱， 將水箱底部用臨時(shí)排放管連接，從而進(jìn)行排水處理， 保證空冷系統(tǒng)是真空狀態(tài)。安裝好臨時(shí)排放管后， 可以開始取樣管的放置。為了保證對(duì)于凝結(jié)水取樣順利， 該取樣管需接通至地下。隨后， 進(jìn)行吹管， 吹管結(jié)束后， 要保證鍋爐的蒸發(fā)量占蒸汽流量的75%。這一過程中， 盤車要持續(xù)進(jìn)行投入， 保證蒸汽能夠順利進(jìn)入低壓缸。最后， 對(duì)于高低壓旁路系統(tǒng)以及真空系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試[3］。高低壓旁路系統(tǒng)的減壓閥與減溫水閥的數(shù)值是衡量高低壓旁路系統(tǒng)是否合格的標(biāo)準(zhǔn)。

在進(jìn)行空冷凝汽器的兩個(gè)階段的熱態(tài)沖洗全部結(jié)束后， 需要對(duì)于空冷島的全部冷卻單元進(jìn)行試運(yùn)行。試運(yùn)行正常后， 才可以正式啟動(dòng)設(shè)備。設(shè)備正式啟動(dòng)后， 空冷島系統(tǒng)中的全部熱工表計(jì)都要進(jìn)行工作， 并同步進(jìn)行設(shè)備的帶負(fù)荷測(cè)試， 保證設(shè)備的帶負(fù)荷條件滿足系統(tǒng)運(yùn)行的需要。

3 600MW直接空冷機(jī)組空冷凝汽器熱態(tài)沖洗系統(tǒng)改造

3.1 改造前存在的問題

熱電廠直接空冷機(jī)組運(yùn)行工況較為惡劣， 特別是在高溫干燥的環(huán)境下， 機(jī)組運(yùn)行揚(yáng)塵及其他雜物會(huì)吸入空冷島風(fēng)機(jī)中， 造成空冷管束翅片堵塞。由于原有的沖洗系統(tǒng)設(shè)備沖洗效率不高， 對(duì)空冷島散熱翅片沖洗不徹底、 不及時(shí)， 難以及時(shí)對(duì)堵塞雜物清除。隨著機(jī)組負(fù)荷的升高， 空冷管束翅片堵塞將導(dǎo)致機(jī)組真空下降， 很大程度上對(duì)機(jī)組正常運(yùn)行造成影響， 限制熱電廠發(fā)電任務(wù)的完成。為達(dá)成熱電廠機(jī)組穩(wěn)定、 經(jīng)濟(jì)、 滿負(fù)荷運(yùn)行目標(biāo)， 開始對(duì)現(xiàn)有的空冷島沖洗系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造。

3.2 改造方案的提出

3.2.1 系統(tǒng)改造方案

為提高熱電廠空冷島直冷空冷機(jī)組沖洗效率， 將全自動(dòng)清洗機(jī)器人應(yīng)用其中， 根據(jù)直角坐標(biāo)機(jī)器人運(yùn)行原理， 實(shí)現(xiàn)對(duì)空冷島清洗系統(tǒng)的優(yōu)化。而且， 在直冷空冷島全自動(dòng)清洗機(jī)器人的作用下， 可有效提高散熱翅片清洗質(zhì)量與效率， 為后續(xù)使用與維護(hù)提供便利， 真正意義上實(shí)現(xiàn)機(jī)組沖洗自動(dòng)化。550MW 直冷空冷島機(jī)器人全自動(dòng)清洗系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 550MW直冷空冷島機(jī)器人全自動(dòng)清洗系統(tǒng)

值得注意的是， 全自動(dòng)清洗機(jī)器人水平行程在10米左右， 散熱翅片表面溫度達(dá)到60～70℃， 空冷島翅片傾斜角度在60o左右， 在上述條件的綜合作用下，全自動(dòng)清洗機(jī)器人運(yùn)行期間， 其上下導(dǎo)軌易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變形情況， 隨動(dòng)拖鏈也會(huì)出現(xiàn)水平與豎直方向的變形， 對(duì)沖洗作業(yè)的正常開展造成限制。針對(duì)這一情況， 還可以在全自動(dòng)清洗機(jī)器人基礎(chǔ)上引入隨動(dòng)柔性拖鏈裝置， 基于隨動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念保證系統(tǒng)線纜跟隨機(jī)器人完成各種運(yùn)動(dòng)， 避免系統(tǒng)運(yùn)行期間出現(xiàn)卡阻、變形、 脫節(jié)等情況， 最大限度上確保機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的可靠性以及散熱翅片清洗的徹底性與通透性。

3.2.2 系統(tǒng)構(gòu)件分析

（1） 全自動(dòng)清洗機(jī)器人

600MW 直冷空冷島由多個(gè)散熱翅片組成， 整體呈三角形結(jié)構(gòu)， 翅片傾斜角度為60o， 直冷空冷島機(jī)器人全自動(dòng)清洗系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 直冷空冷島機(jī)器人全自動(dòng)清洗系統(tǒng)

全自動(dòng)清洗機(jī)器人由梯子、 上驅(qū)動(dòng)裝置、 下驅(qū)動(dòng)裝置、 噴淋架以及自隨動(dòng)柔性拖鏈裝置構(gòu)成。其中，全自動(dòng)清洗機(jī)器人上驅(qū)動(dòng)裝置與下驅(qū)動(dòng)裝置分別安裝在梯子頂端與底端， 跟隨空冷島翅片水平導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)動(dòng)， 并對(duì)整個(gè)散熱翅片系統(tǒng)進(jìn)行全面覆蓋； 噴淋架安裝在梯子平行導(dǎo)軌上， 在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下， 噴淋架可實(shí)現(xiàn)豎直方向運(yùn)動(dòng)。而且， 噴淋架上裝有高壓噴嘴，可在短時(shí)間內(nèi)完成對(duì)散熱翅片表面的噴射， 保證機(jī)組沖洗任務(wù)的高質(zhì)高效完成。而在自隨動(dòng)柔性拖鏈裝置的應(yīng)用下， 可以為清洗機(jī)器人運(yùn)行提供穩(wěn)定的電力支持、 用水供應(yīng)與信號(hào)連接， 提高清洗機(jī)器人運(yùn)行效率。全自動(dòng)清洗機(jī)器人的應(yīng)用有效實(shí)現(xiàn)了對(duì)原有沖洗系統(tǒng)的改造， 而且真正實(shí)現(xiàn)了沖洗作業(yè)的全自動(dòng)， 可將其中的人力崗位解放出來， 實(shí)現(xiàn)空冷島翅片清洗的的優(yōu)化升級(jí)。

（2） 自隨動(dòng)柔性拖鏈裝置

600MW 直冷空冷島全自動(dòng)清洗機(jī)器人自隨動(dòng)柔性拖鏈裝置由拖鏈、 自隨動(dòng)柔性拖鏈裝置、 自隨動(dòng)柔性支架構(gòu)成。

首先， 拖鏈的功能主要是對(duì)裝置內(nèi)部管線起到一定的束縛作用， 進(jìn)而為其運(yùn)動(dòng)提供便利條件。自隨動(dòng)柔性拖鏈裝置拖鏈內(nèi)部包括高壓水管、 電源線、 通訊電纜等構(gòu)件， 選用增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料作為拖鏈主體材料， 呈現(xiàn)出良好的韌性、 絕緣性、 耐候性、 耐酸堿性， 還可以有效抵御溫差變化的影響， 適宜在惡劣熱電廠直接空冷機(jī)組運(yùn)行工況下長期使用。

其次， 自隨動(dòng)柔性拖鏈裝置由高拖鏈槽、 低拖鏈槽以及滾動(dòng)輪機(jī)構(gòu)構(gòu)成。高拖鏈槽與低拖鏈槽分別安裝在清洗機(jī)器人行程兩側(cè)， 并以各線纜分布情況為基礎(chǔ)在行程中間位置出線。其中， 高拖鏈槽根據(jù)拖鏈導(dǎo)向斜面設(shè)有相應(yīng)的凹槽結(jié)構(gòu)， 在凹槽控制下， 可以保證拖鏈運(yùn)動(dòng)受到一定限制， 進(jìn)而可以始終保持直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)， 避免在長距離、 長時(shí)間運(yùn)行過程中， 因拖鏈左右擺動(dòng)影響裝置運(yùn)行的可靠性與穩(wěn)定性； 而低拖鏈槽上則設(shè)置有滾動(dòng)輪機(jī)構(gòu)。全自動(dòng)清洗機(jī)器人水平拖鏈長度約為50m， 拖鏈運(yùn)行期間， 會(huì)對(duì)裝置電纜起到一定的帶動(dòng)作用， 隨著全自動(dòng)線清洗機(jī)器人運(yùn)動(dòng)距離的延長， 拖鏈重量增加， 拖鏈導(dǎo)向槽會(huì)承受相對(duì)較大的摩擦力， 同時(shí)轉(zhuǎn)換為附加在下驅(qū)動(dòng)裝置上的力， 在附加力作用下， 全自動(dòng)清洗機(jī)器人上驅(qū)動(dòng)裝置與下驅(qū)動(dòng)裝置難以保證同步運(yùn)行， 進(jìn)而對(duì)清洗機(jī)器人水平運(yùn)動(dòng)帶來影響， 拖鏈長度越長， 出現(xiàn)上下重疊現(xiàn)象的概率越大， 對(duì)拖鏈的正常運(yùn)轉(zhuǎn)造成影響。針對(duì)這一問題， 可以在低拖鏈槽表面設(shè)計(jì)相應(yīng)的滾動(dòng)輪機(jī)構(gòu)， 其主要原理是通過滾動(dòng)摩擦代替原有的滑動(dòng)摩擦， 有效降低拖鏈運(yùn)行期間所承受的摩擦力， 一方面可以規(guī)避裝置運(yùn)行期間的卡澀情況， 另一方面還可以確保全自動(dòng)清洗機(jī)器人上、 下驅(qū)動(dòng)裝置同步運(yùn)行， 消除摩擦力對(duì)其的不良影響。自隨動(dòng)柔性拖鏈裝置如圖3所示。

圖3 自隨動(dòng)柔性拖鏈裝置

最后， 全自動(dòng)清洗機(jī)器人運(yùn)行期間， 由于拖鏈行程較長以及散熱翅片環(huán)境溫度較高， 其結(jié)構(gòu)件往往會(huì)出現(xiàn)變形的情況。因此可采用自隨動(dòng)柔性支架安裝拖鏈， 通過自隨動(dòng)方式提升對(duì)拖鏈運(yùn)動(dòng)各狀態(tài)的適應(yīng)力， 在適應(yīng)結(jié)構(gòu)件尺寸變形的基礎(chǔ)上保證拖鏈的穩(wěn)定運(yùn)行。結(jié)合拖鏈運(yùn)行狀態(tài)來看， 若受到水平方向外力影響， 自隨動(dòng)柔性支架就可以進(jìn)行水平方向滑動(dòng)控制拖鏈產(chǎn)生變形； 若受到豎直方向外力影響， 自隨動(dòng)柔性支架就可以進(jìn)行豎直方向擺動(dòng)以抵御拖鏈擠壓作用， 進(jìn)而有效提升在水平， 豎直方向的適應(yīng)性。自隨動(dòng)柔性支架如圖4所示。

圖4 自隨動(dòng)柔性支架

600MW 直冷空冷島全自動(dòng)清洗機(jī)器人自隨動(dòng)柔性拖鏈裝置實(shí)現(xiàn)了多方面的技術(shù)創(chuàng)新與升級(jí)， 具體包括： （1） 拖鏈材料。拖鏈?zhǔn)褂玫脑鰪?qiáng)聚酰胺復(fù)合材料具有耐酸堿、 耐腐蝕、 耐高溫特性， 可以長時(shí)間應(yīng)用于戶外環(huán)境下； 而且通過拖鏈對(duì)各類管線的束縛， 可以更好地跟隨驅(qū)動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)， 確保自隨動(dòng)理念落實(shí)。（2） 拖鏈裝置。全自動(dòng)清洗機(jī)器人在運(yùn)行期間， 其結(jié)構(gòu)件易受到拖鏈行程、 翅片環(huán)境溫度等因素影響出現(xiàn)變形情況， 若采用傳統(tǒng)的固定安裝拖鏈安裝方式， 拖鏈在行進(jìn)中極易出現(xiàn)卡澀、 扭曲、 斷裂等情況。而在自隨動(dòng)柔性拖鏈裝置作用下， 可以顯著提升對(duì)拖鏈運(yùn)動(dòng)變形的適應(yīng)能力， 保證全自動(dòng)清洗機(jī)器人以及發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。 （3） 技術(shù)應(yīng)用。600MW 直接空冷機(jī)組空冷凝汽器熱態(tài)沖洗系統(tǒng)運(yùn)用柔性技術(shù)顯著提升了系統(tǒng)運(yùn)行期間抵御變形的能力。通過機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)可以避免拖鏈運(yùn)行期間卡阻、 脫節(jié)現(xiàn)象， 大大提高了拖鏈隨動(dòng)的可靠性。通過全自動(dòng)清洗機(jī)器人可第一時(shí)間對(duì)散熱翅片進(jìn)行清洗， 為熱電廠空冷島散熱翅片清洗做的自動(dòng)化水平的升級(jí)提供保障。

4 改造效果分析

本文通過全自動(dòng)清洗機(jī)器人自隨動(dòng)柔性拖鏈裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)600MW 直接空冷機(jī)組空冷凝汽器熱態(tài)沖洗系統(tǒng)的改造升級(jí)， 取得了十分顯著的改造效果。

（1） 改善機(jī)組運(yùn)行條件， 促進(jìn)工作效率的提升。在進(jìn)行技術(shù)改造之前， 機(jī)組沖洗工作效率不高， 甚至存在需要每天24h 不停沖洗的情況。技術(shù)改造后， 可通過全自動(dòng)清洗機(jī)器人完成沖洗， 從以往的8d一次縮減為12～16h 一次， 不僅大大提高了工作效率， 還可以全面替代人工沖洗， 工作人員無需在高溫、 高機(jī)組負(fù)荷率的環(huán)境下開展機(jī)組沖洗工作。

（2） 創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。技術(shù)升級(jí)改造前后的機(jī)組真空水平對(duì)比情況如表1 所示?？梢钥闯?， 全自動(dòng)清洗機(jī)器人的應(yīng)用有效減少了機(jī)組煤耗， 進(jìn)而可以節(jié)約更多的燃煤費(fèi)用[4］。

表1 技術(shù)升級(jí)改造前后的機(jī)組真空水平對(duì)比情況

（3） 保障機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。600MW 直冷空冷島全自動(dòng)清洗機(jī)器人自隨動(dòng)柔性拖鏈裝置的應(yīng)用優(yōu)化了空冷島的沖洗效果， 確?？绽鋶u散熱片表面清潔度達(dá)標(biāo)， 即便在較為惡劣的工況下， 機(jī)組也可以實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定運(yùn)行， 從而達(dá)到提高熱電廠運(yùn)行效率的目標(biāo)。

5 結(jié)束語

綜上所述， 引入全自動(dòng)清洗機(jī)器人自隨動(dòng)柔性拖鏈裝置可有效實(shí)現(xiàn)對(duì)600MW 直接空冷機(jī)組空冷凝汽器熱態(tài)沖洗系統(tǒng)的技術(shù)升級(jí)， 改善了以往散熱翅片沖洗不徹底、 效率低的問題， 同時(shí)可為熱電廠運(yùn)行創(chuàng)造良好的效益， 因此該裝置具有廣泛的推廣應(yīng)用價(jià)值。