小機-央空調冷凝器膠球清洗裝置系統長(cháng)期無(wú)法收球問(wèn)題的治理與效果分析

為了逐步實(shí)現“雙碳”目標，各發(fā)電企業(yè)通常采用汽機通流改造、供熱改造等成熟技術(shù)進(jìn)行節能優(yōu)化，取得了突出效果。隨著(zhù)“三改”政策的穩步實(shí)施，節能減排工作要求愈加嚴苛。現以某廠(chǎng)小機膠球清洗裝置系統改造前后節能量、碳減排量的計算為例，說(shuō)明輔機節能潛力巨大，值得發(fā)電企業(yè)進(jìn)一步挖掘。

“十四五”開(kāi)始，中國將逐步實(shí)現2030年碳達峰目標和2060年碳中和愿景。國家發(fā)展改革委、國家能源局印發(fā)了《國家發(fā)展改革委國家能源局關(guān)于開(kāi)展全國煤電機組改造升級的通知》根據《通知》要求，全國各地在推進(jìn)煤電機組改造升級工作過(guò)程中，需統籌考慮煤電節能降耗改造、供熱改造和靈活性改造，實(shí)現“三改”聯(lián)動(dòng)。

基于上述要求，當前各火力發(fā)電廠(chǎng)通常采用汽輪機通流部分改造、供熱改造等成熟、適用的節能改造技術(shù)，取得了良好的節能降耗效果，但上述改造往往投資較大，回收周期較長(cháng)。而輔機節能改造具有投資小、收益明顯的特點(diǎn)，正越來(lái)越受到發(fā)電企業(yè)的重視。針對小機膠球清洗裝置系統，尤其是投運時(shí)間較久、投運效果較差、資金緊張的企業(yè)，對其進(jìn)行有效治理，可顯著(zhù)提高凝汽器清潔度，降低機組發(fā)電煤耗。

1冷凝器膠球清洗裝置www.patagoniatips.com設備概況

某廠(chǎng)二號機組汽輪機為東方汽輪機廠(chǎng)生產(chǎn)的NZK600-16.7/538/538型亞臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、直接空冷凝汽式汽輪機。機組配置兩臺50%容量的汽動(dòng)給水泵組和一臺30%容量的電動(dòng)給水泵，每臺小機設有獨立的凝汽器并配套膠球清洗裝置。

2015年機組加裝尖峰凝汽器后，小機膠球清洗裝置系統多次投運，收球率一直為零，考慮到堵管風(fēng)險，停運膠球清洗裝置系統。由此造成小機凝汽器臟污，小機背壓增加，汽耗量增加，機組整體耗能增加。

2冷凝器膠球清洗裝置www.patagoniatips.com問(wèn)題分析

2.1冷凝器膠球清洗裝置設備概述

小機凝汽器為杭汽生產(chǎn)制造的四流程凝汽器，冷卻面積1660m2，管束材質(zhì)為T(mén)P317，冷卻管數量3800根，有效長(cháng)度5600mm，循環(huán)水流量設計值3300m3/h，循環(huán)水管徑720×8mm，冷卻水為黃河水，運行中常有水塔填料、雜草等雜質(zhì)進(jìn)入循環(huán)水系統。

2.2冷凝器膠球清洗裝置原因分析

根據現場(chǎng)情況綜合判斷，導致收球率低的主要原因有以下3個(gè)方面：

2.2.1系統阻力大

膠球清洗裝置系統管路較長(cháng)，且直角彎太多，造成局部阻力大，循環(huán)水動(dòng)力偏小，不足以克服系統阻力，膠球無(wú)法正常通過(guò)冷卻管束，堵塞管道，不能達到清潔的目的。

小機凝汽器為杭汽生產(chǎn)的四流程凝汽器，水室內部結構復雜、死角多，膠球進(jìn)入凝汽器后在水室內打轉，無(wú)法順利通過(guò)。

膠球清洗裝置系統長(cháng)期無(wú)法正常投運，管束內壁結垢、增厚，直徑變小，膠球無(wú)法正常通過(guò)。

2.2.2循環(huán)水旋轉濾網(wǎng)攔污效果差

小機凝汽器冷卻水為開(kāi)式循環(huán)水，循環(huán)水通過(guò)凝汽器帶走小機乏汽產(chǎn)生的熱量，循環(huán)水溫度升高后回到冷卻塔進(jìn)行散熱，如此往復循環(huán)。機組循環(huán)水泵入口套旋轉濾網(wǎng)裝置，用于過(guò)濾水中雜質(zhì)，但旋轉濾網(wǎng)由于年久失修，不能有效攔污，因此循環(huán)水系統雜物較多，水中雜質(zhì)隨循環(huán)水流動(dòng)堵塞凝汽器管束，堵塞收球網(wǎng)

出口。

2.2.3冷凝器膠球清洗裝置收球網(wǎng)存在設計缺陷

收球網(wǎng)網(wǎng)板結構單薄，易變形。收球網(wǎng)網(wǎng)板間隙不均勻，導致收球網(wǎng)污染或卡球。

收球網(wǎng)網(wǎng)板角度不合理。收球網(wǎng)距離收球彎管段太近，收球網(wǎng)網(wǎng)板呈30°，角度太大不利于收球。

收球網(wǎng)出球口管徑偏小。出球口偏小不利于膠球的順暢排出，易導致網(wǎng)板積球，出球口堵塞。收球網(wǎng)導流板不合理。導流板結構不合理，不能起到應有的導流效果，甚至起到反作用，形成渦流，使膠球在收球網(wǎng)出口處打轉、聚集，不能及時(shí)排出，堵塞收球網(wǎng)出口。收球網(wǎng)執行機構設計不合理。收球網(wǎng)投運時(shí)間較長(cháng)，開(kāi)關(guān)次數多，且設備長(cháng)久承壓，易導致收球網(wǎng)不能關(guān)閉到位，在殼體與收球網(wǎng)筒體內壁形成較大的間隙，造成跑球。

3冷凝器膠球清洗裝置處理過(guò)程

鑒于機組尖峰改造前系統收球率正常，且全廠(chǎng)機組所用膠球均采自同一廠(chǎng)家，因此排除凝汽器結構以及膠球本身質(zhì)量問(wèn)題。

為提高膠球的回收率，徹底解決小機膠球長(cháng)期無(wú)法回收的難題，保證凝汽器清潔度，達到節能減排的目的，重點(diǎn)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行處理。

3.1冷凝器膠球清洗裝置更換高品質(zhì)旋轉濾網(wǎng)網(wǎng)板，確保循環(huán)水水質(zhì)

結合機組檢修，發(fā)現大量水塔填料堵塞聚集在收球網(wǎng)出球口，堵塞出球口，且旋轉濾網(wǎng)框架損壞嚴重，起不到應有的攔污作用。

因此，應選擇較好的濾網(wǎng)，從源頭進(jìn)行治理：

（1）為了防止水質(zhì)對于網(wǎng)板的腐蝕，所有濾網(wǎng)均選用316L材質(zhì)；

（2）為了更好地確保通流量，單臺濾網(wǎng)網(wǎng)板1/3部分打孔!7mm，其余部分采用5mm×5mm的網(wǎng)絲，如此不僅能更好地起到攔污作用，且通流量也較原來(lái)稍有增大。

3.2優(yōu)化現有膠球清洗管路

依據“管路盡可能短、管路彎頭盡可能少”的原則，拆除多余的彎頭，同時(shí)結合仿真使管道布置趨于合理。

3.3優(yōu)化收球網(wǎng)結構

收球網(wǎng)作為膠球清洗裝置www.patagoniatips.com/系統的主要部件，參考以往檢修經(jīng)驗，結合仿真結果，重點(diǎn)從以下5個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)：

改進(jìn)收球網(wǎng)板角度，將活動(dòng)收球網(wǎng)板與循環(huán)水管殼體內壁的夾角在空間允許的情況下盡量減小，使結構更符合水流動(dòng)力學(xué)原理，使膠球更容易排出；將原有出球口直徑由108mm擴至138mm；收球網(wǎng)板格柵由原來(lái)的7mm×4mm變?yōu)?mm×4mm；收球網(wǎng)材質(zhì)整體更換為316L材質(zhì)，轉軸為雙相鋼材質(zhì)；在角度及尺寸方面對原有擾流板進(jìn)行優(yōu)化。改進(jìn)后，冷卻水在出球口處不易形成渦流，且由于夾角變小，活動(dòng)網(wǎng)板變陡峭，膠球能更順利地排出。同時(shí)，在網(wǎng)板下部的出球口處設置穿孔固定網(wǎng)板，并與殼體呈圓弧形焊接，以消除水流沖擊產(chǎn)生的渦流，增大出球口空間，從而使收球更加通暢。

4冷凝器膠球清洗裝置改造效果及經(jīng)濟性

4.1冷凝器膠球清洗裝置改造效果

2021年6月18日，系統改造完成；6月25日系統次投運，一周后收球，兩側收球率分別為96.7%和98.3%；隨后連續運行至12月，收球率基本在接近97%或以上，達到改造效果。設備連續投運3個(gè)月，小機及凝汽器端差、清潔度、凝汽器熱負荷等重要指標計算結果如表1、表2所示。

4.2冷凝器膠球清洗裝置經(jīng)濟性

根據表1、表2計算結果，重點(diǎn)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行對比。

4.2.1對數平均溫差

凝汽器對數平均溫差計算公式如下：

LMTD=t2-t1=Δt（1）lns 1"ln!"t-t δt+Δtts-t2δt式中：LMTD為對數平均溫差（℃）；ts為凝汽器壓力下的飽和蒸汽溫度（℃）；t1為冷卻水進(jìn)口溫度（℃）；t2為冷卻水出口溫度（℃）；Δt為冷卻水溫升（℃）；δt為凝汽器傳熱端差（℃）。膠球系統投運正常后，在相同負荷下，兩臺小機凝汽器對數平均溫差改善2.2～6.34℃，效果明顯。

凝汽器端差是凝汽器壓力下的飽和水蒸氣溫度與清潔系數是影響總體傳熱系數的主要因素，清潔凝汽器冷卻水出口溫度之差，是衡量凝汽器經(jīng)濟性的系數計算公式如下：重要指標。cK （3）β=凝汽器傳熱端差計算公式如下：K0×βt×βmΔtk=tbbh-txhc（2）式中：βc為清潔系數；K為當前凝汽器的總體傳熱系數；式中：Δtk為凝汽器端差（℃）；tbbh為小機排汽壓力下的飽K0為基本傳熱系數，K0=c1×νm1/2，其中c1為傳熱管內徑和溫度（℃）；txhc為小機凝汽器出口循環(huán)水溫度（℃）。系數，νm為冷卻水流速；βt為冷卻水溫度系數；βm為管材膠球系統投運正常后，在相同負荷下，兩臺小機凝和壁厚修正系數。汽器傳熱端差改善2.3～6.77℃，效果明顯。膠球系統投運正常后，在相同負荷下，兩臺機凝汽器清潔度得到提高，尤其是在高負荷階段，效果明顯。

4.2.4膠球清洗裝置系統經(jīng)濟效益

由表1、表2對比可知，膠球系統投運正常后，在相同電負荷工況下，小機汽耗量減小，3種工況下平均節汽量約1.80t/h。以下經(jīng)濟性計算，小機進(jìn)汽焓值取3180kJ/kg，鍋爐效率93.5%，管道效率99%，年運行天數200天，電煤低位發(fā)熱量23100kJ/kg，原煤?jiǎn)蝺r(jià)取860元/t，則年節約費用約：3180×1.80÷（23100×99%×93.5%）×200×24×

860÷10000≈110.5萬(wàn)元/年本次改造投入成本138.61萬(wàn)元，在不考慮膠球損壞帶來(lái)?yè)p失的前提下，收回成本需：138.61÷110.24≈1.26年

4.2.5減碳量

依據4.2.4內容，年節約發(fā)電標煤約1010.35t，參照國家統計局相關(guān)數據，相應CO2排放因子取2.62，則年減少碳排放約2647.12t。

隨著(zhù)國家“雙碳”計劃的實(shí)施，節能減排工作刻不容緩。以往的研究改造通常側重于主機冷端系統，對輔助設備的關(guān)注相對不足，本文通過(guò)膠球清洗裝置系統改造前后投運效果對比，證明對輔機系統實(shí)行有效的節能改造措施，對企業(yè)節能降耗有著(zhù)重要意義，尤其是在“雙碳”“三改”政策下，類(lèi)似小機膠球清洗裝置系統改造等節能技改類(lèi)項目，可作為發(fā)電企業(yè)挖掘內部節能潛力、降低發(fā)電成本的重要途徑，助力企業(yè)實(shí)現“雙碳”目標，同時(shí)文中所述改造方法可供存在同樣問(wèn)題的電廠(chǎng)參考。