凝汽器胶球清洗装置设计优化探讨

廖志强

摘 要：汽轮机凝汽器是火力发电厂的重要设备，而凝汽器管子内侧结垢、脏污是机组运行中一个普遍存在的问题，管子污垢的存在将使换热热阻增大、传热性能下降，造成冷却效果变差，引起排汽温度升高、真空下降，直接影响汽轮机组效率。通过胶球清洗装置的运行能把凝汽器铜管内壁污物及时清除，从而使凝汽器管束保持一定的清洁度，对防止污垢的存在和金属的腐蚀起到非常重要的作用。胶球清洗系统虽然是电厂的小系统，但其性能的优劣，对电厂的经济效益却有较大影响。通过优化设计，减少弯头管路、采用旋摆自锁式的收球网、选用合适的胶球、进出水室改为圆弧结构等措施，胶球清洗装置收球率可达到95%以上，机组的经济效益得到提高。

关键词：凝汽器；胶球；清洗；效益

中图分类号：TK264.11 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）18-0122-02

由于汽轮机凝汽器管束在运行中会受冷却水中的杂质、污垢等影响，造成清洁系数下降，从而使传热效果变差，导致汽轮机真空下降或循环水泵电耗升高，为此，运行中需要随时监视凝汽器管束的清洁状况，以便及时安排对凝汽器管束进行清洗，凝汽器管束脏污的程度可以用凝汽器端差和进出水温差等指标进行分析。文章主要结合我公司2台300 MW汽轮机组凝汽器胶球清洗系统设计优化情况进行分析，详细论述了汽轮机凝汽器胶球清洗系统的完善、选型和技术改进，经投运结果表明，本次优化是成功和有效的，胶球清洗装置收球率大大提高，钢管的清洁度也保持较好，机组经济效益明显。

1 胶球清洗系统对机组效率的影响

众所周知，凝汽器真空对机组循环热效率有着重大影响，提高真空是提高机组热效率的有效方法之一。凝汽器管束的污脏，将使冷却效果变差，直接影响凝结器的背压、端差，根据相关数据，凝汽器背压每提高1 kPa，机组热耗将升高约0.7%。

由于存在冷却管水侧内壁处水流边界层，冷却管水侧逐渐形成污垢（水垢、微生物、泥沙等沉淀物）。研究表明，凝汽器冷却管壁只占导热总热阻的2%，水侧结垢，包括边界层在内热阻占总热阻的79%。管壁结垢对传热系数的影响见表1。

从表1中所列数据可看出，水垢厚度减小一半，热阻也减小一半，传热系数提高31.5%。所以，减小冷却管内壁流动边界层厚度和提高冷却管表面清洁度是提高凝汽器传热系数，提高机组运行真空的根本方法。

从表2中所列数据可看出，凝汽器水侧清洁系数越低，排汽压力越高，供电标煤耗增加越多。这表明凝汽器水侧清洁非常重要，目前，在凝汽器的运行中，没有采取减小冷却管内壁流动边界层厚度的方法。保持和提高冷却管内表面清洁度常用方法是采用胶球清洗装置。

2 胶球清洗系统运行方式分析

2.1 胶球清洗系统运行的辅助措施

公司2台机组采用河水水源，凝汽器为闭式循环。循环水水质资料：悬浮物8.4 mg/L、PH值约6.7、全固形物169.4 mg/L、溶解固形物161 mg/L、总硬度1.555 mmol/L。根据运行中实际情况，采取以下辅助措施：

①在保证胶球清洗装置系统正常且连续运行情况下，通过投入化学药剂，降低循环水浓缩倍率，从而控制管束结垢的速率。

②对循环水系统加强过滤，冷却塔引水沟及循环水泵入口均加装滤网，以保证运行中杂物能够被拦截而不会进入凝汽器内。加大对冷却塔的补水和排污，通过较充分的换水，可有效降低循环水浓缩倍率，从而延缓凝汽器管结垢速度。

③利用机组检修放尽冷却塔积水，彻底清洗水塔、水沟、冷却水管，保证系统清洁。

2.2 确定胶球清洗强度

为了保证凝汽器管束的清洗效果，防止清洗不足或不必要的清洗，可采用“清洗强度”这一指标来进行定量分析和控制，即清洗频率、清洗时间和胶球直径对管道内径的过盈量这三者的乘积作为胶球装置对凝结器的“清洗强度”，清洗强度根据凝汽器的干净程度和循环水质情况而定，可通过凝汽器的真空和端差等来分析。清洗频率通过所加胶球数量来进行优化，通过改变清洗时间来改变清洗次数，过盈量则通过改变胶球的直径及循环水系统运行方式来进行优化。

2.3 选用合适尺寸的胶球

系统的可靠运行可保证胶球的有效循环，而清洗效果与胶球直径、硬度和质量有很大关系，通过选用合适的胶球，能够保持冷凝器清洁系数在0.95以上。

图1为胶球直径与凝汽器循环水进出口压降的关系。

一般根据循环水进出口的压降以及冷凝管清洁程度来确定胶球直径。在实际运用时，胶球外径必须总是大于被清洗管的直径，根据图1中的曲线，当分别选用<25 mm、<26 mm、<27 mm不同胶球按次序进行清洗时，初期凝汽器循环水进出口的水阻（差压）均开始下降，凝汽器端差也开始下降，但下降到一定的数值时，水阻和端差均基本不再变动，而选用<27 mm胶球进行清洗时，清洗效果达到最好，其端差降低明显，真空也显著上升，对凝汽器管束的清洗效果非常好。

在设计工况下，一般使用湿态直径比凝汽器不锈钢管内径大1～2 mm的胶球，胶球球径涨大不超过0.5 mm，胶球气孔应均匀、孔间连通吸水性强，且在运行期间保持稳定，合适的湿态胶球相对密度一般为1.05～1.15，湿态球的密度要与循环水相近，这样胶球在进入水室后才能随机并均匀地进入冷凝管，从而保证能清洗底部至顶部的每一根冷却水管，发泡不均或吸水性差均直接影响湿态密度。综合考虑，日常选用胶球规格为φ26，冬季流量较低时采用φ25胶球，以防止胶球堵塞冷却水管。

3 胶球清洗系统优化措施

系统管道的布置尽量简单化，管路平直简短，尽量减少弯管数量，弯道用曲率半径较大的90？觷弯头，保证管道内光滑无阻。凝汽器进水室和出水室的结构由直角结构改为圆弧结构，以消除可能的胶球死区和涡流，保证胶球不会滞留和卡死。

胶球清洗装置的关键部件均采用进口，进一步优化胶球装置布置，使结构更趋合理。胶球清洗装置中收球网和装球室的壳体采用耐江水腐蚀材料或采用耐江水腐蚀措施，如与水接触的内表面设硬质衬胶，衬胶采用天然橡胶，整体硫化，衬胶厚度为3 mm，外表面涂防锈漆。

胶球清洗系统中装球室切换阀为电动控制，能够实现收球、运行和换球的三种功能，电动执行机构灵活、方便，阀门不卡球。

为彻底解决收球网的悬臂梁、水阻大、导流不稳、磨损大、收球率低与维护困难等问题，收球网按活动栅格式设计并采用旋摆自锁式，栅格网板式收球网的栅板可以转动，在胶球装置投运的时侯，网板处于收球位置，在不投运清洗装置时，该栅网板可旋转到与水流方向一致的位置，既减少水阻又能起到清除栅网板上杂物的作用。该收球网表面平整光滑，不卡球、不夹球，强度高，刚性好，并且水阻低（不大于300 mm H2O），克服了其他收球网产品的普遍缺点，保证收球率持续稳定≥95%。网板的驱动装置采取预紧措施，以防止网板在水流冲击下振动。骨架、网芯具有足够的强度，胶球适合江水水质，有一定硬度并富有弹性。

4 结 语

通过以上措施，凝汽器系统内局部涡流死区滞球数量明显下降，收球网运行良好，无积球问题，收球率可以达到96%以上，保持了凝汽器的清洁度，降低了凝汽器背压，提高了机组经济性，胶球清洗系统优化设计达到了预期目标。

参考文献：

[1] 王景尧，裴鸿义.优化型凝汽器胶球清洗装置[J].汽轮机技术，1995，（3）.