凝汽器在線清洗及強化換熱系統RCCS在鋼鐵余熱發電站的應用

攀鋼（集團）西昌鋼釩有限公司 劉習平

鋼鐵余熱電廠冷端系統運行效率的高低對于電廠運行的經濟性至關重要。凝汽器真空直接影響發電機組的經濟效益。鋼鐵余熱電廠凝汽器長期運行后，由于循環水水質惡劣等多方面因素常常出現結垢問題。結垢產生的熱阻大大影響凝汽器換熱效率，端差上升從而導致真空下降，因此結垢問題是凝汽器真空下降的主要原因。解決結垢問題，常規的處理方法是采用定期清洗，效率低、改進效果有限。本文應用的RCCS產品具備在線除垢與強化換熱兩種功能，可有效解決鋼鐵余熱電廠凝汽器結垢問題，提升凝汽器換熱效率。

1 RCCS產品技術優勢

列管式換熱器強化換熱系統（簡稱RCCS）是在凝汽器每根換熱管內安裝螺旋紐帶，當機組運行時，利用循環水自身的流速驅動螺旋紐帶在換熱管內不停地快速旋轉，強化管內流體的旋轉流動，破壞水垢的形成機理，在設計思想上擺脫了傳統的被動清洗除垢概念，變被動除垢為主動防垢，同時實現強化換熱。

RCCS的安裝十分便捷，只需在凝汽器每根換熱列管內安裝此裝置，無需外部動力，在水流的作用下高速旋轉，改變管內層流為紊流狀態，進而達到強化換熱和在線清洗的目的。

RCCS除垢防垢原理：污垢的形成一般要經歷起始、運輸、附著、老化、剝蝕五個階段。加裝RCCS后打破邊緣滯流層，破壞了污垢形成的其中3個階段，通過強化擾流和對管壁不規則刮掃，實現在線除垢防垢。

RCCS強化換熱機理：加裝RCCS后，在水流的作用下螺旋紐帶高速旋轉，換熱管內循環水流動狀態由層流變為高強度紊流狀態，打破管內溫度分層，將流體邊界滯留層厚度降低一個數量級，從而實現強化換熱功效，有效提升凝汽器的運行效率。如圖2所示，裝RCCS前凝汽器換熱管內水流呈層流狀，加裝RCCS后凝汽器換熱管內水流呈紊流狀。

RCCS產品技術優勢：設計壽命10年以上；高精度加工的螺旋結構運行平穩，水阻小；特殊高分子材料配方，強度、韌性、耐候性、缺口敏感度等性能優良，材料密度與水密度非常接近，不漂浮、不下沉、使紐帶能很好地沿著換熱管軸心旋轉；獨特的流體動力結構特征，強化擾流，降低了生物粘泥在紐帶上的附著力；高強度鋼連接件，設計緊湊，摩擦系數低，使用壽命長；旋轉部件采用獨有特種陶瓷軸承專利技術，耐磨性能優良，旋轉次數達50億次。

RCCS與其他傳統的凝汽器清洗方式相比具有以下優勢：膠球清洗、超聲波除垢、機器人清洗等通常由外設設備及外加動力完成對凝汽器的不定期清洗，從結構及原理上無法實現強化換熱，而RCCS凝汽器強化換熱系統通過強化擾流的作用打破換熱管內溫度分層，可同時實現在線清洗和強化換熱的目的；RCCS安裝十分便捷，無需外加動力，利用循環水驅動紐帶快速旋轉，而其他清洗方式通常則需要安裝外源性設備，額外增加了清洗成本；RCCS無需專人維護，使用壽命最長可達十年，而膠球清洗方式常常存在膠球回收率低等難題。

2 項目應用效果

2.1 項目概況

攀鋼集團西昌鋼釩有限公司能源動力中心發電站有5臺汽輪發電機組，其中1#～4#發電機組為抽凝式汽輪發電機組，5#發電機組為凝汽式汽輪發電機組。1#～3#發電機組共用一套循環水系統，4#～5#發電機組共用一套循環水系統。發電站1#～3#發電機組設計背壓5.8kPa(真空度77.92kPa)，4#發電機組設計背壓7.6kPa(真空度76.12kPa)，5#發電機組設計背壓7.5kPa(真空度76.22kPa)。統計2017年12月～2018年5月1#～5#發電機組真空及端差情況（表1），發電機組冷端具有較大節能空間。根據目前發電機組運行情況，優先5#發電機組安裝凝汽器在線清洗及強化換熱裝置RCCS，提高發電機組運行經濟性。

表1 西昌鋼釩5臺發電機組運行參數

2.2 項目主要技術參數

地理條件：本工程場地抗震設防烈度為9度，室外場地設計標高GL為+1532m，車間地坪標高FL=GL+0.30m；環境及工藝條件：年平均溫度17.2℃，最高溫度35.0℃，最低溫度-6℃，年最熱月平均溫度（8月）23.8℃，年最冷月平均溫度（1月）9.4℃，年最大氣溫日差10℃左右；大氣相對濕度：年平均相對濕度61%，夏季月平均相對濕度的最高值75%，冬季月平均相對濕度的最高值50%；年平均氣壓83.72kPa。

循環水水質數據：總硬度800mg/L，懸浮物≤100mg/L，Cl-≤260mg/L；凝汽器主要技術參數：型式N-3600-1，冷卻面積3600m2，冷卻水量10000t/h，冷卻水溫30℃，凝汽器背壓7.6MPa；冷卻管規格1：∮25×1×9390，冷卻管總根數4884，冷卻管材質06Cr19Ni10；換熱管與管板連接方式：脹接、焊接、脹焊并用；換熱管型式：普通光管、內螺紋管；循環水系統主要技術參數：共5臺泵，運行1臺機組需要2臺水泵，循環水系統運行方式為母管制、單元制，循環水泵型號為XN0s700-700，功率500kW，流量5650m3/h，揚程22m。

2.3 RCCS產品技術參數

螺旋扭片材質為特種高分子材料，連接件材質為不銹鋼，軸承材質為水下微型陶瓷軸承。其他參數：螺旋扭片寬度B為17.5±0.1mm，螺旋扭片長度L為7600mm，螺旋扭片厚度T為1±0.1mm，螺旋扭片數量4884根，連接件及軸承數量4884套。

2.4 項目實施效果

通過近一年多的穩定運行，通過RCCS的在線除垢與強化換熱功能，降低端差，從而提高真空。改進前后數據如表2。

表2 西昌鋼釩5#發電機組實施RCCS前后主要運行參數對比

3 結語

攀鋼集團西昌鋼釩有限公司能源動力中心發電站5#發電機組實施RCCS后有效降低機組端差，機組真空提高1.5～2kPa，增發電量2～3%，同時減少凝汽器清洗次數與費用，直接經濟效益較為顯著。與凝汽器傳統的清洗方式相比，RCCS具有高清潔性、安裝便捷、耐高溫耐腐蝕、環保無污染等優勢，同時兼具強化換熱效果，大幅提高機組效率，實現節能降耗，經濟效益十分突出。