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余热发电站胶球清洗装置的应用(构成、工作原理、注意事项和运行效果)?
发布时间:2023/12/15 点击次数:255

余热发电站胶球清洗装置的应用(构成、工作原理、注意事项和运行效果)? 

     余热发电站胶球清洗装置的应用(构成、工作原理、注意事项和运行效果),在水泥生产线的余热电站中凝汽器冷却管由于冷却水质量问题,容易结垢,影响换热系数,使运行数据恶化并影响汽轮机的效率。而利用胶球清洗装置,可对管道实施在线而又快速高效的清洗工作。详细介绍了该装置的构成、工作原理、注意事项和运行效果,并对快速处理运行中的技术难题及处理方法也进行一一介绍。
     胶球清洗装置是凝汽式汽轮发电机组在运行中对凝汽器冷却管进行清洗的设备。该装置利用凝汽器冷却水流作用,将与冷却管内径相关规格的海绵胶球挤进管内,在机组连续工作且不降低负荷状态下,对冷却管内壁进行擦洗除垢,减少热阻,增大换热系数,降低凝汽器端差和汽轮机背压,提高机组热效率,保证机组安全可靠运行。同时,可减缓冷却管内壁腐蚀,有效改善清洗劳动条件。本文就该装置基本构成、在余热电站的安装及其运行作一介绍。
1胶球清洗装置构成
     胶球清洗装置主要由胶球泵、装球室、收球网、二次滤网、分汇器及相关阀门等组成,其流程如图1。存放于装球室中的胶球在胶球泵的驱动下,通过分汇器进入需清洗的凝汽器一侧冷却水进水管,在冷却水流压力差的作用下进入水室并挤进冷却管,对冷却管内壁进行擦抹。在出水管处被收球网隔栅网板捕捉,随部分热水经收球网导向管、分汇器被胶球泵送回装球室,完成一次清洗循环。
     胶球泵是清洗系统中提供胶球不断循环的动力设备。该泵采用特殊结构设计,为无障碍离心
泵,适合于输送含磨损性小的固态物质混合液体。本装置中,该泵具有不堵球、不切球和对胶球磨损性小等优点。
     装球室用于清洗系统的加球、收球和换球,在清洗间隔期间,可存放用于下次运行的胶球。装球室顶部压盖上设窥视窗,可在线观察胶球状况。
     收球网安装在凝汽器水侧出口管道上,内置活动式隔栅网板,作用是将胶球从出口冷却水中分离,并由导向管导出,通过胶球泵送入装球室,供循环使用。
     二次滤网安装在凝汽器水侧进口管道上,主要作用是过滤、清洁冷却水,除去可能堵塞凝汽器管板、管孔的杂物,确保胶球正常循环运行,提高回收率。当冷却水夹带杂物通过二次滤网时,杂物被挡在滤网的迎水面,净化的冷却水进入凝汽器。被滤网迎水面捕捉的杂物,通过网芯旋转,水流反向流动冲洗,由排污阀排出系统外。
     分汇器相当于三通阀,用于切换清洗系统,分别清洗凝汽器的两侧。清洗时,可通过窥视窗观察胶球运行情况。
     对于兆山建材3MW机组、冷却面积为420m2、冷却水进出口管径为φ400mm的凝汽器,选配的胶球清洗装置主要技术参数见表1。
表1胶球清洗装置主要技术参数
设备名称 型号规格 技术参数 
胶球泵 JQ125SS-11 流量66m3/h,扬程11m,功率5.5kW,转速960r/min,汽蚀余量4m 
装球室 WD300 设计压力0.6MPa,有效容积0.011m3 
收球网 SW400 通径DN400mm,隔栅材质1Cr18Ni9Ti,适用胶球规格中16mm~中18 mm
二次滤网 XGD-400 通径DN400mm,滤网孔径φ8mm,网芯转速<10r/min 
分汇器  通径:进口DN100mm,出口(I、Ⅱ)DN100mm 
2胶球清洗装置设备安装与配套改造
2.1胶球清洗装置设备安装
由于在余热电站设计时,没有考虑胶球清洗装置的工艺布置,在布置、安装时主要注意以下几点:
     (1)在不影响原有维护作业空间情况下,清洗装置尽可能靠近凝汽器,管道布置宜短、直,尽量减少“弯”的数量,以减小胶球循环运行阻力;
     (2)设备布置时,应考虑足够的操作和维修空间;
     (3)分汇器在管路中安装时,应设置固定支架;
     (4)胶球泵进、出口采用可曲挠橡胶接头弹性连接,底座安装隔震橡胶板;
     (5)装球室、胶球泵和切换器及相关管道在确保电站运行安全下,可先期安装,已减少停机时间。
2.2凝汽器改造和清洗
2.2.1凝汽器改造
     为提高胶球回收率和使用寿命,清洗装置投运后不影响凝汽器监测、放水、排空等现有的装置,需对凝汽器进行相应的改造:
     (1)封堵前、后水室通流死角,特别是上水室上部盲区(图2),防止胶球在此聚积,影响收球率;
     (2)消除前水室上、下部分(冷却水进水侧、出水侧)短路,提高冷却效率和胶球清洗效率,同时可防止胶球在水室上、下隔板缝隙处躲藏;图2上水室死角处理
     (3)对连接在凝汽器水侧上所有监测管孔、空气管、放水管等加装滤网,对不用的管孔加装堵头或盲板;
     (4)消除冷却管管口快边和毛刺,防止胶球被“刺”在管口处,也可减少胶球破损几率,提高使用寿命。
2.2.2凝汽器胶球清洗装置
     对于在运行的凝汽器,由于水室和冷却管内壁存在不同程度的脏污和结垢,在胶球清洗装置投运前,需对水室、冷却管板和冷却管内壁进行预清洗,清除污垢,以确保胶球运行畅通无阻。根据脏污和结垢的实际情况,可采用毛刷清洗、喷枪清洗和化学清洗等方法。
3运行和应用效果
3.1胶球规格选择和应用
     胶球规格的选择应根据凝汽器冷却管管径来确定,对于海绵胶球,需考虑其湿态膨胀系数,一般管径-干球径≤1~2mm的方式选择,兆山建材凝汽器冷却水管规格为φ18mm,选择了φ16mm、φ17mm和φ18mm三种规格的海绵胶球,技术指标见表2。
表2胶球技术指标
规格外观指标物理性能
φ16①发孔均匀,气孔大小接近;
φ17②孔眼缺胶深度≤3mm,每球不大于3个,缺胶面积总和不大于外表面积的10%;
φ18③直径公差±0.5mm。
     在40℃±1℃水中浸泡48h湿态质量密度变化0.9-1.2g/cm3,球径变化広不大10%。
     胶球投运前,尽管已预清洗过冷却管,但仍应先选择小号球运行,在保证收球率情况下,逐步掺入稍大球运行,直至完全采用干球径等同于冷却管的胶球运行,可有效防止冷却管预清洗不彻底导致大球卡堵现象。
3.2胶球投入数量
     胶球投入数量一般按照凝汽器单侧单流程冷却管根数的10%确定,根据冷却水水质、冷却管脏污程度和胶球收球率等情况,也可取冷却管根数的8%~14%来投放胶球。运行初期,宜小数量投放胶球,清洗装置运行正常、收球率符合要求后再加大投放量。
3.3运行时间和间隔周期
     根据标准规定,胶球清洗装置在设计的运行条件下,投入规定的胶球数,运行30min后,收球15min,收回的胶球数和投入的胶球数的百分比(收球率)应大于90%。实际运行时间和间隔周期可根据冷却水质、加药处理情况、季节变化、冷却管脏污程度或凝汽器端差和循环水温升等综合确定和调整。兆山建材在实际应用中,配合冷却水加药处理,经过几次调整后,基本按照“运行45min,收球15min,夏季每日一次,冬季两日一次”的规定运行。
3.4胶球清洗装置运行操作
     对于像兆山建材手动操作的胶球清洗装置,运行操作规程参考如下:
3.4.1投运前的准备
     ①用温水浸泡干胶球大于12h,去除浸泡后不合格的湿胶球;
     ②二次滤网运转正常,并能自动排除杂物积污;
     ③胶球泵加油试运转正常并记录空载运行电流,检查设备及各阀门、连接管道、法兰等附件无渗漏;
3.4.2运行操作
     ①收球网手柄(上手柄)切换至“收球”位,并确认锁紧手柄(下手柄)已切换至"关"位(表示网板已锁紧);分汇器切换至当前需清洗凝汽器一侧的位置,并检查确认两台分汇器的方向在同一通流流程中;
     ②装球室切换手柄在“收球”位,将浸泡合格的湿胶球按规定数量放入装球室,关闭并压紧上盖,关闭装球室下部放水阀,打开顶部放气阀。
     ③打开清洗侧收球网导向管出口阀门(图1中序号1或3)和胶球入凝汽器进水管阀门(图1中序号2或4),向装球室注水,至顶部放气阀出水,关闭放气阀。
     ④启动胶球泵,同时打开泵出口阀门(图1中序号5),将装球室手柄切换至“运行”,装置即进入运行状态,胶球进入系统开始清洗、循环。通过装球室和分汇器窥视窗可以观察胶球运行情况。
     ⑤记录开始运行时间和胶球泵运行电流。
3.4.3收球
     ①将装球室手柄切换至“收球”位,运行15min;
     ②关闭胶球泵出口阀门,停止胶球输送泵;
     ③关闭收球网导向管出口阀门和胶球入凝汽器进水管阀门,打开装球室放水阀和放气阀,松开压板检查、清点胶球,并记录;
     ④先将收球网下手柄切换至“开”位(表示锁紧松开,可以切换网板),再将上手柄切换至“运行”,并锁紧,此时冷却水对收球网网板进行反冲洗,清除积污。
3.5胶球清洗装置应用效果
3.5.1胶球清洗装置收球率
     胶球清洗装置从2009年8月初开始运行至今,除发生的几次操作错误导致收球率低外,其它收球率均在98%以上,也常出现收球率超出100%的现象,说明上次清洗时部分没有收回的球,在本次被额外收回。同时表明,胶球循环流程畅通,死角少,冷却水在凝汽器水室中基本无短路现象,冷却管清洁,不存在滞留胶球现象,胶球清洗装置运行正常。
3.5.2胶球清洗装置冷却管清洗前后对比
     胶球清洗前后观察到的冷却管内壁(管口处)见图3。从水室观察窗可看出,清洗后,冷却管管口处无积垢脏污,内壁清洁、湛亮,完全露出了不锈钢材质的本色。用长毛刷检查冷却管深处,毛刷干净,无污泥等脏污附着。
图3胶球清洗装置应用前后冷却管口对比
表3胶球清洗装置运行前后机组热经济指标对比
类别 月份 凝汽器冷却水进口温度/℃ 凝汽器端差/℃ 凝汽器真空/kPa 发电能力/(kW·h?1)
运行前 67 32.7335.80 10.357.93 -88.24-87.86 2597.962641.60
运行后 89 35.51 34.10 7.016.82 -88.26 -89.76 2662.65 2740.64
3.5.3胶球清洗装置热经济指标
     由于是在电站投产当年进行的胶球清洗改造,无改造前后同期数据对比,同时考虑环境温度对凝汽式机组发电能力的影响,为提高可比性,故取装置运行前后两个月、当地气温较为接近的6,7,8,9月份数据进行比较(见表3)。比较数据来源于电站计算机每整时自动生成的运行报表,并计取月平均值。
     6月份,由于电站投产运行4个月凝汽器没有采取任何清洗措施,且投产初期对循环冷却水水质控制的重要性认识不足,导致凝汽器冷却管内积污严重,部分管内污泥淤积达管径的1/3。从统计数据可明显看出,尽管冷却管进水温度比较其它三个月相对较低,但凝汽器端差却较高。7月初打开前后水室门,进行人工清洗后,端差显著降低。8月份胶球清洗装置投运后,端差进一步降低,凝汽器真空和机组发电能力均得到提升。特别是胶球清洗装置投运2个月后,在冷却管进水温度比6月份高34.10-32.73=1.37℃情况下,端差降低了10.35-6.82=3.53℃;在机组发电能力高出2740.64-2597.96=142.68kW/h情况下,凝汽器真空却提高了89.76-88.24=1.52kPa,充分表现了凝汽器胶球在线清洗对提高机组热经济性能的显著效果。
4胶球清洗装置出现的问题
4.1胶球清洗装置收球网操作顺序错误导致收球率低或收不到球
     装置运行初期,发生过一次收球率不到10%的事故。经检查,装球室操作正确,两台分汇器切换一致,清洗侧收球网上下手柄位置正确。再次启动胶球泵收球,仍然收不到球,怀疑是收球网内网板出了问题,胶球被热水带到了循环水池。现场查看水池水面上确实悬浮了几颗胶球,在以后的停机检修时发现,从收球网逃逸的胶球大部分聚集在冷却塔喷嘴和塔内填料中。
     经操作收球网网板手柄;发现在锁紧状态下仍然可灵活转动。松开锁紧手柄,切换网板手柄至“收球”位,再重新锁紧,网板手柄被固定,不可转动。试投入少量胶球,全部被收回,投入规定数量的胶球,收球率恢复到原先的98%以上,装置正常。
分析发生此次事故的原因,主要有两点:
     (1)操作人员没有按操作流程进行收球网的切换,先操作锁紧手柄进行了空锁紧,再切换网板至“收球”位,尽管网板手柄有到位孔限位,但内部网板在水流的作用下,仍有较宽裕的活动范围,导致胶球泄漏;
     (2)收球网设计制造存在缺陷,网板和锁紧机构之间应增设“联锁”关系:在网板没有切换到位情况下,锁紧机构应无法执行锁紧;或在操作失误,导致空锁紧时,网板切换无法到位,操作手柄不能进入限位孔,迫使操作人员执行正确操作。此次事故后,兆山建材用一根钢丝将上下两个手柄连在一起,仅起到提醒、注意的作用,没有从根本上消除该缺陷。
4.2停止胶球泵流程错误,导致收球率降低
     同样是在运行初期,一次收球结束停止装置时,没有先将胶球泵出口的阀门关闭,而直接停泵,导致已被装球室收集的胶球,部分又被倒吸入泵内和管道中,影响了收球。后经重新操作收球程序,将胶球收回。此操作错误易导致胶球泵堵转,严重时可造成叶轮损坏和电动机烧毁。
     在与其它电厂交流学习时,某单位胶球泵出口采用了止回阀,简化了操作流程,同样起到防止胶球被倒吸入泵内的情况发生。
     胶球清洗装置在余热电站的应用,实现了凝汽器冷却管的在线清洗,在发电机组连续工作、不降低负荷情况下,可随时投入使用,始终保持冷却管的清洁,提高了凝汽器的传热效率,保障了凝汽器的安全经济运行。随着凝汽器在线清洗技术在水泥窑余热电站的广泛应用,建议设计单位在余热发电设计时,同步考虑凝汽器胶球清洗装置的设计,以提高该装置工艺布置的业性和合理性,也可避免后期改造影响发电机房的美观。