提高凝汽器膠球清洗裝置系統收球率的方法說(shuō)明
提高凝汽器膠球清洗裝置系統收球率的方法說(shuō)明，提高膠球清洗裝置對凝汽器鈦管的清洗效率，進(jìn)而增強機組運行的經(jīng)濟性。現通過(guò)對某電廠(chǎng)膠球清洗裝置中膠球的受力分析，找出了影響膠球清洗裝置收球率高低的具體原因，改進(jìn)了相關(guān)設備，進(jìn)而使凝汽器膠球清洗裝置收球率從70%上升到98%，極大地提高了蒸汽輪機的運行效率。
火力發(fā)電廠(chǎng)使用的凝汽器膠球清洗裝置可在機組不減負荷的情況下清洗凝汽器冷卻水管的內壁，從而降低凝汽器的端差和汽輪機背壓，是保證汽輪機安全運行和降低煤耗不可缺少的輔機配套設備。20世紀50年代初，膠球清洗裝置，其基本工作原理是在運行的凝汽器冷卻管中投入一定數量的膠球，使它們連續地在凝汽器換熱管內流過(guò)，對冷卻管內壁起到清洗作用。但是，由于選用膠球、冷卻水水質(zhì)、清洗裝置和凝汽器結構等方面的影響，國內大多數電廠(chǎng)膠球清洗裝置都沒(méi)有發(fā)揮出應有的作用。
對凝汽器膠球清洗裝置系統中膠球的受力分析，判斷膠球清洗裝置什么環(huán)節影響膠球的收球率，并提出相應的解決方案，找出了改造膠球清洗裝置的方法。同時(shí)，通過(guò)實(shí)驗驗證了該方法的有效性。
1膠球清洗裝置工作流程
凝汽器膠球清洗裝置系統如圖1所示，膠球清洗過(guò)程可分為三個(gè)階段：
（1）膠球通過(guò)膠球泵打入至凝汽器循環(huán)水進(jìn)水管的階段；
（2）膠球通過(guò)凝汽器鈦管的清洗階段；
（3）膠球被循環(huán)水帶至凝汽器循環(huán)水出水管的階段。膠球清洗裝置正常運行時(shí)，收球網(wǎng)電動(dòng)閥關(guān)閉，膠球泵和1號、2號、3號閥門(mén)開(kāi)啟，膠球泵運行。膠球通過(guò)膠球泵的吸力，從凝汽器循環(huán)水出口收球網(wǎng)前打到凝汽器循環(huán)水進(jìn)口。膠球清洗裝置收球時(shí)，關(guān)閉裝球室電動(dòng)閥，膠球在膠球泵和循環(huán)水的共同作用下，被帶至裝球室內。
圖1凝汽器膠球清洗裝置系統圖
2各個(gè)階段膠球的受力分析
2.1膠球在凝汽器循環(huán)水進(jìn)水階段的受力分析
如圖2所示，在上升階段，膠球向上受到膠球浮力和循環(huán)水流對它的沖擊力，向下受到重力作用。
圖2膠球的上升過(guò)程
由于實(shí)際中膠球的密度小于水的密度，膠球的浮力大于膠球重力，所以膠球浮力與水流沖擊力之和大于膠球的重力，此時(shí)膠球向上運行，不會(huì )滯留在凝汽器鈦管中。
2.2膠球在清洗過(guò)程中的受力分析
在清洗過(guò)程中膠球的受力如圖3所示。膠球的清洗過(guò)程ρν2+ρgh+P=CFC=PSFM=μFN式中：ρ為流體密度；ν為流體流速；g為重力加速度；h為該點(diǎn)所在的高度；P為流體的壓強；C為一個(gè)常量；FC為膠球在鈦管中所受的沖擊力；S為鈦管的橫截面積；FM為膠球與鈦管壁之間的摩擦力；μ為膠球與凝汽器鈦管之間的摩擦系數；FN為膠球對凝汽器鈦管的正壓力。
由式（1）和式（2）可知，當凝汽器鈦管出現大規模堵塞時(shí)，凝汽器循環(huán)水由于鈦管堵塞的截流作用，流速ν減小，壓強P增加。由于凝汽器循環(huán)水管橫截面沒(méi)有變化，壓強P增大，膠球在鈦管中所受的沖擊力FC也增大。
由式（3）可知，膠球在鈦管中水平方向受到膠球與鈦管壁的摩擦力的作用，當FC＞FM時(shí)，膠球則可運動(dòng)。所以投球時(shí)，不宜選用體積過(guò)大的膠球，因為體積過(guò)大會(huì )導致膠球與鈦管之間摩擦力過(guò)大，從而影響膠球裝置的收球率。
2.3膠球在循環(huán)水出水管的受力分析
如圖4所示，膠球向下受到重力和循環(huán)水對膠球的沖擊力。
圖4patagoniatips.com的下降過(guò)程
膠球的后受力可以用下列方程表示：FJ=（FC+G）-FF（4）FF=ρSgVP（5）FC=αρSSJv2（6）G=mg（7）m=ρJVQ（8）式中：FJ為膠球的后受力；FC為水對膠球向下的沖力；G為膠球的重力；FF為膠球在水中所受的浮力；ρS為水的密度；g為重力加速度；VP為膠球的排水量；α為系數；SJ為膠球截面積；v為水流的流動(dòng)速度；m為膠球的質(zhì)量；ρJ為膠球的密度；VQ為膠球的體積。由上式可以看出，水流的流動(dòng)速度越小，作用在膠球上的沖力FC就越小；速度越大，FC就越大。
（1）當FC＞FF-G時(shí)，膠球受力向下；
（2）當FC＜FF-G時(shí)，膠球受力向上；
（3）當FC=FF-G時(shí)，膠球懸浮。
2.3.1凝汽器鈦管堵塞程度與膠球清洗裝置收球率的關(guān)系。
（1）當凝汽器鈦管堵塞幾根時(shí)，凝汽器出口循環(huán)水動(dòng)能變化不大。
（2）當凝汽器鈦管大面積堵塞或收球網(wǎng)堵塞嚴重時(shí)，凝汽器出口循環(huán)水動(dòng)能降低。動(dòng)能公式如下：E=mv2（9）式中：E為動(dòng)能；m為質(zhì)量；v為速度。當水流動(dòng)能降低，水流就會(huì )減弱，水流減弱，凝汽器循環(huán)水出水管循環(huán)水對膠球的沖力FC就會(huì )減小，這樣出口管道的膠球就可能漂浮在凝汽器循環(huán)水出水管頂部或懸浮在水中。當膠球的密度過(guò)小、收球網(wǎng)堵塞嚴重或凝汽器鈦管大面積堵塞，FF＞FC+G時(shí)，膠球會(huì )懸浮在凝汽器循環(huán)水出水管頂部。
2.3.2如何解決膠球在循環(huán)水出水管的堵塞問(wèn)題
收球網(wǎng)堵塞程度和膠球在鈦管里的堵塞程度會(huì )逐漸降低膠球清洗裝置的收球率，同時(shí)膠球的密度也是影響膠球清洗裝置收球率的重要原因。因此，該廠(chǎng)通過(guò)以下改進(jìn)措施使得膠球清洗裝置收球率從85%提升到了90%，結果如表2所示。
表2膠球清洗裝置收球個(gè)數對比
投球個(gè)數收球個(gè)數
改進(jìn)前400341
改進(jìn)后400361
（1）定期清理一、二次濾網(wǎng)和收球網(wǎng)上的垃圾；
（2）選擇合適的二次濾網(wǎng)，加強二次濾網(wǎng)的過(guò)濾性能，盡可能減少冷卻水中的雜質(zhì)。
3其他影響因素及解決方案
3.1凝汽器膠球清洗裝置收球網(wǎng)電動(dòng)閥或裝球室電動(dòng)閥關(guān)閉不嚴密
3.1.1凝汽器膠球清洗裝置原因分析
膠球清洗裝置收球階段，裝球室電動(dòng)閥如果關(guān)閉不嚴密，在收球過(guò)程中就會(huì )有部分膠球在膠球裝置內循環(huán)。當膠球泵停止運行后，凝汽器循環(huán)水管道內仍有部分膠球并未被收集到裝球室，這時(shí)打開(kāi)收球網(wǎng)，凝汽器循環(huán)水管道內的膠球就會(huì )漏出到系統外。
3.1.2凝汽器膠球清洗裝置解決方案
定期對膠球清洗裝置各電動(dòng)閥做嚴密性試驗。
3.2凝汽器膠球清洗裝置工作人員收球時(shí)操作不當
3.2.1原因分析
在膠球清洗裝置收球過(guò)程中，凝汽器循環(huán)水入口壓力大于凝汽器循環(huán)水出口壓力，即根據圖1所示，A處的壓力要大于B處的壓力。若收球過(guò)程中先停止膠球泵再關(guān)閉2號電動(dòng)閥、3號電動(dòng)閥，凝汽器循環(huán)水就會(huì )通過(guò)3號電動(dòng)閥和2號電動(dòng)閥而進(jìn)入裝球室，從而把膠球帶出裝球室，讓膠球從B處流出。
3.2.2解決方案
根據圖1所示，該廠(chǎng)通過(guò)在3號門(mén)出口處設置一個(gè)逆止門(mén)，讓水流只可從3號門(mén)出口打到凝汽器循環(huán)水進(jìn)水母管。這樣即便有人操作錯誤，也可避免膠球從裝球室反送到凝汽器循環(huán)水出口處的情況。
3.3凝汽器膠球清洗裝置膠球泵抽吸能力不足
3.3.1原因分析
若膠球泵抽吸能力不足，則會(huì )導致膠球不能在膠球清洗裝置內循環(huán)，從而導致膠球無(wú)法回收。
3.3.2解決方法
膠球清洗裝置運行時(shí)，凝汽器循環(huán)水出口門(mén)并未在全開(kāi)狀態(tài)，若開(kāi)大凝汽器循環(huán)水出口門(mén)，凝汽器循環(huán)水出水管壓力便會(huì )逐漸降低。由于膠球泵入口接在循環(huán)水出水管處，凝汽器循環(huán)水出水管壓力越低，則膠球泵抽吸能力越弱。根據圖1所示，該廠(chǎng)通過(guò)提升收球網(wǎng)布置位置，放低膠球泵入口位置，從而增大膠球泵入口靜壓力。根據靜壓力公式P=ρSgh(ρS=1.0×103kg/m3；g=9.8m/s2；h為高度），該廠(chǎng)使膠球泵低于收球網(wǎng)入口1m，膠球泵的入口靜壓約等于增加0.01MPa，這樣便保證了開(kāi)大循環(huán)水出水電動(dòng)閥的開(kāi)度來(lái)增加循環(huán)水的流速，從而改變膠球的受力，既避免了膠球漂浮在循環(huán)水出水管頂部的情況，又避免了開(kāi)大循環(huán)水出水管電動(dòng)閥致使膠球泵入口壓力不足的問(wèn)題。
3.4凝汽器膠球清洗裝置收球網(wǎng)夾角的大小
3.4.1原因分析
當凝汽器循環(huán)水出口流速非常大，膠球浮力FF已經(jīng)遠小于水流對膠球的沖擊力FC時(shí)，膠球在膠球泵入口收球網(wǎng)處的受力情況如圖5所示。
根據圖示可知，膠球向下的力F1為水流沖力和膠球自身重力G的合力與膠球浮力FF的差值，收球網(wǎng)面向上受到摩擦力FM，向下受到F1的分力作用和膠球對收球網(wǎng)的正壓力F3（注：由于圖片原因，F3是垂直于收球網(wǎng)網(wǎng)面的）。由圖5可知，F3垂直于收球網(wǎng)斜面，F1垂直于水平面，所以∠b=∠a；由于F2與F3垂直，所以∠b=∠c。
圖5膠球在收球網(wǎng)處的受力情況
可知，∠a=∠b=∠c。由圖5可知，F2和F3之間的關(guān)系為F2=F3tan∠a，因為FM=μF3，根據以上各個(gè)方程式可知，FM=μ·F2。由于膠球與收球網(wǎng)網(wǎng)面的摩擦系數μ不可知，則取大值，設μ=1；又因為當0。<∠a＜90。時(shí)，角度越大正弦值越大，則：
（1）當膠球與收球網(wǎng)面夾角∠a=45。時(shí)，因為tan45。=1，那么FM=F2，在不考慮膠球泵吸力的情況下，球會(huì )靜止在收球網(wǎng)上；
（2）當膠球與收球網(wǎng)面夾角45。<∠a＜90。時(shí)，那么FM＜F2，在不考慮膠球泵吸力的情況下，球會(huì )往收球網(wǎng)下面走而進(jìn)入膠球泵入口中；
（3）當膠球與收球網(wǎng)面夾角0。<∠a＜45。時(shí)，那么FM＞F2，在不考慮膠球泵吸力的情況下，球反而會(huì )沿著(zhù)收球網(wǎng)往上走。
3.4.2解決方案
正常情況下，摩擦力系數μ＜1。由于該廠(chǎng)收球網(wǎng)夾角為60。所以排除此原因對收球率的影響。
3.5凝汽器膠球清洗裝置膠球在膠球清洗裝置中活動(dòng)空間過(guò)大
3.5.1原因分析
由于循環(huán)水出水管管徑非常大，所以膠球的活動(dòng)范圍非常廣，而空間越大，越容易把膠球滯留其中。
3.5.2解決方案
該廠(chǎng)通過(guò)提高收球網(wǎng)的位置來(lái)減少膠球在凝汽器循環(huán)水出水管中的活動(dòng)空間，同時(shí)設置一個(gè)膠球導流板，如圖6所示，引導膠球進(jìn)入膠球泵入口位置。
改進(jìn)結果如表3所示。
表3 膠球清洗裝置收球個(gè)數對比
投球個(gè)數收球個(gè)數
改進(jìn)前 400361
改進(jìn)后 400392
4結語(yǔ)
該電廠(chǎng)通過(guò)選用合適直徑的膠球、定期清洗膠球系統內垃圾、更改膠球泵的布置、設置好收球網(wǎng)夾角等改進(jìn)措施，使膠球清洗裝置收球率從70%終上升到98%，有效提高了機組運行的經(jīng)濟性。本文分析了影響膠球清洗裝置收球率的各種因素，提出了改善膠球清洗裝置收球率的相關(guān)措施，為電廠(chǎng)運行人員提供了一定的參考。
