海水冷卻機(jī)組凝汽器在線清洗裝置的應(yīng)用

王名楊，曾偉光，單洪基，聶成翔

（國(guó)能粵電臺(tái)山發(fā)電有限公司，廣東江門 529228）

0 引言

凝汽器火電企業(yè)的一種換熱設(shè)備，通過(guò)與循環(huán)水進(jìn)行熱交換，使凝汽器保持高真空度。影響凝汽器真空的原因很多，包括凝汽器進(jìn)水溫度、流量和凝汽器清潔系數(shù)等指標(biāo)[1]。而造成凝汽器真空過(guò)低的重要原因就是凝汽器鈦管結(jié)垢堵塞。鈦管的結(jié)垢堵塞不僅會(huì)使凝汽器端差增大，還會(huì)使汽輪機(jī)真空度降低、排氣溫度升高，影響汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和安全性。因此，保持凝汽器鈦管內(nèi)部清潔有助于提高機(jī)組熱效率，降低煤耗[2]。

1 凝汽器運(yùn)行現(xiàn)狀分析

1.1 存在的問(wèn)題

某電廠位于珠江口以西60 km 南海區(qū)域，1 號(hào)機(jī)組為630 MW亞臨界機(jī)組，凝汽器換熱面積為34 000 m2，采用海水直流冷卻，配置膠球清洗系統(tǒng)，采用多機(jī)聯(lián)絡(luò)循環(huán)水節(jié)能運(yùn)行方式。循環(huán)水系統(tǒng)中存在藻類和貝類等海洋生物，形成泥沙沉積并堵塞鈦管。特別是停機(jī)檢修后再次啟動(dòng)進(jìn)循環(huán)水的循環(huán)泵，會(huì)產(chǎn)生貝類雜物堆積并堵塞鈦管，導(dǎo)致膠球收球率長(zhǎng)期偏低，凝汽器前后壓差增大，凝汽器清潔系數(shù)降低[3]。循環(huán)水加藥方式會(huì)在一定程度抑制海洋生物生長(zhǎng)，但增加成本、影響海洋環(huán)境（圖1、圖2）。

圖1 凝汽器鈦管內(nèi)藤壺堵塞

圖2 凝汽器管口貝類雜物沉積

1.2 現(xiàn)有清洗技術(shù)對(duì)比

目前，海水冷卻機(jī)組凝汽器清洗技術(shù)包括人工機(jī)械清洗、膠球清洗、二次濾網(wǎng)、凝汽器反沖洗、化學(xué)清洗等[4]，各種技術(shù)的特點(diǎn)見表1。

表1 凝汽器清洗技術(shù)及其優(yōu)缺點(diǎn)

隨著國(guó)家海洋環(huán)境保護(hù)政策落實(shí)和加強(qiáng)[5]，節(jié)能降耗、提質(zhì)增效勢(shì)在必行。為解決海水冷卻機(jī)組凝汽器貝類等海生物堵塞問(wèn)題，該電廠研制并應(yīng)用了“水蜘蛛”可視化智能型除貝清洗技術(shù)。

2 海水機(jī)組凝汽器除貝清洗技術(shù)

2.1 清洗裝置原理及構(gòu)成

“水蜘蛛”在線沖洗裝置應(yīng)用仿生機(jī)器人技術(shù)，外部伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)凝汽器內(nèi)部清洗機(jī)構(gòu)精準(zhǔn)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)噴嘴排與換熱管精確對(duì)孔并形成若干噴射器。高壓清洗泵將海水升壓，管內(nèi)冷卻水流速（5～6 m/s）通過(guò)管閥系統(tǒng)、機(jī)械臂和噴射器逐排定點(diǎn)沖洗鈦管，沖走管內(nèi)的雜物和泥垢，從而保證凝汽器換熱管的清洗效果。

裝置主要由伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、清洗機(jī)器人、掛刷除貝器、可視化傳感機(jī)構(gòu)、多功能泵站和管路系統(tǒng)組成。水室內(nèi)部機(jī)構(gòu)采用雙相鋼材料和可靠的軸端密封，全剛性連接。多功能升壓泵站采用多級(jí)自平衡離心泵，采用半轉(zhuǎn)速高壓電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可以提供2.0 MPa中壓力大流量沖洗動(dòng)力。智能化操作系統(tǒng)采用PLC 和DCS 控制方式，具有多機(jī)自動(dòng)、單機(jī)自動(dòng)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)檢測(cè)、數(shù)據(jù)查詢與遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸?shù)榷囗?xiàng)功能。

2.2 清洗裝置優(yōu)化

針對(duì)電廠的實(shí)際情況，在原有“水蜘蛛”在線沖洗技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)了一種適用于海水機(jī)組凝汽器的多功能智能化清洗裝置。該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)在線除貝、自動(dòng)清洗和離線加藥等多種功能，優(yōu)化主要體現(xiàn)以下4 個(gè)方面：

（1）原來(lái)單絲杠改為雙絲杠伺服驅(qū)動(dòng)，噴射器母管上下直線移動(dòng)，逐排定點(diǎn)沖洗方式，能夠最大限度增加清洗覆蓋率，覆蓋率可達(dá)95%。

（2）清洗裝置加裝除貝類掛刷器。沖洗裝置的噴射器母管采用錯(cuò)位設(shè)計(jì)的尼龍掛刷器和壓板，隨著噴射器母管上下移動(dòng)，掛刷器可以將凝汽器管板和管口的貝類雜物掛刷到底部，經(jīng)過(guò)壓板壓碎后，再由水流沖走，同時(shí)還能保護(hù)噴嘴，避免噴嘴與管口貝類頻繁碰撞而導(dǎo)致的噴嘴歪斜（圖3）。

圖3 帶有掛刷器的除貝清洗裝置

（3）新增藥液噴射器于升壓泵站上，由升壓泵后的高壓水引入噴射器，再與藥液混合后進(jìn)入泵站自動(dòng)過(guò)濾器進(jìn)口，由泵站升壓后通過(guò)沖洗裝置的噴射器噴出后進(jìn)入鈦管，形成藥液循環(huán)沖洗，徹底清洗凝汽器貝類和硬垢。

（4）設(shè)計(jì)凝汽器水室可視化監(jiān)測(cè)裝置，能夠及時(shí)檢查凝汽器內(nèi)部狀況和設(shè)備清洗狀態(tài)，指導(dǎo)在線沖洗裝置的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

2.3 清洗裝置運(yùn)行模式

（1）凝汽器在線清洗模式。機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中，噴射器機(jī)構(gòu)將逐排、定點(diǎn)進(jìn)行高壓噴水沖洗鈦管，刮落的貝類殼體由貝殼碾碎機(jī)構(gòu)壓碎后被循環(huán)水沖走。

（2）凝汽器半邊隔離加藥清洗模式。如果可視化監(jiān)測(cè)裝置觀察到存在較多貝類堵塞，或凝汽器壓差明顯加大，可臨時(shí)調(diào)整清洗頻率，必要時(shí)可將清洗裝置切換至半邊隔離清洗狀態(tài)，啟動(dòng)藥液噴射器、由泵站用高速清洗液沖洗鈦管。在清洗藥劑和壓板作用下，貝殼迅速破碎、隨循環(huán)水沖走，在短時(shí)間內(nèi)完成凝汽器化學(xué)清洗。

（3）停機(jī)后自動(dòng)清洗模式。機(jī)組停運(yùn)后，可以啟動(dòng)自動(dòng)清洗模式代替人工快速清洗，節(jié)省人工，也可加藥化學(xué)清洗，環(huán)保經(jīng)濟(jì)。

3 海水冷卻機(jī)組凝汽器在線清洗裝置應(yīng)用

3.1 探索科學(xué)的運(yùn)行方式

該電廠1 號(hào)機(jī)凝汽器自動(dòng)在線除貝清洗裝置于2021 年12月初投運(yùn)，為確保在不同季節(jié)中清洗效果最佳，制定了不同的運(yùn)行方式：

（1）冬春季節(jié)，由于循環(huán)水流速較低，貝類生長(zhǎng)緩慢，海水相對(duì)穩(wěn)定，清洗裝置每周投運(yùn)1～2 次，設(shè)定定點(diǎn)沖洗時(shí)間為3 min，凝汽器清洗完成約需15 h。

（2）夏秋季節(jié)，隨著海水溫度上升，貝類生長(zhǎng)明顯加快，清洗裝置仍每周2 次投運(yùn)，定點(diǎn)沖洗設(shè)置為5 min，凝汽器清洗完成時(shí)間約為24 h。

（3）在特殊時(shí)期，如出現(xiàn)海洋生物侵襲或爆發(fā)增長(zhǎng)的異常情況。清洗裝置將加大在線清洗的運(yùn)行頻率。按定點(diǎn)沖洗設(shè)置為2 min，可以在5～6 h 內(nèi)完成半邊凝汽器的自動(dòng)清洗。

3.2 運(yùn)行效果檢查

某電廠按照預(yù)設(shè)的運(yùn)行方式，在冬季每周進(jìn)行1 次凝汽器清洗。進(jìn)入春季藤壺等貝類生長(zhǎng)速度明顯加快，自3 月20 日起每周投運(yùn)2 次，并將定點(diǎn)沖洗設(shè)定為5 min。截至2022 年7 月底，共投運(yùn)清洗裝置39 次，鈦管內(nèi)不再有以前的藤壺和泥垢附著，管板和鈦管也未出現(xiàn)劃痕或沖刷痕跡（圖4）。

圖4 鈦管進(jìn)水側(cè)干凈明亮

3.3 性能測(cè)試評(píng)價(jià)

2022 年4 月28—30 日，對(duì)1號(hào)機(jī)組凝汽器進(jìn)行性能試驗(yàn)[8]。在真空嚴(yán)密性試驗(yàn)合格條件下，對(duì)比凝汽器加裝自動(dòng)在線除貝清洗裝置前后相同工況數(shù)據(jù)，如表2 所示。

表2 加裝在線清洗裝置前后工況比較

由表2 可知，在線清洗裝置投運(yùn)后凝汽器壓力均下降了至少0.40 kPa，這表明該裝置可以有效維持凝汽器的清潔度、提高機(jī)組真空度。根據(jù)行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，真空度每提高1 kPa 可使供電煤耗降低2.6 g/（kW·h），節(jié)能降耗效果顯著，可在發(fā)電企業(yè)的應(yīng)用前景廣闊。

4 結(jié)束語(yǔ)

凝汽器鈦管的潔凈度決定了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，本文通過(guò)對(duì)凝汽器自動(dòng)在線清洗裝置的工作原理及設(shè)備構(gòu)成進(jìn)行細(xì)致闡述，對(duì)運(yùn)行模式進(jìn)行深入分析，形成了集自動(dòng)清洗、在線除貝、加藥清洗智能于一體化的工作模式。該模式與傳統(tǒng)鈦管清洗技術(shù)形成鮮明對(duì)比，展現(xiàn)了在線清洗技術(shù)精細(xì)化、便捷化、智能化的運(yùn)行優(yōu)勢(shì)。推廣應(yīng)用到海水冷卻機(jī)組的凝汽器鈦管清洗中，解決了傳統(tǒng)膠球清洗模式諸多弊端，同時(shí)對(duì)提高機(jī)組運(yùn)行安全穩(wěn)定性、節(jié)約設(shè)備運(yùn)維成本、節(jié)能降耗著等多方面收益頗多。有助于改善循環(huán)水加藥清洗等傳統(tǒng)的化學(xué)除貝方式，為開展沿海工業(yè)循環(huán)水污染的治理提供借鑒和示范。該裝置設(shè)計(jì)理念先進(jìn)，應(yīng)用前景廣闊，具體很高的推廣價(jià)值。