300MW機組膠球清洗系統的改進

劉東勝

（廣東粵華發電有限責任公司黃埔發電廠，廣東 廣州 510731）

廣東粵華發電有限責任公司6號汽輪機是上海汽輪機廠生產的N300-165/535/535型中間再熱凝汽式汽輪機，配置N-17600-Ⅰ型凝汽器。凝汽器循環冷卻水取自珠江，經江邊一次濾網，由設在汽機房內的混流循環水泵送至凝汽器。凝汽器進水管道上安裝WNAD-1800型自動清洗二次濾網，凝汽器出水管側裝有膠球清洗裝置(見圖1)。

6號機原膠球清洗系統存在以下主要問題：循環水流場不均勻；收球網與轉軸固定卡碼腐蝕嚴重、脫落；收球網轉軸軸承采用塑料王為材料，轉動不靈活；收球網板設計不合理，膠球不能順暢收回裝球室；垃圾容易掛在網上。

由于機組膠球清洗裝置收球率長期低于60%，凝汽器換熱下降，嚴重影響了機組發電效率。為此，公司對機組膠球系統進行了多次設備改造，使平均收球率達到90%以上，清洗效果大大提高。與以往膠球清洗系統不能正常投入運行相比，凝汽器真空度明顯提高，夏天高溫季節機組運行出力及經濟性有了明顯改善。下面介紹相關的改進和完善措施。

1 改善循環水的流場

6號機組循環水進水管連接二次濾網，出口管安裝出水蝶閥。凝汽器循環水為下進上出，管道進出凝汽器都有彎頭。收球網為立式，上游直接聯接至彎頭，下游為直管段。由于空間有限，凝汽器循環進出水管道排列緊密，在較小的空間里存在多個彎頭，造成循環水流動紊亂，嚴重影響膠球回收和對凝汽器冷卻水管的清洗。

為改善凝汽器循環水紊流對膠球清洗系統的影響，在以下3個方面作了改進：

(1) 在凝汽器進出水彎管段加裝導流板。由于現場空間有限，在凝汽器水彎管段中分別水平焊接一塊不銹鋼導流板。導流板將凝汽器循環水進出水流均一分為二，使水流能夠均勻地流動，消除彎管處死區，使膠球受力的大小和運動方向得到改善，利于膠球的流動和回收。

(2) 收球網轉向90°。原系統中收球網網板位置與彎管水平段中心線垂直，造成循環水流量、收球網受力不均，靠近凝汽器—側流量、受力小，而另一側相反，導致收球網收球口兩側膠球分布不均勻，或收球網板受力過大一側跑球。收球網轉向90°，使收球網兩側流量相同。

(3) 將膠球系統出水管伸入凝汽器循環水進水管50mm，保證膠球進入循環水后能充分發散。

2 更換新型收球網

原收球網為倒V活動式收球網，由2片網板組成，頂部為迎水端，網板將整個管道截面完全遮擋。由于收球網運行時間較長，收球網網板剛性下降，在水動力下產生彈性變形造成逃球；控制傳動機構在反力矩的作用下，行程限位不準，使網板閉合不到位；操縱機構動力顯小，閥門啟閉不到位，管道阻力過大等諸多因素都是造成收球率低的重要原因。

更換的收球網是旋擺自鎖式收球網，它將活動型柵格收球網設計為平面四桿機構。在雙網板支撐軸的下部采用曲柄連桿機構推拉操縱網板，在收球工況時，執行機構帶動網板旋擺一定角度，達到運行工況的極限位置，將筒體整個截面遮擋；在非運行工況時，執行機構帶動網板旋擺，回到與水流平行的極限位置，使水流對網板進行反沖洗及減少水阻。這個收球網下段網板不再是懸臂梁，同時網板旋擺的2個極限位置正是死點位置，機構自鎖而網板不動，解決了因水流沖力而產生的網板變形并逃球的問題。

兩種收球網的比較見圖3。

3 正確選擇和使用膠球

收球率是膠球清洗系統是否正常工作的重要依據之一。影響收球率的因素除了冷卻水質(垃圾問題)、水力、滯球死區、凝汽器或主管路流場等問題之外，還與選用的膠球有關。必須根據冷卻水質、凝汽管結垢特點、水室特征、冷卻水參數及凝汽管幾何參數等機組特定情況，選擇品種、直徑、硬度、吸水沉降速度等均適合的膠球，才能確保清洗效果。一般而言，膠球溫度比量應與循環水比量基本一致，這樣膠球進入凝汽器后能懸浮在凝汽器的任何一位置。公司原先使用膠球質量較差，同一規格的膠球大小不一，有的相差2mm；膠球在水中泡脹后膨脹度大于5%，不能進入或堵死在銅管內；有的膠球嚴重變形，粘合錯位；有的受熱后發粘，粘在管壁上；有的表面光滑，毫無摩擦性，這些問題都嚴重影響膠球清洗系統的收球率和清洗效果。

(1) 選擇合適的膠球。基于以上原因，確定膠球質量應符合循環水水質，有一定硬度并富有彈性，膠球的氣孔均勻、孔間連通吸水性強，濕態球的比重與水相近，膠球在進入水室后從水室底部至頂部均勻分布。在水溫5℃～35℃運行時，膠球球徑漲大不超過0.5mm，在運行期間保持穩定，以防止膠球堵塞冷卻水管。使用期內不老化、變形，運行中膠球球徑應比凝汽器管子內徑大1mm。

(2) 正確使用膠球。由于經一、二次濾網后進入凝汽器的循環水沉積物基本以淤泥和微生物污垢為主。這類沉積物通過合理安排膠球清洗次數即可清除。根據資料，膠球清洗的最優頻率一般為平均每根管子每5分鐘清洗1次，即可滿足清洗效果，根據我廠凝汽器循環水管道的布置和膠球清洗系統的實際情況，進行綜合分析和計算。現以單側投球數量600只計算：

每根銅管長約11m，循環水(內含膠球)流速約2m/s，則每只膠球在凝汽器內循環一次時間為11m×2/2m/s=11s。則每根銅管每小時清洗次數=（3600/11）×600/4400≈45次。

由此可見，以單側投球600只循環運行，基本能滿足需要。

4 膠球系統管路改進

膠球系統由收球網、集球器、膠球泵和相應管路組成。集球器為筒狀容器，容器上側配有一玻璃孔以便觀察；集球器有內置濾網，該濾網出口有收、投球閥，由電動執行機構驅動，旋轉后可收或投膠球。膠球系統管路還存在以下幾個問題：

(1) 膠球系統管路阻力大，流量不足；

(2) 集球器進口處無逆止裝置，導致膠球泵停后膠球隨循環水倒流，有一部分膠球帶出；

(3) 凝汽器循環水室空氣較多，導致膠球泵抽吸能力不足。

對于膠球循環單元存在的問題，對管路系統進行了相應的改進：

(1) 對膠球系統流量不足，通過改造膠球系統管道彎頭，取消90°彎管，代之以120°的大角度彎頭并保證兩側收球管道的彎頭位置、數量對稱；

(2) 在集球器進口處安裝逆止裝置，避免膠球泵停后膠球隨循環水倒流。

5 完善運行措施

膠球系統運行中應注意以下幾個問題：

(1) 收球網應定期打開。收球網設計承受壓力為0.2MPa，如果長期不打開，膠球、垃圾等雜物會塞死收球網，導致收球網承受過大壓力而變形；

(2) 投膠球清洗時，為降低循壞水對凝汽器收球網的壓力，凝汽器循環水出水門應關小30%～40%。這樣膠球不會被循環水擠壓在收球網上，有利于提高凝汽器膠球收球率。

(3) 由于循環水中總是含有溶解空氣，為減少凝汽器循環水側空氣聚集，定期開啟射水抽氣器從凝汽器水側空氣門抽走空氣。

6 改進效果

膠球清洗系統改進后，能夠保持凝汽器持續清潔高效運行，尤其在夏季用電高峰期，有效降低凝汽器端差，提高真空度，降低汽輪機背壓，從而減少燃料消耗，增加機組發電出力。

6.1 改進前后對比

表1為改進前后機組的循環水溫度與真空度的幾個典型工況。可以看出，機組真空度大為改善。

表1 膠球系統改進前后循環水溫度與真空

6.2 經濟性分析

根據最近對機組運行工況分析計算，循環水溫在33℃時，真空比改前同期提高至少2KPa。根據排汽壓力對機組出力的關系曲線，機組出力可提高2%左右。

以機組年平均負荷80%、年平均運行時間6000h、上網電價0.35元/KW·h計算，直接經濟效益為：300000KW×6000h/年×80%×0.35元/KW·h×2% = 1008萬元/年

膠球清洗系統的正常投用，不僅可對電廠帶來直接的經濟效益，還減少了金屬腐蝕，延長機組凝汽器銅管壽命，并減少停機時間及由此造成的產值損失，減少化學水處理費用，其費用也相當可觀。

1 李培元. 火力發電廠水處理及水質控制[M]. 北京: 中國電力出版社, 2000

2 吳一平, 周國定. 凝汽器銅管氨蝕的研究[J]. 腐蝕與防護, 1992,13(5)

3 韓中合, 田松峰, 馬曉芳. 大型火電廠生產技術人員培訓系列教材: 火電廠汽輪機設備及運行[M]. 北京: 中國電力出版社, 2002