火电厂凝汽器冷却水管结垢的危害及机器人清洗技术应用

徐萌（湖北西塞山发电有限公司，湖北黄石435000）

火电厂凝汽器冷却水管结垢的危害及机器人清洗技术应用

徐萌（湖北西塞山发电有限公司，湖北黄石435000）

火电厂凝汽器是非常重要的一个辅助设备，在运行过程中受自身结构的限制，在冷却水管中出现结垢的情况，影响了凝气器的热交换效率。本文首先对火电厂凝气气冷却水管结垢所产生的危害进行了分析，然后对除垢清洗现状进行了探讨，最后对机器人技术的应用进行了分析。

冷却水管结垢；除垢清洗现状；机器人技术

在火力发电厂运行过程中，凝气器是非常重要的一个辅助设备，肩负着冷却汽轮机排气的重要任务，凝汽器的工作性能对电厂的发电煤耗率和发电效率都有着非常大的影响。凝汽器作为一种面式换热器，其结构是由上万根铜管组成的，铜管的内部走冷却水，外部走水蒸气，由于存在热交换，在不断加热过程中冷却水中的盐分会析出来，并形成水垢在内管壁上附着，对凝气器的换热效率造成了非常大的影响，致使凝汽器中的真空降低，增大发电煤耗率以及发电成本。

1 凝汽器冷却水管结垢的危害

凝汽器冷却水管结垢最主要的危害就是使汽轮发电机组的效率被降低了，使汽轮发电机的出力受到了严重的影响。凝汽器结垢达到半毫米厚的时候，会使发电时的用煤损耗不断升高，例如一台负荷率为90%、年运转5500h、功率为680MW的机组，每年的耗煤量就会增加3万多吨，煤价按500元1t计算，其增加的成本就是1800多万元。假如水垢的厚度达到1mm的时候，煤量的耗损就可以达到5万t左右，发电出力就会下降10%左右。

凝汽器不锈钢管出现结垢的现象以后，易于导致点蚀等后果，比较清洁的凝汽器可以使用15年以上，假如没有及时清理污垢，可能会在3年之内就出现穿透的情况［1］。火电厂出现水质问题的根本原因就是凝汽器的铜管发生泄漏，凝汽器铜管被腐蚀以后，带有压力的冷却水会流入到负压冷凝水里，锅炉水中九成以上是冷凝水，冷凝水一旦被污染就会使锅炉出现一定的水垢现象，发生碱腐蚀或者是酸腐蚀的情况，有时候还会导致汽轮机或者是过热器出现结垢的情况，给电厂的安全运行造成严重的危害。所以，不管是对火电厂的凝汽器管防腐，还是保障火电厂的出力和效率，都要对锅炉进行较好的防腐蚀、防结垢处理。

2 凝汽器除垢清洗技术的现实情况

火电厂凝汽器污垢清洗主要有在线清洗和离线清洗两种。离线清洗主要是通过高压水射流来实现对凝汽器的清洗，在清洗凝汽器铜管内部污垢的时候，主要是借助30MPa的高压水实现冲洗的［2］。高压水射流可以对硬垢实现有效清除，对凝汽器的粘泥和污垢都可以进行高效的清理，高压水清洗凝汽器不锈钢管以后，不锈钢管没有任何的损伤，铜管的韧性和强度可以达到设计的标准。使用高压水进行清洗属于物理清洗的范畴，对环境不会造成任何的污染。

高压水离线清洗的优点比较多，但是离线清洗的缺点也是不可避免的，需要在停机以后才能进行清洗处理。电厂机组启动和停机的费用非常大，例如，680MW千瓦的机组启动和停机一次需要消耗的费用可以到一百多万元以上。不但消耗的费用比较大，运行过程中产生的污垢也无法实现及时的处理，使火电厂机组的高效运行受到了一定的影响。

火电厂为了使离线清理的缺点得到降低，使用了一定的在线除垢办法。①胶球清洗法。投放表面比较粗糙的胶球在冷却水循环管路中，胶球与管壁不断的接触，可以使管壁被摩擦清洗干净。该方法的主要不足表现为水垢无法实现有效去除，所以机组的运行依然会受到污垢的制约，需要定期的进行离线清洗来确保机组的安全运行。该办法需要投入大量的胶球，然而胶球的回收率比较低，这就使得成本不断的提升。②化学法。将盐酸等化学制剂投入到冷却水循环管路里，从而实现有效除垢。该办法的除垢效果比较理想，但也存在一定的缺点，使用化学制剂不断的清洗凝汽器的铜管，会使其寿命受到严重的影响，如果长时间的使用就会导致严重的泄露问题，会给火电厂安全生产造成危害。化学法的运行成本比较高，还会带来严重的环境污染问题。

3 在凝汽器除垢清洗中使用机器人技术

认真分析火电厂凝汽器清洗技术的缺点后，公司引入了火电厂凝汽器高压水射流在线清洗机器人，将水下机器人安装在火电厂凝汽器循环水侧壳体中，依据电厂的实际情况，机器人对设备进行及时的清洗，从而使凝汽器的清洁性得到保障，使火电厂的运行效率得到不断提升。机器人具有在线清洗和离线清洗的强大功能，运行成本比较低，可以实现安全运行的需求，使火电厂凝汽器污垢得到了有效的处理。在线清洗机器人主要包括关节型直角坐标机器人和滚珠丝杠型直角坐标机器人两种，在清洗凝汽器冷却管的时候，主要是借助机器人来对高压水射流喷头进行控制的［4］。关节型直角坐标机器人的主要优点为运行的比较平稳、精准度非常高、工作空间比较宽敞、占据的空间体积比较小、结构比较紧凑以及可以绕行障碍物等。

3.1 使用凝汽器在线清洗机器人

凝汽器在线清洗机器人主要是针对凝汽器污垢而设计的，具有较强的专业性，将水下密封技术、高压水射流技术和机器人技术进行了完美的融合，使凝汽器冷却管可以实现逐一清洗，确保凝汽器始终保持较好的清洁度，使汽轮机的真空度和端差得到了较好的改善，使发电厂的能耗得到了有效的控制，使凝汽器的人工离线清洗和酸洗工作得到了有效的避免。关节型机器人的主体构成为圆柱型的两轴式结构，详见图1所示。借助每一个关节转动来精确定位管孔，高压水管借助高压水喷头的反作用力插入到冷凝管中对里面的污垢进行清洗，高压水软管有规律的收放是借助盘管装置实现的，高压水管回收情况是通过传感器实现的。以4号机组为例（其余机组清洗方法基本一致），在对4号机组进行使用时，凝汽器分为A侧和B侧，将四套清洗设备安装在A侧和B侧凝汽器的返回水室中［5］。清洗设备主要包括安装在凝汽器返水室里面的一台关节型清洗机器人、安装在凝汽器侧面的一套绞盘设备、高压水泵系统一套、操作柜一组和控制机柜两台。在运行的时候，首先检查水阀门的打开情况，高压水泵一定要保持足够的压力，借助高压阀来对工作压力进行调节，机器运行的时候，进口水压和供水量一定要充足。

通过应用证明，凝汽器在线清洗机器人系统对凝汽器冷却水管进行自主在线清洗的清洗覆盖率为85%，除垢率达到90%以上，可实现不停机在线清洗，从而保证凝汽器冷凝管清洁度的可维持性，清洗效果可比常规胶球清洗提高较多，可代替人工离线清洗。使凝汽器冷却水管保持较高的清洁度，改善汽轮机的端差和真空度，降低发电厂能耗具有较好的效果。

图1 关节型清洗机器人结构

3.2 分析经济性

经过调查湖北华电西塞山发电有限公司的凝汽器除垢情况，对该厂的四台680MW机组进行仔细分析，选择了化学在线的除垢办法，每一台机组每年的化学清洗所消耗的费用大约为150万元。假如在清洗的时候，使用高压水射流在线清洗机器人进行操作，每一台机组的清洗费用大约为120万元。电费是平时系统运行的主要支出，一根凝汽器铜管的清洗耗电量为1kW·h，机组共有凝汽器铜管一万根，电厂的电价为0.3元，那么清洗四次凝汽器的费用大约为人民币1.5万元（规定要求一年清洗四次）。在进行系统维护的时候，使用了计算机自主控制技术，这就使得基本不存在日常维护费用。即便是将一些未知费用考虑在其中，每台机组加上运行费用的总开支也不会比130万元多。当系统投入使用以后，一年就可以节省化学清洗费用150万元，所以，在线清洗机器人对火电厂比较有吸引力，市场发展前景非常广阔。

4 结论

综上所述，在火电厂凝气器冷却水管结垢清洗中，机器人清洗技术是未来发展的一个主要方向，具有较高的经济价值，但是在实际应用过程中，还需要结合电厂的具体情况进行科学的设计，解决机器人清洗技术的不足之处，从而将机器人清洗技术的潜力充分发挥出来。

［1］赵斌，吴斌.凝汽器防垢除垢技术在火力发电厂中的应用［J］.节能技术，2005，23（4）：375～377.

［2］朱世强，王宣银.机器人技术及其应用［M］.杭州：浙江大学出版社，2001：21.

［3］张福学.机器人技术及其应用［M］.北京：电子工业出版社，2000：42.

［4］吴剑恒.凝汽器冷却水管防垢与强化换热技术的应用［J］.沈阳工程学院学报（自然科学版），2006（02）：54～56.

［5］王运民.定量分析凝汽器冷却水管结垢对机组经济性的影响［J］.汽轮机技术，2005（02）：27～30.

TK264.11

A

2095-2066（2016）30-0061-02

2016-10-11

徐萌（1981-），男，湖北黄石人，助理工程师，本科，从事火电厂运行工作。