張武志（華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州310030）

凝汽器在線機(jī)器人清洗技術(shù)應(yīng)用的性能試驗(yàn)研究

張武志
（華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州310030）

通過加裝在線清洗機(jī)器人代替原先使用的膠球清洗系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了凝汽器冷卻管在線逐根清洗。試驗(yàn)證明了使用在線機(jī)器人清洗技術(shù)，提高了凝汽器的清潔度，降低了汽輪機(jī)背壓，最終達(dá)到降低供電煤耗的目的，并對機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供參考。

凝汽器；機(jī)器人；清潔度系數(shù)；排汽壓力；煤耗

0 引言

凝汽器是熱力發(fā)電機(jī)組的主要輔機(jī)設(shè)備之一，凝汽器的換熱能力，對汽輪機(jī)的做功能力、經(jīng)濟(jì)性有著直接的影響。

火力發(fā)電機(jī)組凝汽器清洗方式一般是膠球清洗或人工清洗[1]。凝汽器人工清洗費(fèi)時(shí)費(fèi)力[5]。凝汽器膠球清洗系統(tǒng)也存在一些問題:膠球的分布受循環(huán)水流速影響[3]，機(jī)組大部分時(shí)間單泵運(yùn)行使得循環(huán)水流速長期偏低于設(shè)計(jì)值，導(dǎo)致膠球回收率較低而堵管。隨著時(shí)間的積累，污垢逐漸變硬而導(dǎo)致凝汽器換熱能力偏低。必要時(shí)，甚至要采用化學(xué)清洗的方式，才能將污垢清洗掉。對非冷卻塔形式的機(jī)組，凝汽器管束更容易臟污?？傊?，膠球清洗方式難以將凝汽器管束清洗干凈，凝汽器存在清潔度系數(shù)偏低的情況。

在線機(jī)器人清洗技術(shù)指的是通過加裝在線清洗機(jī)器人代替原先使用的膠球清洗系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了凝汽器換熱冷卻管的在線清洗。

1 項(xiàng)目簡介

某電廠凝汽器為某N-38000型雙背壓、雙殼體、單流程、表面式凝汽器。凝汽器冷卻水系統(tǒng)采用開式循環(huán)供水冷卻方式，循環(huán)水為江水，配2臺(tái)循環(huán)水泵，以滿足不同季節(jié)和不同負(fù)荷時(shí)凝汽器對冷卻水量的要求。

為改善清洗方式、提高凝汽器真空以及機(jī)組經(jīng)濟(jì)性，在保留膠球清洗系統(tǒng)的同時(shí)，某電廠引入了在線機(jī)器人清洗技術(shù)，如圖1所示。

圖1 凝汽器在線清洗機(jī)器人

2 性能試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)測點(diǎn)

低壓缸排汽壓力（A側(cè)）、低壓缸排汽壓力（B側(cè)）、大氣壓力采用0.1級精度的絕壓變送器進(jìn)行測量，左、右側(cè)循環(huán)水進(jìn)、出水溫度和熱井出水溫度采用A級鉑電阻進(jìn)行測量。其余測點(diǎn)采用D C S進(jìn)行采集。

2.2 試驗(yàn)內(nèi)容

凝汽器性能試驗(yàn)分兩次進(jìn)行，分別對凝汽器膠球清洗狀態(tài)下和在線機(jī)器人清洗狀態(tài)下進(jìn)行性能試驗(yàn)，測定凝汽器壓力、端差等指標(biāo)，分析計(jì)算試驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算在一定循環(huán)水流量和一定循環(huán)水進(jìn)水溫度下低壓缸排汽壓力；評價(jià)在線清洗裝置運(yùn)行效果，評估節(jié)能效果（降低煤耗值）。

2.3 試驗(yàn)步驟

按照D L/T 932-2005《凝汽器與真空系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)導(dǎo)則》的方法，每個(gè)試驗(yàn)工況下都進(jìn)行真空嚴(yán)密性試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

調(diào)整運(yùn)行狀態(tài)，使機(jī)組運(yùn)行各主要參數(shù)滿足試驗(yàn)要求。試驗(yàn)過程中，主蒸汽壓力、溫度、再熱蒸汽溫度、機(jī)組負(fù)荷等參數(shù)保持穩(wěn)定；試驗(yàn)過程中，回?zé)嵯到y(tǒng)和凝汽器運(yùn)行工況保持穩(wěn)定；試驗(yàn)人員進(jìn)入指定位置，按照統(tǒng)一時(shí)間開始記錄數(shù)據(jù)；試驗(yàn)結(jié)束，系統(tǒng)恢復(fù)正常狀態(tài)。

3.1 真空嚴(yán)密性試驗(yàn)

試驗(yàn)規(guī)程要求，凝汽器性能試驗(yàn)應(yīng)在真空嚴(yán)密性試驗(yàn)合格的條件下進(jìn)行。膠球清洗狀態(tài)下凝汽器試驗(yàn)開始前，凝汽器真空嚴(yán)密性試驗(yàn)的結(jié)果168P a/min；在線機(jī)器人清洗方式下凝汽器試驗(yàn)開始前，凝汽器真空嚴(yán)密性試驗(yàn)結(jié)果為174P a/min，都優(yōu)于270P a/min，符合試驗(yàn)要求。

在真空不合格的情況下，凝汽器內(nèi)會(huì)聚集大量不凝結(jié)氣體，導(dǎo)致計(jì)算出的凝汽器管束清潔度系數(shù)降低，不利于凝汽器的循環(huán)水管束換熱。如果真空嚴(yán)密性試驗(yàn)不合格，應(yīng)進(jìn)行真空系統(tǒng)檢漏，保證真空嚴(yán)密性合格。兩次試驗(yàn)真空嚴(yán)密性結(jié)果合格且基本一致，對試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確分析有利。

3.2 凝汽器清潔度系數(shù)和端差

在一定的負(fù)荷下，凝汽器的換熱能力的變化主要體現(xiàn)在清潔度系數(shù)上。相對傳統(tǒng)的膠球清洗方式，在線機(jī)器人清洗技術(shù)對凝汽器換熱能力的改善，應(yīng)直接體現(xiàn)在清潔度系數(shù)的提高。

根據(jù)式（1）-式（4）計(jì)算，在凝汽器膠球清洗狀態(tài)下、在線機(jī)器人清洗技術(shù)下，分別求出凝汽器排汽壓力、清潔度系數(shù)以及凝汽器端差等，結(jié)果見表1。

式中Q—凝汽器熱負(fù)荷，MW；

F—循環(huán)水流量，k g/s；

Δt—循環(huán)水溫升，K；

Cp—冷卻水的比熱容，取4186.8 J/（k g·K）；

LMTD—對數(shù)平均溫差，℃；

ts—凝汽器壓力下的飽和蒸汽溫度，℃；

t1—循環(huán)水進(jìn)水溫度，℃；

t2—循環(huán)水出水溫度，℃；

Δt—循環(huán)水溫升，℃；

δt—凝汽器端差，℃；

KT—試驗(yàn)總體傳熱系數(shù)，W/（m2·K）；

A—凝汽器換熱面積，m2；

K0—基本傳熱系數(shù)；

βt—冷卻水進(jìn)水溫度修正系數(shù)；

βm—冷卻管管材和壁厚修正系數(shù)；

βc—凝汽器清潔度系數(shù)。

表1 膠球清洗、在線機(jī)器人清洗下凝汽器參數(shù)對比

從表1中可以看出，膠球清洗狀態(tài)下，凝汽器冷凝管清潔系數(shù)只有0.606。機(jī)組所用循環(huán)水水源為江水，江水中泥沙、污垢較多，容易造成凝汽器管束臟污而使得凝汽器清潔度系數(shù)偏低。

凝汽器設(shè)計(jì)端差一般為0.85左右。膠球清洗狀態(tài)下，凝汽器清潔度系數(shù)偏低設(shè)計(jì)值較多，凝汽器換熱效果不佳，清潔度系數(shù)亟待提高。

停運(yùn)膠球系統(tǒng)，開啟在線機(jī)器人清洗系統(tǒng)一段時(shí)間后，凝汽器冷凝管清潔度系數(shù)逐步提高，達(dá)到了0.829的較好水平。從清潔度系數(shù)來看，之前凝汽器的一些頑固污漬被在線高壓沖洗帶走，凝汽器管束得到了較好的清潔。

為了測試、分析更準(zhǔn)確直觀，膠球清洗狀態(tài)下和在線機(jī)器人清洗狀態(tài)下，機(jī)組循環(huán)水運(yùn)行方式都是采取一機(jī)一泵方式運(yùn)行。兩個(gè)工況下的循環(huán)水流量大體上一致。在循環(huán)水流量、進(jìn)水溫度相差不大的情況下，凝汽器端差也由膠球運(yùn)行方式下的4.76℃下降到了在線機(jī)器人清洗方式下的3.52℃。作為凝汽器的另一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)來看，端差得到了較好的改善，也表明凝汽器清洗效果改善明顯。

3.3 經(jīng)濟(jì)性分析及運(yùn)行指導(dǎo)

根據(jù)式（1）-式（4），也可以直接得出凝汽器排汽壓力。根據(jù)汽輪機(jī)廠家提供的排汽壓力-熱耗修正曲線，對應(yīng)的熱耗以及排汽壓力變化產(chǎn)生的熱耗變化。根據(jù)電廠提供的鍋爐效率、機(jī)組廠用電率，計(jì)算出機(jī)組供電煤耗的變化。

凝汽器試驗(yàn)幾個(gè)工況下的凝汽器熱負(fù)荷總會(huì)有差別。凝汽器熱負(fù)荷越高，同樣的清潔度系數(shù)情況下，凝汽器的排汽壓力也會(huì)越高。兩次試驗(yàn)，由于各種因素循環(huán)水流量也很難完全一致。循環(huán)水流量越高，凝汽器排汽壓力會(huì)隨之降低。因此，要想準(zhǔn)確評估兩種清洗方式的經(jīng)濟(jì)性，需要將兩個(gè)工況下的熱負(fù)荷和循環(huán)水流量修正到同一個(gè)值。此次試驗(yàn)，膠球清洗狀態(tài)下的凝汽器熱負(fù)荷、循環(huán)水流量做為基準(zhǔn)，將在線清洗狀態(tài)下的凝汽器熱負(fù)荷、循環(huán)水流量進(jìn)行修正。根據(jù)計(jì)算凝汽器熱負(fù)荷598MW、循環(huán)水流量42926t/h時(shí)，在線機(jī)器人清洗狀態(tài)下的凝汽器排汽壓力修正值為3.3k P a。

循環(huán)水進(jìn)水溫度隨季節(jié)、時(shí)間變化比較大，同樣的循環(huán)水流量、凝汽器熱負(fù)荷下，循環(huán)水溫度不同機(jī)組排汽壓力、供電煤耗也會(huì)有不小的差別。因此，分析不同循環(huán)水進(jìn)水溫度下，兩種清洗方式下的經(jīng)濟(jì)性對比，對電廠的實(shí)際運(yùn)行更具有指導(dǎo)性。

分別在循環(huán)水進(jìn)水溫度為10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃下，在凝汽器熱負(fù)荷（598MW）、循環(huán)水流量（42926t/h，一機(jī)一泵）和兩種清洗方式不同清潔度系數(shù)（0.606和0.829）計(jì)算機(jī)組的排汽壓力，對比結(jié)果見表2。

表2 各進(jìn)水溫度下凝汽器排汽壓力（修正）

從表中可以看出循環(huán)水進(jìn)水溫度越高的情況下，相對膠球清洗，在線機(jī)器人清洗方式下機(jī)組排汽壓力下降值越大。

通過汽輪機(jī)廠家提供的排汽壓力-熱耗率曲線，得出排汽壓力下機(jī)組熱耗率；通過電廠提供的鍋爐效率、廠用電率、管道效率計(jì)算出供電煤耗以及變化值。循環(huán)水進(jìn)水溫度和計(jì)算出的熱耗率下降值、供電煤耗下降值的關(guān)系如圖2所示。

圖2 循環(huán)水進(jìn)水溫度與熱耗率、供電煤耗變化的關(guān)系

從圖2可以看出，循環(huán)水進(jìn)水溫度越高，在線機(jī)器人清洗技術(shù)相對膠球清洗方式節(jié)能效果越明顯。

冬季水溫較低的情況下，投入膠球清洗裝置或者在線機(jī)器人清洗系統(tǒng)，對機(jī)組經(jīng)濟(jì)性影響區(qū)別不大。但是，當(dāng)環(huán)境溫度升高尤其是夏季時(shí)，電廠應(yīng)盡量維持在線機(jī)器人清洗系統(tǒng)的持續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行。

電廠所在地區(qū)環(huán)境溫度年平均氣溫大約25℃，因此將試驗(yàn)結(jié)果修正到循環(huán)水進(jìn)水溫度25℃的狀態(tài)下，對該電廠的在線機(jī)器人改造項(xiàng)目的節(jié)能效果分析、評定更加準(zhǔn)確?？梢钥闯?5℃時(shí)相對原來的膠球清洗方式，某電廠運(yùn)用在線機(jī)器人清洗技術(shù)可以降低供電煤耗大約1.1g/（k W·h）。

4 結(jié)語

某廠的凝汽器機(jī)器人在線清洗技術(shù)，較大程度上提高了凝汽器清潔度系數(shù)，降低了機(jī)組煤耗，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

凝汽器機(jī)器人在線清洗技術(shù)，對循環(huán)水水質(zhì)較為臟污的電廠，凝汽器清洗效果較為明顯。同時(shí)，對環(huán)境溫度較高的地方，節(jié)能效果更為突出。

凝汽器的在線清洗技術(shù)，相對膠球清洗有顯著的節(jié)能效果，代表了一種發(fā)展趨勢。隨著在線機(jī)器人清洗技術(shù)的進(jìn)一步成熟和穩(wěn)定，凝汽器在線清洗技術(shù)將會(huì)在全國更多的電廠得到推廣和應(yīng)用。

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Performance Test Research on Technology of Condenser on-line Robot Cleaning

ZHANG Wu-zhi
（Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China）

T h rou gh t h e in s tallation o f online cleanin g ro b ot in s tea d o f t h e ori g inal u s e o f ru bb er b all cleanin g s y s tem，t h e on-line cleanin g o f con d en s er coolin g p i p e i s reali z e d.E xp eriment s h a v e p ro v e d t h at on line cleanin g tec h nolo g y,im p ro v e d t h e cleanline ss o f con d en s er，tur b ine b ac k p re ss ure re d uce d，f inally ac h ie v e t h e p ur p o s e o f re d ucin g coal con s um p tion.An d p ro v i d e s ome re f erence f or t h e economic o p eration o f t h e unit.

con d en s er；ro b ot；cleanline ss f actor；e xh au s t p re ss ure；coal con s um p tion

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.03.013

T P242

B

2095-3429（2017）03-0047-04

2017-03-31

修回日期：2017-06-15

張武志（1984-），男，湖南邵陽人，工學(xué)碩士，工程師，從事汽輪機(jī)節(jié)能、調(diào)試工作。