300MW机组胶球清洗系统的改进

刘东胜

（广东粤华发电有限责任公司黄埔发电厂，广东 广州 510731）

广东粤华发电有限责任公司6号汽轮机是上海汽轮机厂生产的N300-165/535/535型中间再热凝汽式汽轮机，配置N-17600-Ⅰ型凝汽器。凝汽器循环冷却水取自珠江，经江边一次滤网，由设在汽机房内的混流循环水泵送至凝汽器。凝汽器进水管道上安装WNAD-1800型自动清洗二次滤网，凝汽器出水管侧装有胶球清洗装置(见图1)。

6号机原胶球清洗系统存在以下主要问题：循环水流场不均匀；收球网与转轴固定卡码腐蚀严重、脱落；收球网转轴轴承采用塑料王为材料，转动不灵活；收球网板设计不合理，胶球不能顺畅收回装球室；垃圾容易挂在网上。

由于机组胶球清洗装置收球率长期低于60%，凝汽器换热下降，严重影响了机组发电效率。为此，公司对机组胶球系统进行了多次设备改造，使平均收球率达到90%以上，清洗效果大大提高。与以往胶球清洗系统不能正常投入运行相比，凝汽器真空度明显提高，夏天高温季节机组运行出力及经济性有了明显改善。下面介绍相关的改进和完善措施。

1 改善循环水的流场

6号机组循环水进水管连接二次滤网，出口管安装出水蝶阀。凝汽器循环水为下进上出，管道进出凝汽器都有弯头。收球网为立式，上游直接联接至弯头，下游为直管段。由于空间有限，凝汽器循环进出水管道排列紧密，在较小的空间里存在多个弯头，造成循环水流动紊乱，严重影响胶球回收和对凝汽器冷却水管的清洗。

为改善凝汽器循环水紊流对胶球清洗系统的影响，在以下3个方面作了改进：

(1) 在凝汽器进出水弯管段加装导流板。由于现场空间有限，在凝汽器水弯管段中分别水平焊接一块不锈钢导流板。导流板将凝汽器循环水进出水流均一分为二，使水流能够均匀地流动，消除弯管处死区，使胶球受力的大小和运动方向得到改善，利于胶球的流动和回收。

(2) 收球网转向90°。原系统中收球网网板位置与弯管水平段中心线垂直，造成循环水流量、收球网受力不均，靠近凝汽器—侧流量、受力小，而另一侧相反，导致收球网收球口两侧胶球分布不均匀，或收球网板受力过大一侧跑球。收球网转向90°，使收球网两侧流量相同。

(3) 将胶球系统出水管伸入凝汽器循环水进水管50mm，保证胶球进入循环水后能充分发散。

2 更换新型收球网

原收球网为倒V活动式收球网，由2片网板组成，顶部为迎水端，网板将整个管道截面完全遮挡。由于收球网运行时间较长，收球网网板刚性下降，在水动力下产生弹性变形造成逃球；控制传动机构在反力矩的作用下，行程限位不准，使网板闭合不到位；操纵机构动力显小，阀门启闭不到位，管道阻力过大等诸多因素都是造成收球率低的重要原因。

更换的收球网是旋摆自锁式收球网，它将活动型栅格收球网设计为平面四杆机构。在双网板支撑轴的下部采用曲柄连杆机构推拉操纵网板，在收球工况时，执行机构带动网板旋摆一定角度，达到运行工况的极限位置，将筒体整个截面遮挡；在非运行工况时，执行机构带动网板旋摆，回到与水流平行的极限位置，使水流对网板进行反冲洗及减少水阻。这个收球网下段网板不再是悬臂梁，同时网板旋摆的2个极限位置正是死点位置，机构自锁而网板不动，解决了因水流冲力而产生的网板变形并逃球的问题。

两种收球网的比较见图3。

3 正确选择和使用胶球

收球率是胶球清洗系统是否正常工作的重要依据之一。影响收球率的因素除了冷却水质(垃圾问题)、水力、滞球死区、凝汽器或主管路流场等问题之外，还与选用的胶球有关。必须根据冷却水质、凝汽管结垢特点、水室特征、冷却水参数及凝汽管几何参数等机组特定情况，选择品种、直径、硬度、吸水沉降速度等均适合的胶球，才能确保清洗效果。一般而言，胶球温度比量应与循环水比量基本一致，这样胶球进入凝汽器后能悬浮在凝汽器的任何一位置。公司原先使用胶球质量较差，同一规格的胶球大小不一，有的相差2mm；胶球在水中泡胀后膨胀度大于5%，不能进入或堵死在铜管内；有的胶球严重变形，粘合错位；有的受热后发粘，粘在管壁上；有的表面光滑，毫无摩擦性，这些问题都严重影响胶球清洗系统的收球率和清洗效果。

(1) 选择合适的胶球。基于以上原因，确定胶球质量应符合循环水水质，有一定硬度并富有弹性，胶球的气孔均匀、孔间连通吸水性强，湿态球的比重与水相近，胶球在进入水室后从水室底部至顶部均匀分布。在水温5℃～35℃运行时，胶球球径涨大不超过0.5mm，在运行期间保持稳定，以防止胶球堵塞冷却水管。使用期内不老化、变形，运行中胶球球径应比凝汽器管子内径大1mm。

(2) 正确使用胶球。由于经一、二次滤网后进入凝汽器的循环水沉积物基本以淤泥和微生物污垢为主。这类沉积物通过合理安排胶球清洗次数即可清除。根据资料，胶球清洗的最优频率一般为平均每根管子每5分钟清洗1次，即可满足清洗效果，根据我厂凝汽器循环水管道的布置和胶球清洗系统的实际情况，进行综合分析和计算。现以单侧投球数量600只计算：

每根铜管长约11m，循环水(内含胶球)流速约2m/s，则每只胶球在凝汽器内循环一次时间为11m×2/2m/s=11s。则每根铜管每小时清洗次数=（3600/11）×600/4400≈45次。

由此可见，以单侧投球600只循环运行，基本能满足需要。

4 胶球系统管路改进

胶球系统由收球网、集球器、胶球泵和相应管路组成。集球器为筒状容器，容器上侧配有一玻璃孔以便观察；集球器有内置滤网，该滤网出口有收、投球阀，由电动执行机构驱动，旋转后可收或投胶球。胶球系统管路还存在以下几个问题：

(1) 胶球系统管路阻力大，流量不足；

(2) 集球器进口处无逆止装置，导致胶球泵停后胶球随循环水倒流，有一部分胶球带出；

(3) 凝汽器循环水室空气较多，导致胶球泵抽吸能力不足。

对于胶球循环单元存在的问题，对管路系统进行了相应的改进：

(1) 对胶球系统流量不足，通过改造胶球系统管道弯头，取消90°弯管，代之以120°的大角度弯头并保证两侧收球管道的弯头位置、数量对称；

(2) 在集球器进口处安装逆止装置，避免胶球泵停后胶球随循环水倒流。

5 完善运行措施

胶球系统运行中应注意以下几个问题：

(1) 收球网应定期打开。收球网设计承受压力为0.2MPa，如果长期不打开，胶球、垃圾等杂物会塞死收球网，导致收球网承受过大压力而变形；

(2) 投胶球清洗时，为降低循坏水对凝汽器收球网的压力，凝汽器循环水出水门应关小30%～40%。这样胶球不会被循环水挤压在收球网上，有利于提高凝汽器胶球收球率。

(3) 由于循环水中总是含有溶解空气，为减少凝汽器循环水侧空气聚集，定期开启射水抽气器从凝汽器水侧空气门抽走空气。

6 改进效果

胶球清洗系统改进后，能够保持凝汽器持续清洁高效运行，尤其在夏季用电高峰期，有效降低凝汽器端差，提高真空度，降低汽轮机背压，从而减少燃料消耗，增加机组发电出力。

6.1 改进前后对比

表1为改进前后机组的循环水温度与真空度的几个典型工况。可以看出，机组真空度大为改善。

表1 胶球系统改进前后循环水温度与真空

6.2 经济性分析

根据最近对机组运行工况分析计算，循环水温在33℃时，真空比改前同期提高至少2KPa。根据排汽压力对机组出力的关系曲线，机组出力可提高2%左右。

以机组年平均负荷80%、年平均运行时间6000h、上网电价0.35元/KW·h计算，直接经济效益为：300000KW×6000h/年×80%×0.35元/KW·h×2% = 1008万元/年

胶球清洗系统的正常投用，不仅可对电厂带来直接的经济效益，还减少了金属腐蚀，延长机组凝汽器铜管寿命，并减少停机时间及由此造成的产值损失，减少化学水处理费用，其费用也相当可观。

1 李培元. 火力发电厂水处理及水质控制[M]. 北京: 中国电力出版社, 2000

2 吴一平, 周国定. 凝汽器铜管氨蚀的研究[J]. 腐蚀与防护, 1992,13(5)

3 韩中合, 田松峰, 马晓芳. 大型火电厂生产技术人员培训系列教材: 火电厂汽轮机设备及运行[M]. 北京: 中国电力出版社, 2002