芻議沿海發電廠凝汽器膠球清洗系統收球率問題

熊乘甫

（深圳能源集團股份有限公司東部電廠，廣東深圳 518120）

0 引言

凝汽器在凝汽式汽輪發電機組的熱力循環中有著重要作用，其換熱效率直接關系到凝汽器端差及機組真空。當循環海水通過凝汽器鈦管時，會產生雜質并且結垢，隨著污垢厚度的增加，凝汽器的換熱熱阻逐漸增大，嚴重時甚至會在鈦管內附著生長海生物（主要為藤壺貝類），堵塞鈦管，導致凝汽量減少，端差增大，最終導致汽輪發電機組效率下降。因此，必須定期清洗凝汽器冷卻水管路，對維持膠球清洗系統較高的收球率對保持凝汽器換熱管路的清潔、提高凝汽器的換熱效率，甚至提高整個機組的熱效率，有著重要影響。某廠凝汽器參數見表1。

表1 凝汽器參數[1]

1 膠球清洗系統簡介

膠球清洗凝汽器冷卻水管是近20年來發展起來的新技術，它利用特制的裝置將海綿球輸入凝汽器冷卻水入口管，通過凝汽器膠球在線清洗裝置，確保凝結器內部管束表面的清潔度，達到清掃冷卻水管的目的。

以南方某沿海燃氣-蒸汽聯合循環發電廠為例，該電廠位于深圳市大鵬灣某海岸，海域水質狀況近年來達到國家一類、二類水質[2]，電廠機組冷卻水取自海水。膠球清洗系統設計清洗流程如圖1所示[3]。清洗方法：將海綿球裝入裝球室，隨冷卻水流經凝汽器水室進入冷卻水管內，再經過達到清洗的目的。

圖1 膠球清洗系統設計清洗流程

2 收球率的定義

滿足系統布置、設備安裝及運行條件，在正常投球量下，膠球清洗系統正常運行30 min，收球15 min，收回的膠球數與投入運行的膠球數的百分比。根據電力行業的相關標準要求：系統滿足設備運行條件下，收球率超過90%為合格，達到94%為良好，達到97%為優秀；系統按規定要求運行，且收球率達到合格及以上時，能經常保持冷卻管內清潔，減輕管壁腐蝕，并能明顯減緩冷卻管中結硬垢的速度[4]。而根據機械設備制造行業的相關標準要求：當循環水一次濾網凈水效果良好，凝汽器水室中死角已消除，凝汽器系統處于正常狀態時，在設計的運行條件下，額定功率不大于50 MW的機組的膠球清洗裝置的收球率應達到90%，額定功率50 MW以上機組的膠球清洗裝置的收球率應達到95%[5]。

可見，無論按哪種標準規定，皆要求發電廠的膠球清洗系統收球率至少≥90%。

3 膠球清洗系統收球率現狀

該電廠在年度技術監督內容中發現，凝汽器膠球清洗系統收球率偏低，因此要求深入分析原因并提高收球率至設計值。而通過調研半島另一側海域的同類型機組的燃氣-蒸汽聯合循環發電廠，反饋意見均為收球率不能滿足設計要求。調研位于深圳西邊珠江出海口海域的同類型燃氣-蒸汽聯合循環發電廠和內地一家采用淡水循環冷卻的燃煤機組，反饋意見為通過更換收球設備廠家后，整體收球率變化不大，但有時綜合收球率會接近甚至大于100%。

附近核電基地因為大亞灣海域海水水質較為干凈，所有機組只安裝有二次濾網，未安裝收球系統設備，認為通過24 h連續加藥方式和機組每次檢修期間清洗鈦管內壁，膠球在線清洗無實際意義，因此不存在收球率問題。

4 收球實驗

4.1 實驗條件

為確保實驗數據的客觀真實性和滿足設備制造廠家的要求，實驗期間除手動操作需要外，膠球清洗系統按設備說明要求保持24 h自動模式下連續運行。機組大修期間已檢查確認系統管路通常，收球網動作順暢，網板格柵間距7 mm，無遺留雜物。單側膠球投入量按凝汽器單流程換熱管數量的7%～13%執行，本次試驗單側獨立加注膠球，保證技術設計上滿足1 h內有12個膠球平均通過每根鈦管。試驗膠球選用日常使用的膠球即26-P-150-3，其中：26為膠球直徑，P150為材料（標準棕色磨料球），3為硬度（中等彈性），滿足膠球直徑大于凝汽器鈦管1～2 mm的要求（圖2）。膠球投運前進行泡水試驗，再對比前后尺寸（圖3）。選定大修結束后投運的2#機組膠球清洗系統，A、B側同時進行試驗。檢修部與運行部密切協作完成。

圖2 實驗用球尺寸檢測

圖3 膠球投用前泡水試驗

4.2 實驗過程及結果

實驗過程及結果見表2。其中，標準規定正常投球量：指投入運行的膠球數量是凝汽器單側單流程冷卻管根數的7%～13%；投球率：500/6684=7.5%，700/6684=10.45%。

表2 實驗過程及結果

試驗期間發現，機組運行時3臺凝汽器A、B側入口進水管壓力在0.05～0.06 MPa，回水管為0 MPa，說明位于回水母管壓力檢測裝置下游的收球網壓差取樣裝置在機組正常投運時壓差的波動極小，不存在緊急反洗的可能性。并且實驗期間觀察，收球網并無打開反洗動作，因此可以排除系統丟失膠球的條件。

4.3 實驗結論

（1）隨著收球時間的延長，收球率逐步提高。

（2）在行業標準規定的收球時間15 min內收球率高于40%，不合格，但是延長收球時間后膠球回收率（綜合收球率）≥90%。

（3）收球設備無缺陷，實際運行過程中正常反洗次數較少、緊急反洗次數更少（大鵬灣海域水質達到國家海洋一類水質標準，海水中污物、雜物等固體懸浮物較少，大型雜物已被旋轉濾網、二次濾網過濾掉，極少有雜物導致收球網處于反洗狀態，試驗6 d期間未發現一次反洗模式），因此可以排出系統漏球、跑球的可能性缺陷。

（4）如果運行過程中連續投球，再延長收球時間，綜合收球率會接近甚至大于100%，主要原因是由于設備自身結構而導致凝汽器內部積球。

5 結束語

解決膠球系統收球率低問題，應從系統設備特性和運行管理兩個方面著手：結合定性和定量的指標分析、案例分析，保證循環水系統啟動時水室排空應徹底，防止凝汽器水室上部積存空氣影響膠球正常流動；同時優化凝汽器水室內部流場，滿足無死角和渦旋；選擇合適的膠球種類和延長收球時間，以保證膠球清洗系統有較高的綜合收球率。這對于減小凝汽器端差、提高汽輪機循環熱效率以及維持機組經濟性運行具有實用意義。