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文档简介

第56卷第6期2014年12月汽轮机技术TURBINETECHN0L0GYV0I_56NO6DEC2014张家口电厂6号机胶球清洗系统改造与运行效果任立军,刘博,孟继安,芦滨1大唐国际张家口发电厂,张家口075133;2清华大学航天航空学院,北京100084;3北京清新益能科技有限公司,北京100083摘要张家口发电厂6号机300MW的胶球清洗装置采用自旋转均布投球、旋转自清洁固定二次滤网和收球网、胶球自动计数等新技术进行改造,经试验测试和运行优化后投球率为20,每分钟平均胶球循环率为100,5分钟收球率达98,水阻达到DLT58195的要求,采用的硅胶胶球寿命可达半年以上,冬季可正常运行。对比试验表明,机组真空平均提高065KPA,年平均节煤163GEEKWH,年节能效益165万元。关键词胶球清洗;投球率;收球率;胶球循环率;均布投球分类号TK264文献标识码A文章编号10015884201406O451434RECONSTRUCTIONANDOPERATIONEFFECTSOFSILICAGELBALLCLEANINGSYSTEMOFNO6UNITOFZHANGIIAKOUPOWERPLANTRENLIJUN,LIUBO,MENGJIAN,LUBIN1ZHANGJIAKOUPOWERPLANTOFDATANGINTERNATIONALCOMPANY,ZHANGJIAKOU075133,CHINA;2SCHOOLOFAERONAUTICSANDSPACE,TSINGHUAUNIVERSITY,BEIJING100084,CHINA;3BEIJINGKINGGREENENERGYCONSERVATIONTECHNOLOGYLIMITED,BEIJING100083,CHINAABSTRACTBALLCLEANINGSYSTEMOFNO6UNIT300MWOFZHANGJIAKOUPOWERPLANT,DATANGINTERNATIONALCOMPANYWASRECONSTRUCTEDWITHNEWTECHNOLOGIES,INCLUDINGAUTOGYRATINGDEVICEDISTRIBUTINGBALLSUNIFORMLY,FIXEDSECONDARYFILTERNETANDBALLCOLLETINGNETWITHAFUNCTIONOFROTATIONANDSELFCLEANING,AUTOMATICSILICAGELBALLCOUNTER,ETCWITHEXPERIMENTALTESTANDOPERATINGOPTIMIZATION,THEBALLLAUNCHINGRATEIS20,THEAVERAGESILICAGELBALLCYCLINGRATEPERMINUTEIS100,THEBALLRECYCLINGRATEEVERYFIVEMINUTEIS98,HYDRAULICRESISTANCEMEETSTHEREQUIREMENTOFDLT58195,THELIFETHELISPANOFSILICAGELBALLSISOVERHALFAYEARTHERECONSTRUCTEDSYSTEMCOULDOPERATENORMALLYINWINTERTHECONTRASTINGEXPERIMENTSHOWSTHATTHEAVERAGEVACUUMOFTHEELECTRICGENERATOR6INCREASES065KPAINAVERAGE,COALSAVINGIS163GCEKWHPERYEARINAVERAGE,THEENERGYSAVINGBENEFITISRMB165MILLIONKEYWORDSSILICAGELBALLCLEANING;BALLLAUNCHINGRATE;BALLRECYCLINGRATE;SILICAGELBALLCYCHNGRATE;UNIFORMDISTRIBUTIONOFBALLS0前言随着国家节能减排工作的持续深入,火电机组如何继续挖掘机组自身潜力,降低单位煤耗,提高机组运行效率,已经成为发电企业生产运行的重要工作。电厂凝汽器的真空度对供电煤耗影响十分明显,通过选用先进、可靠的胶球清洗技术和设备,加强凝汽器胶球清洗系统的运行和管理,提高换热效率,可有效提高凝汽器真空。以300MW火电机组为例,如果凝汽真空平均提高06KPA,机组发电煤耗约降低18GKWH,可节约标煤大约3000吨年。胶球清洗系统的正常投用,不仅可给电厂带来直接的经济效益,还能减少金属腐蚀,延长机组寿命,减少化学水处理费用,免除人工清洗,并减少停机时间及由此造成的间接损失。对大唐国际股份公司所属的十余家电厂的胶球清洗系统运行情况调研表明,胶球收球率在90以上的不足13,完全不能投入的使用的占13。2012年4月,大唐国际张家口发电厂6号机组胶球系统采用清华大学自主研发的自旋转均布投球、旋转自清洁固定二次滤网和收球网、胶球自动计数等新技术进行改造,自2012年6月投运以来运行稳定,节能效果明显。结合大唐国际张家口发电厂6号机组胶球系统及二次滤网设备技术改造的实际情况,本文在分析现有胶球系统问题的基础上提出了相应的解决方案,以及改造实施效果。1改造前的胶球系统的问题分析收稿日期20140802基金项目国家发改委“2013年低碳技术创新及产业化示范工程”项目。作者简介任立军1966一,男,高级点检员,张家口发电厂设备部汽机点检。大唐国际张家口发电厂共安装了8台国产300MW火力452汽轮机技术第56卷发电机组,年发电量达160亿千瓦时。电厂1号、2号汽轮机为高、中压分缸机组,3号一8号机组为高、中压缸合缸机组。机组凝汽器铜管数量17660根,凝汽器循环冷却水进、出管道管径为DN1600。电厂循环冷却水采用地下水,水质较好,但在特殊季节含有杂草、树叶、飞絮等漂浮物。机组原有胶球清洗系统为上世纪90年代国产设备,全套系统包括胶球泵、装球室、收球网、二次滤网、电控装置等。电厂的胶球系统的运行机制为1单侧每次投球1000个,投球率胶球数与单程管数比为2O;2夏季隔天投入运行一次,每次运行55小时,收球时间05小时;3冬季每周投入运行一次,每次运行55小时,收球时间05小时;4冬季运行时,低速循环泵无法投球,需使用高速循环泵。该厂胶球系统普遍存在运行不够稳定的问题,设备投入运行一段时间后,跑球、漏球严重,收球率偏低,个别情况下收球率为0。2011年8月30日进行了随机投球、收球试验,结果列于表1。表1机组A侧凝汽器胶球系统收球试验结果运行时间1小时投球数量1000个海绵胶球收球数量286收球时间15分钟投球率22收球率286热阻,降低换热管的传热系数和清洁系数,进而影响机组真空。按美国HEI标准计算分析,在设计工况下凝汽器换热管污垢对性能的影响见表2。表2凝汽器换热管污垢对性能的影响污垢厚度清洁数总清洁系数背KP压A背压KP增AMILLWI11KWMK加1注污垢的导热系数一般为02WMK1WINK,上表取06WMK。由表2计算分析可见,按污垢导热系数取06WMK的保守值计算,当污垢厚度为0075MM时,凝汽器真空下降053KPA,当污垢厚度到达015MM时,凝汽器真空下降并137KPA,污垢厚度继续增加则凝汽器真空显著下降,污垢所产生的凝汽器传热性能降低对机组的真空影响较大。结论收球率偏低,无法达到凝汽器管路清洗效果。执行标准3胶球清洗新技术与改造方案电力行业标准DLT58195经综合分析后,总结的问题主要原因为1开合式收球网运行一段时间后出现弹性变形,收球网可开合式滤网与循环水管道之间形成一定的间隙,致使跑球、漏球。通过多次调节电动门即网板位置后,收球会略有改善;2二次滤网失效,致使杂草、树叶等杂物进入,堵塞收球网网板,造成阻力过大,收球网变形加剧,每次清理网板杂物后,收球效果可提高;另外,二次滤网部分堵塞后水阻明显增大,部分水阻达到10KPA15KPA,远超出电力行业标准DLT58195的要求直通式水阻小于49KPA,弯管式水阻小于69KPA。3原有海绵球质量不佳,经浸泡后直径变化差异较大,部分海绵胶球发涨后直径超标,无法通过换热管;4原有的1个固定式投球管无法使胶球在循环水中有效扩散,使胶球在凝汽器换热管人口处局部聚集,降低了胶球循环速率,很容易多球同时进入一根换热管,造成暂时性胶球滞留换热管或者堵管现象。2凝汽器换热管污垢对性能的影响分析凝汽器换热管的清洁状况直接影响其换热性能,与机组真空关系紧密。当胶球系统失效,或无法正常投运时,循环水中的污泥及钙镁离子会在管路中沉积形成污垢,产生污垢为解决原有胶球清洗系统中存在的问题,张家口发电厂与清华大学合作,于2012年1月开始对大唐所属的几个电厂的胶球清洗系统实际运行情况进行调研和问题总结,对各类和各厂家的胶球清洗技术和产品进行对比分析,并形成调研报告。结合国家发改委“2013年低碳技术创新及产业化示范工程”项目的支持,6号机组的胶球清洗系统的改造最终选择了清华大学自主研发的新型胶球清洗技术,胶球清洗系统设备于2012年4月大修期间开始安装,2012年6月正式投入运行。所采用的新技术的主要特点有1采用旋转自清洁固定网式收球网新型结构的收球网的特点是收球网板为固定网结构,可以做到完全不跑球、漏球,克服了现有可开合反冲式收球网的跑球、漏球的问题,理论上的收球率为100,实际测试的3分钟平均收球率为95和5分钟平均收球率在98以上。对于固定网结构,循环水中的杂物和胶球容易停留和堵塞网板,设置的旋转自清洁刮板和钢丝刷可以有效地防止杂物和胶球停留和堵塞网板,始终可保证过滤网板的清洁。在将近一年内多次半侧开人孔盖进行检查,收球网的过滤网板均无杂物和胶球停留网板,表明旋转自清洁十分有效。旋转自清洁固定网式收球网的原理结构见图1中的部件。2采用旋转自清洁固定网式二次滤网新型结构的二次滤网与上述新型收球网的结构类似,但过滤面积更大,其主要特点是,通过设置的螺旋清扫挂板和钢丝刷进行清洁以及自动底部排污,可保证过滤效果。二次滤网的过滤效果和第6期任立军等张家口电厂6号机胶球清洗系统改造与运行效果453水阻均对机组能耗有比较大的影响,调研分析表明,未设置二次滤网或者二次滤网的过滤效果差则胶球清洗的收球率低甚至不能正常运行,而二次滤网的水阻则直接影响循环水流量而影响机组能耗。二次滤网的水阻要达到电力行业标准DLT58195中的要求,二次滤网的过滤网孔面积率应达到或者超过15,也就是滤网的所有网孔面积与循环水管的截面积之比应达到或者超过15,而调研的情况是现有二次滤网的过滤网孔面积率一般只有0810,这是现有二次滤网水阻普遍超标的主要原因之一。近1年的运行表明,新安装的旋转自清洁固定网式新型结构的二次滤网,单循环运行泵时,二次滤网平均压差小于1KPA;双循环泵运行时,二次滤网平均压差小于4KPA,均低于行业标准。旋转自清洁固定网式二次滤网的原理结构见图1中的部件。3安装均布投球装置通过多点、均布投球,改善了胶球在循环水管中的分布状况,防止胶球在换热管入口的局部聚集;保证系统可以在冬季、单低速泵运行的情况下投产使用。均布投球装置的原理结构见图1中的部件。4安装自动在线数球器实时监控每分钟胶球在系统中循环效率,胶球循环效率是考核系统清洗效果的关键,意义重大。自动在线数球器在收球储罐装球室之前的位置,见图1中的部件。性能测试和运行表明,大唐国际张家口发电厂6号机组安装的新型胶球清洗系统在投球率20的情况下其胶球循环效率可达100以上,也就是在凝汽器每侧投球1000个的情况下,每分钟每侧有1000个以上的胶球对凝汽器的换热管进行一次清洗,且运行稳定,表明新的胶球清洗系统的运行效果良好。5采用新型硅胶胶球硅胶材料浇铸成型,密度、外形尺寸得到可靠保证,在水中浸泡密度和外形尺寸不发生变化,胶球使用寿命为半年以上,见图1中的。普通发泡海绵胶球的正常使用寿命只有3周左右,新型硅胶胶球的寿命是普通发泡海绵胶球的近10倍。测试表明,新型硅胶胶球的密度误差可保证在2以内。6采用新型免开盖结构的装球室新型装球室的主要特点是无须开盖即可装球、放球,避免了现有普遍采用的上开盖结构的烦琐劳动强度大的问题,再由于新型胶球清洗系统不跑球、自动在线数球和新型长寿命胶球等特色,不仅可以在中控室观察和记录胶球清洗系统的运行胶球循环效率和收球率,而且只需要半年更换一次胶球,大大降低了人工操作劳动强度。新型免开盖结构的装球室见图1中的部件。7采用新型杂物过滤罐过滤、排污效果良好,且经受了机组开车初期的高强度考验,见图1中的部件。8全功能程控柜自动化高、安全可靠,通过胶球自动计数器、胶球泵超压报警装置等连锁,可以实现无人值守自动投球、收球、排污功能,大大提高了劳动生产率,见图1中的部件。图1新型胶球清洗系统示意图CT计数;P压力测量;DP压差测量;DF电控球阀;SF手动球阀;N旋转测量;T温度测量;旋转自清洁二次滤网;自旋转均布投球器;免开盖装球室;胶球计数器;胶球泵;旋转自清洁收球网;反冲洗自洁杂物过滤器;全功能测控柜;新型硅胶胶球;凝汽器4技术改造的效果与分析41系统试验为检验改造后胶球清洗系统的运行及节能效果,张家口发电厂与设备厂家共同对设备收球性能和清洗效果节能进行多次对比试验,试验结果见表3表5。由表3表5看出1安装有自旋转均布投球装置的胶球清洗系统,建议投球率为20比较合理,因为较低投球率虽可获得较好的收球率但影响清洗效果,过高的投球率则循环率明显下降,进而收球时间延长,不仅影响运行效率、可能堵塞换热管,而且也影响清洗效果。如果没有安装有自旋转均布投球装置的胶球清洗系统,建议投球率为10左右比较合理,这与电力行业标准DLT58195的要求相符。表3投球率试验投球时间30MIN454汽轮机技术第56卷时间发电功率,MW投球数量,个循环水进口温度,循环水出口温度,排气温度,凝汽器真空度,KPA端差,2由于采用特制的新型硅胶球,并安装自旋转均布投球装置,因此胶球系统在冬季、夏季的单、双循环泵工况条件下,均可以运行,投球时无需开双泵,或者切换高速泵。同时胶球循环速率和收球率未受到影响。3在胶球系统连续投运情况下,机组真空约平均提高098KPA,端差降低约157C。由于环境温度变化影响,入口水温平均降低128C,按HEI标准计算相当于影响凝汽器压力033KPA,数据经修正计算后,机组平均真空提高065KPA,折算节约标煤近163GKWH按1KPA节煤25GKWH标准计算。42综合分析从以上两项试验初步得出以下结论1传统的胶球系统考核指标,即系统收球率,是检验系统可靠运行的一项关键指标。但单一考量收球率,尤其是忽略投球率和收球时间情况下统计收球率,无法真正

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