郭永錄 李 祎

（國能寧夏鴛鴦湖第一發(fā)電有限公司）

0 引言

600MW 直接空冷機(jī)組是熱電廠運行過程中的重要設(shè)備， 為提高其運行效率， 應(yīng)定期開展機(jī)組空冷凝汽器熱態(tài)沖洗工作。然而， 以往使用的沖洗設(shè)備沖洗效率較低， 在對機(jī)組空冷島散熱翅片進(jìn)行沖洗時存在不及時、 不徹底的情況。針對這一問題， 展開熱電廠沖洗裝置改造， 將全自動清洗機(jī)器人引入熱電廠空冷島直冷空冷機(jī)組中， 同時依靠自隨動柔性拖鏈裝置保證機(jī)器人全自動清洗的可靠性， 提高翅片清洗效率，為發(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定運行提供保障。

1 600MW直接空冷機(jī)組空冷凝汽器熱態(tài)沖洗機(jī)制

以某發(fā)電廠的600MW 直接空冷機(jī)組為例， 其2號汽輪機(jī)的空冷凝汽器主要是機(jī)械通風(fēng)模式， 其中的空冷島主要是由廠房外的空凝器組成， 且每列空凝器的冷卻單元有7 個， 所以該發(fā)電廠的空冷島冷卻單元共計56個。為了保證空冷島功能能夠充分發(fā)揮， 需要對于其的標(biāo)高進(jìn)行合理設(shè)置， 本案例發(fā)電廠空冷島標(biāo)高控制在45m左右。

在該案例發(fā)電廠的空冷凝汽器熱態(tài)沖洗過程中，需要利用汽輪機(jī)排汽管， 將汽輪機(jī)低壓旁路系統(tǒng)與空冷島相連接， 從而利用鍋爐蒸汽對于空凝器進(jìn)行熱態(tài)沖洗。熱態(tài)沖洗需要在整體機(jī)組啟動前以及帶負(fù)荷試運行這兩個階段中進(jìn)行。通常情況下， 在熱態(tài)沖洗過程中要嚴(yán)格控制汽輪機(jī)的排氣壓力與溫度， 使其保持在50KPa 以內(nèi)和80 攝氏度以上。通過高溫?zé)釕B(tài)沖洗，將空凝器管道內(nèi)部的鐵銹進(jìn)行清理[1］。同時， 對于含有污染物的冷凝水這類的廢水， 利用專門的裝置排除。根據(jù)相應(yīng)的研究表明， 每列空冷凝汽器需要進(jìn)行7 次左右的間斷性熱態(tài)沖洗， 才能夠保證空冷凝汽器運行過程中不受污染物的影響， 將其污染物數(shù)量控制在規(guī)定范圍內(nèi)。并且， 依據(jù)空冷凝汽器的冷凝水內(nèi)部懸浮物含量標(biāo)準(zhǔn)， 對于該裝置的進(jìn)口水質(zhì)需要進(jìn)行檢測， 確保每升冷凝水中的懸浮物含量小于10mg。

直接空冷機(jī)組運行效率受空冷島散熱翅片臟污程度影響顯著， 因此應(yīng)根據(jù)機(jī)組實際運行情況進(jìn)行設(shè)備沖洗， 在此之前， 可建立直接空冷系統(tǒng)變工況數(shù)學(xué)模型了解空冷凝汽器傳熱過程[2］?？绽淠鞯呐艢鉁囟裙綖椋?/p>

式中，Qn為排氣熱負(fù)荷， J/s；AF為迎風(fēng)面積，m2；ρa(bǔ)為空氣平均密度， kg/m3；VNF為迎風(fēng)速度， m/s；Ca為空氣平均比熱， J/ （kg·K）；NTU為傳熱單元數(shù)；ta為環(huán)境溫度， ℃。

2 600MW直接空冷機(jī)組空冷凝汽器熱態(tài)沖洗的條件要求

600MW 直接空冷機(jī)組空冷凝汽器在進(jìn)行熱態(tài)沖洗時， 為了提高清潔力度， 保證機(jī)械設(shè)備的正常運行， 需要嚴(yán)格按照相應(yīng)的條件要求進(jìn)行操作與處理。

在空冷島安裝結(jié)束后， 要利用冷態(tài)水， 對于排汽管道、 水箱等進(jìn)行一次清洗。避免在安裝過程中， 空冷島機(jī)組內(nèi)部存在污染物， 或是在焊接過程中產(chǎn)生焊渣落入空冷島內(nèi)部， 對設(shè)備造成損壞， 從而影響空冷島機(jī)組的正常運行， 導(dǎo)致熱電廠運行效率降低。

在進(jìn)行第一階段空冷凝汽器的熱態(tài)沖洗時， 需要保證除鹽水箱中的除鹽水滿足熱態(tài)沖洗的需要。同時， 需要制作臨時排放水箱。在進(jìn)行熱態(tài)沖洗過程中， 要將空冷系統(tǒng)中的水、 汽等排放干凈。因此， 要制作一個臨時水箱， 將水箱底部用臨時排放管連接，從而進(jìn)行排水處理， 保證空冷系統(tǒng)是真空狀態(tài)。安裝好臨時排放管后， 可以開始取樣管的放置。為了保證對于凝結(jié)水取樣順利， 該取樣管需接通至地下。隨后， 進(jìn)行吹管， 吹管結(jié)束后， 要保證鍋爐的蒸發(fā)量占蒸汽流量的75%。這一過程中， 盤車要持續(xù)進(jìn)行投入， 保證蒸汽能夠順利進(jìn)入低壓缸。最后， 對于高低壓旁路系統(tǒng)以及真空系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試[3］。高低壓旁路系統(tǒng)的減壓閥與減溫水閥的數(shù)值是衡量高低壓旁路系統(tǒng)是否合格的標(biāo)準(zhǔn)。

在進(jìn)行空冷凝汽器的兩個階段的熱態(tài)沖洗全部結(jié)束后， 需要對于空冷島的全部冷卻單元進(jìn)行試運行。試運行正常后， 才可以正式啟動設(shè)備。設(shè)備正式啟動后， 空冷島系統(tǒng)中的全部熱工表計都要進(jìn)行工作， 并同步進(jìn)行設(shè)備的帶負(fù)荷測試， 保證設(shè)備的帶負(fù)荷條件滿足系統(tǒng)運行的需要。

3 600MW直接空冷機(jī)組空冷凝汽器熱態(tài)沖洗系統(tǒng)改造

3.1 改造前存在的問題

熱電廠直接空冷機(jī)組運行工況較為惡劣， 特別是在高溫干燥的環(huán)境下， 機(jī)組運行揚(yáng)塵及其他雜物會吸入空冷島風(fēng)機(jī)中， 造成空冷管束翅片堵塞。由于原有的沖洗系統(tǒng)設(shè)備沖洗效率不高， 對空冷島散熱翅片沖洗不徹底、 不及時， 難以及時對堵塞雜物清除。隨著機(jī)組負(fù)荷的升高， 空冷管束翅片堵塞將導(dǎo)致機(jī)組真空下降， 很大程度上對機(jī)組正常運行造成影響， 限制熱電廠發(fā)電任務(wù)的完成。為達(dá)成熱電廠機(jī)組穩(wěn)定、 經(jīng)濟(jì)、 滿負(fù)荷運行目標(biāo)， 開始對現(xiàn)有的空冷島沖洗系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造。

3.2 改造方案的提出

3.2.1 系統(tǒng)改造方案

為提高熱電廠空冷島直冷空冷機(jī)組沖洗效率， 將全自動清洗機(jī)器人應(yīng)用其中， 根據(jù)直角坐標(biāo)機(jī)器人運行原理， 實現(xiàn)對空冷島清洗系統(tǒng)的優(yōu)化。而且， 在直冷空冷島全自動清洗機(jī)器人的作用下， 可有效提高散熱翅片清洗質(zhì)量與效率， 為后續(xù)使用與維護(hù)提供便利， 真正意義上實現(xiàn)機(jī)組沖洗自動化。550MW 直冷空冷島機(jī)器人全自動清洗系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 550MW直冷空冷島機(jī)器人全自動清洗系統(tǒng)

值得注意的是， 全自動清洗機(jī)器人水平行程在10米左右， 散熱翅片表面溫度達(dá)到60～70℃， 空冷島翅片傾斜角度在60o左右， 在上述條件的綜合作用下，全自動清洗機(jī)器人運行期間， 其上下導(dǎo)軌易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變形情況， 隨動拖鏈也會出現(xiàn)水平與豎直方向的變形， 對沖洗作業(yè)的正常開展造成限制。針對這一情況， 還可以在全自動清洗機(jī)器人基礎(chǔ)上引入隨動柔性拖鏈裝置， 基于隨動系統(tǒng)設(shè)計理念保證系統(tǒng)線纜跟隨機(jī)器人完成各種運動， 避免系統(tǒng)運行期間出現(xiàn)卡阻、變形、 脫節(jié)等情況， 最大限度上確保機(jī)器人運動的可靠性以及散熱翅片清洗的徹底性與通透性。

3.2.2 系統(tǒng)構(gòu)件分析

（1） 全自動清洗機(jī)器人

600MW 直冷空冷島由多個散熱翅片組成， 整體呈三角形結(jié)構(gòu)， 翅片傾斜角度為60o， 直冷空冷島機(jī)器人全自動清洗系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 直冷空冷島機(jī)器人全自動清洗系統(tǒng)

全自動清洗機(jī)器人由梯子、 上驅(qū)動裝置、 下驅(qū)動裝置、 噴淋架以及自隨動柔性拖鏈裝置構(gòu)成。其中，全自動清洗機(jī)器人上驅(qū)動裝置與下驅(qū)動裝置分別安裝在梯子頂端與底端， 跟隨空冷島翅片水平導(dǎo)軌實現(xiàn)同步運動， 并對整個散熱翅片系統(tǒng)進(jìn)行全面覆蓋； 噴淋架安裝在梯子平行導(dǎo)軌上， 在電機(jī)驅(qū)動下， 噴淋架可實現(xiàn)豎直方向運動。而且， 噴淋架上裝有高壓噴嘴，可在短時間內(nèi)完成對散熱翅片表面的噴射， 保證機(jī)組沖洗任務(wù)的高質(zhì)高效完成。而在自隨動柔性拖鏈裝置的應(yīng)用下， 可以為清洗機(jī)器人運行提供穩(wěn)定的電力支持、 用水供應(yīng)與信號連接， 提高清洗機(jī)器人運行效率。全自動清洗機(jī)器人的應(yīng)用有效實現(xiàn)了對原有沖洗系統(tǒng)的改造， 而且真正實現(xiàn)了沖洗作業(yè)的全自動， 可將其中的人力崗位解放出來， 實現(xiàn)空冷島翅片清洗的的優(yōu)化升級。

（2） 自隨動柔性拖鏈裝置

600MW 直冷空冷島全自動清洗機(jī)器人自隨動柔性拖鏈裝置由拖鏈、 自隨動柔性拖鏈裝置、 自隨動柔性支架構(gòu)成。

首先， 拖鏈的功能主要是對裝置內(nèi)部管線起到一定的束縛作用， 進(jìn)而為其運動提供便利條件。自隨動柔性拖鏈裝置拖鏈內(nèi)部包括高壓水管、 電源線、 通訊電纜等構(gòu)件， 選用增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料作為拖鏈主體材料， 呈現(xiàn)出良好的韌性、 絕緣性、 耐候性、 耐酸堿性， 還可以有效抵御溫差變化的影響， 適宜在惡劣熱電廠直接空冷機(jī)組運行工況下長期使用。

其次， 自隨動柔性拖鏈裝置由高拖鏈槽、 低拖鏈槽以及滾動輪機(jī)構(gòu)構(gòu)成。高拖鏈槽與低拖鏈槽分別安裝在清洗機(jī)器人行程兩側(cè)， 并以各線纜分布情況為基礎(chǔ)在行程中間位置出線。其中， 高拖鏈槽根據(jù)拖鏈導(dǎo)向斜面設(shè)有相應(yīng)的凹槽結(jié)構(gòu)， 在凹槽控制下， 可以保證拖鏈運動受到一定限制， 進(jìn)而可以始終保持直線運動狀態(tài)， 避免在長距離、 長時間運行過程中， 因拖鏈左右擺動影響裝置運行的可靠性與穩(wěn)定性； 而低拖鏈槽上則設(shè)置有滾動輪機(jī)構(gòu)。全自動清洗機(jī)器人水平拖鏈長度約為50m， 拖鏈運行期間， 會對裝置電纜起到一定的帶動作用， 隨著全自動線清洗機(jī)器人運動距離的延長， 拖鏈重量增加， 拖鏈導(dǎo)向槽會承受相對較大的摩擦力， 同時轉(zhuǎn)換為附加在下驅(qū)動裝置上的力， 在附加力作用下， 全自動清洗機(jī)器人上驅(qū)動裝置與下驅(qū)動裝置難以保證同步運行， 進(jìn)而對清洗機(jī)器人水平運動帶來影響， 拖鏈長度越長， 出現(xiàn)上下重疊現(xiàn)象的概率越大， 對拖鏈的正常運轉(zhuǎn)造成影響。針對這一問題， 可以在低拖鏈槽表面設(shè)計相應(yīng)的滾動輪機(jī)構(gòu)， 其主要原理是通過滾動摩擦代替原有的滑動摩擦， 有效降低拖鏈運行期間所承受的摩擦力， 一方面可以規(guī)避裝置運行期間的卡澀情況， 另一方面還可以確保全自動清洗機(jī)器人上、 下驅(qū)動裝置同步運行， 消除摩擦力對其的不良影響。自隨動柔性拖鏈裝置如圖3所示。

圖3 自隨動柔性拖鏈裝置

最后， 全自動清洗機(jī)器人運行期間， 由于拖鏈行程較長以及散熱翅片環(huán)境溫度較高， 其結(jié)構(gòu)件往往會出現(xiàn)變形的情況。因此可采用自隨動柔性支架安裝拖鏈， 通過自隨動方式提升對拖鏈運動各狀態(tài)的適應(yīng)力， 在適應(yīng)結(jié)構(gòu)件尺寸變形的基礎(chǔ)上保證拖鏈的穩(wěn)定運行。結(jié)合拖鏈運行狀態(tài)來看， 若受到水平方向外力影響， 自隨動柔性支架就可以進(jìn)行水平方向滑動控制拖鏈產(chǎn)生變形； 若受到豎直方向外力影響， 自隨動柔性支架就可以進(jìn)行豎直方向擺動以抵御拖鏈擠壓作用， 進(jìn)而有效提升在水平， 豎直方向的適應(yīng)性。自隨動柔性支架如圖4所示。

圖4 自隨動柔性支架

600MW 直冷空冷島全自動清洗機(jī)器人自隨動柔性拖鏈裝置實現(xiàn)了多方面的技術(shù)創(chuàng)新與升級， 具體包括： （1） 拖鏈材料。拖鏈?zhǔn)褂玫脑鰪?qiáng)聚酰胺復(fù)合材料具有耐酸堿、 耐腐蝕、 耐高溫特性， 可以長時間應(yīng)用于戶外環(huán)境下； 而且通過拖鏈對各類管線的束縛， 可以更好地跟隨驅(qū)動裝置運動， 確保自隨動理念落實。（2） 拖鏈裝置。全自動清洗機(jī)器人在運行期間， 其結(jié)構(gòu)件易受到拖鏈行程、 翅片環(huán)境溫度等因素影響出現(xiàn)變形情況， 若采用傳統(tǒng)的固定安裝拖鏈安裝方式， 拖鏈在行進(jìn)中極易出現(xiàn)卡澀、 扭曲、 斷裂等情況。而在自隨動柔性拖鏈裝置作用下， 可以顯著提升對拖鏈運動變形的適應(yīng)能力， 保證全自動清洗機(jī)器人以及發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運行。 （3） 技術(shù)應(yīng)用。600MW 直接空冷機(jī)組空冷凝汽器熱態(tài)沖洗系統(tǒng)運用柔性技術(shù)顯著提升了系統(tǒng)運行期間抵御變形的能力。通過機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計改進(jìn)可以避免拖鏈運行期間卡阻、 脫節(jié)現(xiàn)象， 大大提高了拖鏈隨動的可靠性。通過全自動清洗機(jī)器人可第一時間對散熱翅片進(jìn)行清洗， 為熱電廠空冷島散熱翅片清洗做的自動化水平的升級提供保障。

4 改造效果分析

本文通過全自動清洗機(jī)器人自隨動柔性拖鏈裝置實現(xiàn)對600MW 直接空冷機(jī)組空冷凝汽器熱態(tài)沖洗系統(tǒng)的改造升級， 取得了十分顯著的改造效果。

（1） 改善機(jī)組運行條件， 促進(jìn)工作效率的提升。在進(jìn)行技術(shù)改造之前， 機(jī)組沖洗工作效率不高， 甚至存在需要每天24h 不停沖洗的情況。技術(shù)改造后， 可通過全自動清洗機(jī)器人完成沖洗， 從以往的8d一次縮減為12～16h 一次， 不僅大大提高了工作效率， 還可以全面替代人工沖洗， 工作人員無需在高溫、 高機(jī)組負(fù)荷率的環(huán)境下開展機(jī)組沖洗工作。

（2） 創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。技術(shù)升級改造前后的機(jī)組真空水平對比情況如表1 所示?？梢钥闯觯?全自動清洗機(jī)器人的應(yīng)用有效減少了機(jī)組煤耗， 進(jìn)而可以節(jié)約更多的燃煤費用[4］。

表1 技術(shù)升級改造前后的機(jī)組真空水平對比情況

（3） 保障機(jī)組安全穩(wěn)定運行。600MW 直冷空冷島全自動清洗機(jī)器人自隨動柔性拖鏈裝置的應(yīng)用優(yōu)化了空冷島的沖洗效果， 確保空冷島散熱片表面清潔度達(dá)標(biāo)， 即便在較為惡劣的工況下， 機(jī)組也可以實現(xiàn)高效穩(wěn)定運行， 從而達(dá)到提高熱電廠運行效率的目標(biāo)。

5 結(jié)束語

綜上所述， 引入全自動清洗機(jī)器人自隨動柔性拖鏈裝置可有效實現(xiàn)對600MW 直接空冷機(jī)組空冷凝汽器熱態(tài)沖洗系統(tǒng)的技術(shù)升級， 改善了以往散熱翅片沖洗不徹底、 效率低的問題， 同時可為熱電廠運行創(chuàng)造良好的效益， 因此該裝置具有廣泛的推廣應(yīng)用價值。