汽輪發電機組凝汽器實時在線清洗及強化換熱節能系統（RCCS）

陳萬偉（重慶中節能三峰能源有限公司，重慶 長壽 401220）

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汽輪發電機組凝汽器實時在線清洗及強化換熱節能系統（RCCS）

陳萬偉（重慶中節能三峰能源有限公司，重慶 長壽 401220）

并免除人工及化學清洗費用，避免凝汽器垢下腐蝕，提高機組運行安全，減小端差，經濟效益顯著。

節能；環保；防止結垢；降低凝汽器端差及提高真空度

1　前言

重慶中節能三峰能源有限公司在長壽新區，利用企業廢棄的熄焦顯熱、副產放散的煤氣建設 “重鋼長壽新區CCPPCDQ余熱回收利用工程”，工程主要內容包括建設：四套燃氣-蒸汽聯合循環發電站（以下簡稱CCPP電站，搬遷一臺已有南汽PG6581 50MW CCPP聯合循環發電機組，新建3臺杭汽M251S 50MW CCPP聯合循環發電機組）、二座干法熄焦發電站（簡稱CDQ電站，建3臺25MW汽輪發電機組）及一座額定蒸發量130t/h的燃氣鍋爐。CCPP4#、6#汽輪發電機組于2010年9月投產；CDQ1、2#汽輪發電機組于2010年11月投產；每臺凝汽器冷卻面積2000M2，冷卻水設計流量4000M2/t；CDQ循環水系統外部環境非常惡劣，每天有大量焦炭灰塵落入水系統，凝汽器不銹鋼管內大量結垢，夏季室外溫度42℃；造成凝汽器端差較高（夏季6月份高達14℃，6月15日數據；平均大約11.4℃，3月13日數據）、真空度較低，機組效率下降。冷卻塔填料時有脫落，引起凝汽器換熱管堵塞及降低冷卻塔冷卻效率；將直接導致凝汽器真空惡化，嚴重影響機組的經濟運行。

2　系統簡介

循環水泵、冷卻塔、風機和凝汽器共同組成了汽輪機的冷端系統。汽輪機冷端系統工作效率的高低直接影響到汽輪機真空的高低，也即直接影響機組的循環效率。尤其以凝汽器水側結垢或堵塞對冷端系統工作效率的影響最大及最為常見。基于流體動力、強化換熱，利用凝汽器實時在線清洗及強化換熱高性能系統裝置RCCS解決問題；RCCS（Real-time online condenser cleaning&enhance heat transfer system）是英文名稱的簡稱。

RCCS強化換熱、除垢、防垢的工作原理是：參考循環水泵設計流量、揚程放大系數作為基礎，利用循環水的流速驅動RCCS旋轉軸承，RCCS長期在凝汽器不銹鋼管內不停地快速旋轉（600～1200r/min），同時改變凝汽器管道內水的流速狀態，由層流變成紊流，破壞水垢形成。

3　阻垢形成和RCCS換熱數據測試

（1）凝汽器循環水側污垢的形成一般要經歷五個階段：起始、運輸、附著、老化、剝蝕。凝汽器不銹鋼管水側污垢形成的五個階段中任何一個環節遭到破壞，不銹鋼管水側污垢就難以形成；只要在凝汽器不銹鋼管內針對這五個階段采取合適措施，就能有效的防垢和除垢。

針對水側管壁的結垢機理，RCCS打斷或干擾了污垢形成的三個關鍵階段，第一階段在污垢的起始階段，RCCS通過強化凝汽器不銹鋼管內循環水為擾流，增強水側和蒸汽換熱，降低了凝汽器不銹鋼管內壁局部溫度，降低了以碳酸鹽為主的硬垢的析出；第二階段在污垢的附著階段，RCCS通過刮掃凝汽器不銹鋼管管壁、強化水狀態為擾流，防止了硬垢及軟垢的附著；第三階段在污垢的剝蝕階段，RCCS通過刮掃凝汽器不銹鋼管管壁和強化擾流，加快了附在不銹鋼管壁硬垢及軟垢的剝離。

（2）強化換熱

表1為RCCS強化換熱測試數據，測試管型號為φ25× 0.7mm，材質為306不銹鋼管。從低流速到高流速、低雷諾數到高雷諾數下的強化換熱效率進行了測試。RCCS強化擾流作用非常明顯，能有效提高水側管壁的換熱系數。理論計算及試驗數據強烈支持支持了這一點。內置RCCS的強化換熱測試數據：

表1

4　目前機組存在問題

4.14#汽輪機器端差全年運行趨勢（見圖1）

圖1

4.2對凝汽器清洗前后其端差值比較（如圖2）

圖2

4.32011年3月-12月的運行數據（如表2）

表2

由表2數據表明，端差平均值夏季最高達13.8℃，因此可以判斷，凝汽器不銹鋼管水側結垢造成換熱效果不佳，端差偏大。

4.4端差與凝汽器真空度關系

廠家提供額定工況平衡圖中指出電功率，凝汽器冷卻面積，凝汽器真空度、冷卻水量、冷卻水溫、排汽溫度、汽耗、熱耗、端差等相應關聯。查飽和蒸汽熱力性質圖表及根據廠家提供冷卻水溫變化對功率的修正曲線，計算不同溫度區間時飽和溫度每上升1℃時，計算出相對應的飽和壓力增加值。尤其是在南方夏季，當排汽溫度＞45℃時，端差每升高1℃，排汽壓力將上升0.52～0.94kPa。

5　汽輪機組安裝RCCS后數據分析和對比

（1）汽器清洗前后運行數據對比（見表3）。

表3

（2）表4驗收實測數據時間2013年8月2日10點32分室外溫度37℃。

表4

（3）安裝 RCCS后，機組的凝汽器端差將下降 6.4℃（3月13日數據），在不增加冷卻循環水泵功率的情況下，考慮水溫升變化，排汽溫度至少下降6℃。以4#機組現有工況為例，2012年3月23日的排汽溫度為51.6℃，該排汽溫度近似為全年平均排汽溫度，此時機組的功率修正系數K0=0.93，安裝RCCS后，排汽溫度下降為45.6℃，此時機組的功率修正系數K1=0.963功率修正系數差值△K=K1-K0=0.963-0.93=3.3%，即安裝RCCS后，機組的發電量會提高3.3%以上。

6　實際應用中面臨的問題及改進方法

（1）CDQ一期外部環境惡劣、大量焦碳粉塵進入循環水系統、造成水質非常惡劣，每年清洗水池粉塵 15t左右，嚴重影響凝汽器換熱，對凝汽器不銹鋼管焊接位置腐蝕嚴重，造成大面積泄漏。

（2）電廠施工的特殊性，施工工期短；設備安裝空間狹小。

（3）涼水塔運行時間長，填料老化，設計過程中未考慮填料損壞防護網，填料卡RCCS設備軸承，長時間運行，造成設備損壞。

改進方法：

（1）為了防止冬季冷卻塔碎料等雜物進入凝汽器，在塔底循環水進口端前加裝弧形的濾網帶，成本低廉，經濟適用。

（2）要求RCCS項目施工前進行詳細的現場勘查，制定周密的施工組織計劃。

7　結束語

凝汽器傳統的物理或化學清洗方式比較，RCCS以其實時在線及強化換熱的性能而優勢明顯。機組采用RCCS技術后，將能實現顯著的經濟效益。其經濟性體現在幾方面：①減小端差，提高凝汽器真空，大幅提高機組效率；②減少凝汽器每年清洗費用；③提高機組安全性；④避免化學清洗或機械清洗造成的的損傷及腐蝕。

陳萬偉（1979-），男，工程師，從事技術設備管理工作。

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2095-2066（2016）09-0236-02

2016-3-8