胶球清洗系统改造前后二次滤网、海绵胶球与管道污垢内的性能影响？

    胶球清洗系统改造前后二次滤网、海绵胶球与管道污垢内的性能影响？胶球清洗系统基本组成有哪些？受哪些因素影响？今天连云港市宏琦电力辅机厂家带着大家一起举例分析一下。

    以张家口电厂６号机胶球清洗系统改造与运行效果为例分析。

    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ＤＬＴ５８１－９５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０．６５ｋＰａ，年平均节煤１．６３ｇｃｅ／（ｋＷ·ｈ），年节能效益１６５万元。

    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０．６ｋＰａ，机组发电煤耗约降低１．８ｇ／（ｋＷ·ｈ），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１／３，完全不能投入的使用的占１／３。

    ２０１２年４月，大唐国际张家口发电厂６号机组胶球清洗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号机组胶球清洗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清洗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。

改造前的胶球清洗系统的问题分析

    大唐国际张家口发电厂共安装了８台国产３００ＭＷ火力发电机组，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～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。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

污垢厚度清洁时传热系数总传热系数清洁系数背压背压增加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。电厂的胶球清洗系统的运行机制为：

（１）单侧每次投球１０００个，投球率（胶球数与单程管数比）为２０％；

（２）夏季：隔天投入运行一次，每次运行５．５小时，收球时间０．５小时；

（３）冬季：每周投入运行一次，每次运行５．５小时，收球时间０．５小时；

（４）冬季运行时，低速循环泵无法投球，需使用高速循环ｍｍ Ｗ／（ｍ２·Ｋ）Ｗ／（ｍ２·Ｋ）ｋＰａｋＰａ泵。

该厂胶球清洗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侧凝汽器胶球清洗系统收球试验结果

运行时间：１小时 收球时间：１５分钟

投球数量：１０００个海绵胶球 投球率：２２％

收球数量：２８６ 收球率：２８．６％结论：收球率偏低，无法达到凝汽器管路清洗效果。（执行标准：电力行业标准ＤＬＴ５８１－９５）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１０ｋＰａ～１５ｋＰａ，远超出电力行业标准ＤＬＴ５８１－９５的要求（直通式水阻小于４．９ｋＰａ，弯管式水阻小于６．９ｋＰａ）。

（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；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入口处局部聚集，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。当胶球清洗系统失效，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，产生污垢注：污垢的导热系数一般为０．２Ｗ／（ｍ·Ｋ）～１Ｗ／（ｍ·Ｋ），上表取０．６Ｗ／（ｍ·Ｋ）。由表２计算分析可见，按污垢导热系数取０．６Ｗ／（ｍ·Ｋ）的保守值计算，当污垢厚度为０．０７５ｍｍ时，凝汽器真空下降０．５３ｋＰａ，当污垢厚度到达０．１５ｍｍ时，凝汽器真空下降并１．３７ｋＰａ，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。

３胶球清洗新技术与改造方案

    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⑥。

    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ＤＬＴ５８１－９５中的要求，二次滤网的过滤网孔面积率应达到或者超过１．５，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１．５，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０．８～１．０，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；①旋转自清洁二次滤网；②自旋转均布投球器；③免开盖装球室；④胶球计数器；⑤胶球泵；⑥旋转自清洁收球网；⑦反冲洗自洁杂物过滤器；⑧全功能测控柜；

⑨新型硅胶胶球；⑩凝汽器

４技术改造的效果与分析

４．１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ＤＬＴ５８１－９５的要求相符。

表３ 投球率试验（投球时间：３０ｍｉｎ）

投球数量，个 投球率，％ 每分钟平均循环胶球数量，个 每分钟平均循环速率，％ １分钟收球率，％ ３分钟收球率，％５ 分钟收球率，％

５００ １１．３ ６９２ １３８ ９７ ９７ ９８

８００ １８．１ ９８４ １２３ ９８ ９８ ９８

１０００ ２２．６ １０８１ １０８ ９３ ９８ ９８

１５００ ３３．９ １２３３ ８２ ８１ ９５ ９６

１８００ ４０．７ １１３５ ６３ ５９ ９１ ９５

２０００ ４５．３ ９５２ ４７．５ ４８ ８２ ９３

２５００ ５６．６ ７７６ ３１ ２７ ７５ ９０

２８００ ６３．４ ６４７ ２３ ２１ ６０ ８６

投球数量投球率收球率，％每分钟平均循环实验时间 循环泵投运ｋＰａ

个 ％ １分钟收球率 ３分钟收球率 ５分钟收球率胶球数量，个

夏季（６月～８月）

秋季（９月～１０月）冬季（１１月～１月） 双泵

单高速泵单低速泵 ＜４．５

＜２

＜１ １０００

１０００

１０００ ２０

２０

２０ ＞９２

＞９５

＞９５ ＞９５

＞９７

＞９８ ＞９８

＞９８

＞９９ ９５０～１０５０

９８０～１１００

１０５０～１２００

表５

清洗效果节能对比试验（循环泵工况：单台泵）

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，℃

４月１日 ３００ 不投球 １４．０３ ３０．０５ ３９．２３ ８９．５２ ６．３９

４月２日 ３００ 不投球 １８．８６ ３５．９０ ４２．２５ ８７．５１ ６．３５

４月３日 ３００ 不投球 １９．８２ ３５．４４ ４１．５５ ８８．１４ ６．１１

４月４日 ３００ 不投球 １４．４１ ３１．３６ ３３．５８ ８９．４０ ４．２２

４月５日 ３００ 不投球 １２．５９ ２９．７９ ３３．４６ ８９．４９ ３．６７

平均值 １５．９４ ３２．５１ ３８．０１ ８８．８１ ５．３５

４月８日 ３００ １０００ １４．１７ ３０．４８ ３４．５２ ８９．６３ ４．０４

４月９日 ３００ １０００ １３．８９ ２８．５２ ３２．３３ ８９．５９ ３．８１

４月１０日 ３００ １０００ １５．０１ ２８．０７ ３０．８０ ９０．２６ ２．７３

４月１１日 ３００ １０００ １４．２１ ２４．１０ ２８．２０ ９０．１６ ４．１０

４月１２日 ３００ １０００ １６．０３ ２９．１０ ３３．３０ ８９．３０ ４．２０

平均值 １４．６６ ２８．０５ ３１．８３ ９．７９ ３．７８

对比值 －１．２８ ＋０．９８ －１．５７

（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，因此胶球清洗系统在冬季、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）在胶球清洗系统连续投运情况下，机组真空约平均提高０．９８ｋＰａ，端差降低约１．５７℃。由于环境温度变化影响，入口水温平均降低１．２８℃，按ＨＥＩ标准计算相当于影响凝汽器压力０．３３ｋＰａ，数据经修正计算后，机组平均真空提高０．６５ｋＰａ，折算节约标煤近１．６３ｇ／（ｋＷ·ｈ）（按１ｋＰａ节煤２．５ｇ／（ｋＷ·ｈ）标准计算）。

４．２综合分析

从以上两项试验初步得出以下结论：

    １）传统的胶球清洗系统考核指标，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，无法真正体现胶球清洗系统的运行效率，也很难保证胶球的清洗效果。

    ２）作为替代性指标的“胶球循环速率”，即单位时间内，通过换热管胶球的数量，是真正体现系统运行效率的关键性指标。胶球循环速率，不仅直接影响单位时间内换热管的清洗次数，也间接影响着收球效果，即如果循环速率高，则清洗效果好，且短时间内（通常３分钟）收球率高。

    ３）胶球清洗系统的正常、高效投运，对机组的真空与端差有较大影响。经过一周停运与连续一周的投球对比试验表明，胶球清洗系统投运一周后，机组真空平均提高０．９８ｋＰａ，端差下降约１．５７℃。数据经过修正计算后，则机组真空约平均提高０．６５ｋＰａ。

４．３节能效果

４．３．１胶球清洗直接效益

大唐国际张家口发电厂采用胶球新技术对原有设备进行改造后，凝汽器换热性能得到明显提高，机组真空提高０．６５ｋＰａ，机组经济性和稳定性显著提高，节能降耗１．６３ｇ／（ｋＷ·ｈ）标煤，按单机年发电量１６．５亿ｋＷ·ｈ，标煤单价６００元／吨计算，年节能效益：

年节约标煤：１６．５×１０８ｋＷ·ｈ×１．６３ｋＷ·ｈ×１０－６ｔ／ｇ

＝２６９０ｔ

年节煤效益：２６９０ｔ×６００元／ｔ＝１６１．４万元

４．３．２单泵投球运行节约电耗

改造后冬季运行时（１１月１５日～４月１５日），单循环泵即可投球，因此：

节约厂用电：

W（高、低速泵实际输出功率差）×H（实际投球工作小时数）＝（１５００ｋＷ－１２００ｋＷ）×３００ｈ＝９００００ｋＷ·ｈ

节约电费：

０．４４元／（ｋＷ·ｈ）×９００００ｋＷ·ｈ＝3.96万元

以上节能直接经济效益大约１６５万元，投资回收期小于两年。由于大唐国际张家口发电厂采用地下水作为冷却循环水，水质条件较好，节能效益已十分明显，如果在江湖直排式，或者水质条件较差的电厂使用，预期节能效果将更为明显。４６０的工况发生。

（４）由于机组转子系统质量大，甩负荷后转子系统在惯性作用下经９８．６ｍｓ的动作延时后才达到扭转剪切应力大值，而不是在甩负荷动作发生的瞬间就达到大应力值。

    １）计算分析表明，当污垢的厚度为０．０７５ｍｍ时凝汽器真空下降０．５ｋＰａ，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。

    ２）电厂胶球清洗系统是一个多部件复杂的系统，采用自旋转均布投球、旋转自清洁固定二次滤网和收球网、胶球自动计数和新型硅胶胶球等新技术进行改造，投球率为２０％时，每分钟平均胶球循环率为１００％，５分钟收球率达９８％，

水阻达到ＤＬＴ５８１－９５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。

    ３）根据试验结果，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，较低投球率可以获得较好的收球率但影响清洗效果，过高的投球率则胶球循环速率明显下降不仅可能堵塞换热管而且也影响清洗效果。

    ４）大唐国际张家口发电厂６号机组采用新型胶球清洗技术进行改造，对比试验表明，机组真空平均提高０．６５ｋＰａ，平均煤耗降低１．６３ｇｃｅ／（ｋＷ·ｈ），年节能效益大约１６５万元，投资回收期小于两年。