火電廠凝汽器冷卻水管結(jié)垢的危害及機(jī)器人清洗技術(shù)應(yīng)用

徐萌（湖北西塞山發(fā)電有限公司，湖北黃石435000）

火電廠凝汽器冷卻水管結(jié)垢的危害及機(jī)器人清洗技術(shù)應(yīng)用

徐萌（湖北西塞山發(fā)電有限公司，湖北黃石435000）

火電廠凝汽器是非常重要的一個(gè)輔助設(shè)備，在運(yùn)行過(guò)程中受自身結(jié)構(gòu)的限制，在冷卻水管中出現(xiàn)結(jié)垢的情況，影響了凝氣器的熱交換效率。本文首先對(duì)火電廠凝氣氣冷卻水管結(jié)垢所產(chǎn)生的危害進(jìn)行了分析，然后對(duì)除垢清洗現(xiàn)狀進(jìn)行了探討，最后對(duì)機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了分析。

冷卻水管結(jié)垢；除垢清洗現(xiàn)狀；機(jī)器人技術(shù)

在火力發(fā)電廠運(yùn)行過(guò)程中，凝氣器是非常重要的一個(gè)輔助設(shè)備，肩負(fù)著冷卻汽輪機(jī)排氣的重要任務(wù)，凝汽器的工作性能對(duì)電廠的發(fā)電煤耗率和發(fā)電效率都有著非常大的影響。凝汽器作為一種面式換熱器，其結(jié)構(gòu)是由上萬(wàn)根銅管組成的，銅管的內(nèi)部走冷卻水，外部走水蒸氣，由于存在熱交換，在不斷加熱過(guò)程中冷卻水中的鹽分會(huì)析出來(lái)，并形成水垢在內(nèi)管壁上附著，對(duì)凝氣器的換熱效率造成了非常大的影響，致使凝汽器中的真空降低，增大發(fā)電煤耗率以及發(fā)電成本。

1 凝汽器冷卻水管結(jié)垢的危害

凝汽器冷卻水管結(jié)垢最主要的危害就是使汽輪發(fā)電機(jī)組的效率被降低了，使汽輪發(fā)電機(jī)的出力受到了嚴(yán)重的影響。凝汽器結(jié)垢達(dá)到半毫米厚的時(shí)候，會(huì)使發(fā)電時(shí)的用煤損耗不斷升高，例如一臺(tái)負(fù)荷率為90%、年運(yùn)轉(zhuǎn)5500h、功率為680MW的機(jī)組，每年的耗煤量就會(huì)增加3萬(wàn)多噸，煤價(jià)按500元1t計(jì)算，其增加的成本就是1800多萬(wàn)元。假如水垢的厚度達(dá)到1mm的時(shí)候，煤量的耗損就可以達(dá)到5萬(wàn)t左右，發(fā)電出力就會(huì)下降10%左右。

凝汽器不銹鋼管出現(xiàn)結(jié)垢的現(xiàn)象以后，易于導(dǎo)致點(diǎn)蝕等后果，比較清潔的凝汽器可以使用15年以上，假如沒有及時(shí)清理污垢，可能會(huì)在3年之內(nèi)就出現(xiàn)穿透的情況［1］。火電廠出現(xiàn)水質(zhì)問(wèn)題的根本原因就是凝汽器的銅管發(fā)生泄漏，凝汽器銅管被腐蝕以后，帶有壓力的冷卻水會(huì)流入到負(fù)壓冷凝水里，鍋爐水中九成以上是冷凝水，冷凝水一旦被污染就會(huì)使鍋爐出現(xiàn)一定的水垢現(xiàn)象，發(fā)生堿腐蝕或者是酸腐蝕的情況，有時(shí)候還會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)或者是過(guò)熱器出現(xiàn)結(jié)垢的情況，給電廠的安全運(yùn)行造成嚴(yán)重的危害。所以，不管是對(duì)火電廠的凝汽器管防腐，還是保障火電廠的出力和效率，都要對(duì)鍋爐進(jìn)行較好的防腐蝕、防結(jié)垢處理。

2 凝汽器除垢清洗技術(shù)的現(xiàn)實(shí)情況

火電廠凝汽器污垢清洗主要有在線清洗和離線清洗兩種。離線清洗主要是通過(guò)高壓水射流來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)凝汽器的清洗，在清洗凝汽器銅管內(nèi)部污垢的時(shí)候，主要是借助30MPa的高壓水實(shí)現(xiàn)沖洗的［2］。高壓水射流可以對(duì)硬垢實(shí)現(xiàn)有效清除，對(duì)凝汽器的粘泥和污垢都可以進(jìn)行高效的清理，高壓水清洗凝汽器不銹鋼管以后，不銹鋼管沒有任何的損傷，銅管的韌性和強(qiáng)度可以達(dá)到設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。使用高壓水進(jìn)行清洗屬于物理清洗的范疇，對(duì)環(huán)境不會(huì)造成任何的污染。

高壓水離線清洗的優(yōu)點(diǎn)比較多，但是離線清洗的缺點(diǎn)也是不可避免的，需要在停機(jī)以后才能進(jìn)行清洗處理。電廠機(jī)組啟動(dòng)和停機(jī)的費(fèi)用非常大，例如，680MW千瓦的機(jī)組啟動(dòng)和停機(jī)一次需要消耗的費(fèi)用可以到一百多萬(wàn)元以上。不但消耗的費(fèi)用比較大，運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的污垢也無(wú)法實(shí)現(xiàn)及時(shí)的處理，使火電廠機(jī)組的高效運(yùn)行受到了一定的影響。

火電廠為了使離線清理的缺點(diǎn)得到降低，使用了一定的在線除垢辦法。①膠球清洗法。投放表面比較粗糙的膠球在冷卻水循環(huán)管路中，膠球與管壁不斷的接觸，可以使管壁被摩擦清洗干凈。該方法的主要不足表現(xiàn)為水垢無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效去除，所以機(jī)組的運(yùn)行依然會(huì)受到污垢的制約，需要定期的進(jìn)行離線清洗來(lái)確保機(jī)組的安全運(yùn)行。該辦法需要投入大量的膠球，然而膠球的回收率比較低，這就使得成本不斷的提升。②化學(xué)法。將鹽酸等化學(xué)制劑投入到冷卻水循環(huán)管路里，從而實(shí)現(xiàn)有效除垢。該辦法的除垢效果比較理想，但也存在一定的缺點(diǎn)，使用化學(xué)制劑不斷的清洗凝汽器的銅管，會(huì)使其壽命受到嚴(yán)重的影響，如果長(zhǎng)時(shí)間的使用就會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的泄露問(wèn)題，會(huì)給火電廠安全生產(chǎn)造成危害?；瘜W(xué)法的運(yùn)行成本比較高，還會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題。

3 在凝汽器除垢清洗中使用機(jī)器人技術(shù)

認(rèn)真分析火電廠凝汽器清洗技術(shù)的缺點(diǎn)后，公司引入了火電廠凝汽器高壓水射流在線清洗機(jī)器人，將水下機(jī)器人安裝在火電廠凝汽器循環(huán)水側(cè)殼體中，依據(jù)電廠的實(shí)際情況，機(jī)器人對(duì)設(shè)備進(jìn)行及時(shí)的清洗，從而使凝汽器的清潔性得到保障，使火電廠的運(yùn)行效率得到不斷提升。機(jī)器人具有在線清洗和離線清洗的強(qiáng)大功能，運(yùn)行成本比較低，可以實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)行的需求，使火電廠凝汽器污垢得到了有效的處理。在線清洗機(jī)器人主要包括關(guān)節(jié)型直角坐標(biāo)機(jī)器人和滾珠絲杠型直角坐標(biāo)機(jī)器人兩種，在清洗凝汽器冷卻管的時(shí)候，主要是借助機(jī)器人來(lái)對(duì)高壓水射流噴頭進(jìn)行控制的［4］。關(guān)節(jié)型直角坐標(biāo)機(jī)器人的主要優(yōu)點(diǎn)為運(yùn)行的比較平穩(wěn)、精準(zhǔn)度非常高、工作空間比較寬敞、占據(jù)的空間體積比較小、結(jié)構(gòu)比較緊湊以及可以繞行障礙物等。

3.1 使用凝汽器在線清洗機(jī)器人

凝汽器在線清洗機(jī)器人主要是針對(duì)凝汽器污垢而設(shè)計(jì)的，具有較強(qiáng)的專業(yè)性，將水下密封技術(shù)、高壓水射流技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行了完美的融合，使凝汽器冷卻管可以實(shí)現(xiàn)逐一清洗，確保凝汽器始終保持較好的清潔度，使汽輪機(jī)的真空度和端差得到了較好的改善，使發(fā)電廠的能耗得到了有效的控制，使凝汽器的人工離線清洗和酸洗工作得到了有效的避免。關(guān)節(jié)型機(jī)器人的主體構(gòu)成為圓柱型的兩軸式結(jié)構(gòu)，詳見圖1所示。借助每一個(gè)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)精確定位管孔，高壓水管借助高壓水噴頭的反作用力插入到冷凝管中對(duì)里面的污垢進(jìn)行清洗，高壓水軟管有規(guī)律的收放是借助盤管裝置實(shí)現(xiàn)的，高壓水管回收情況是通過(guò)傳感器實(shí)現(xiàn)的。以4號(hào)機(jī)組為例（其余機(jī)組清洗方法基本一致），在對(duì)4號(hào)機(jī)組進(jìn)行使用時(shí)，凝汽器分為A側(cè)和B側(cè)，將四套清洗設(shè)備安裝在A側(cè)和B側(cè)凝汽器的返回水室中［5］。清洗設(shè)備主要包括安裝在凝汽器返水室里面的一臺(tái)關(guān)節(jié)型清洗機(jī)器人、安裝在凝汽器側(cè)面的一套絞盤設(shè)備、高壓水泵系統(tǒng)一套、操作柜一組和控制機(jī)柜兩臺(tái)。在運(yùn)行的時(shí)候，首先檢查水閥門的打開情況，高壓水泵一定要保持足夠的壓力，借助高壓閥來(lái)對(duì)工作壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，機(jī)器運(yùn)行的時(shí)候，進(jìn)口水壓和供水量一定要充足。

通過(guò)應(yīng)用證明，凝汽器在線清洗機(jī)器人系統(tǒng)對(duì)凝汽器冷卻水管進(jìn)行自主在線清洗的清洗覆蓋率為85%，除垢率達(dá)到90%以上，可實(shí)現(xiàn)不停機(jī)在線清洗，從而保證凝汽器冷凝管清潔度的可維持性，清洗效果可比常規(guī)膠球清洗提高較多，可代替人工離線清洗。使凝汽器冷卻水管保持較高的清潔度，改善汽輪機(jī)的端差和真空度，降低發(fā)電廠能耗具有較好的效果。

圖1 關(guān)節(jié)型清洗機(jī)器人結(jié)構(gòu)

3.2 分析經(jīng)濟(jì)性

經(jīng)過(guò)調(diào)查湖北華電西塞山發(fā)電有限公司的凝汽器除垢情況，對(duì)該廠的四臺(tái)680MW機(jī)組進(jìn)行仔細(xì)分析，選擇了化學(xué)在線的除垢辦法，每一臺(tái)機(jī)組每年的化學(xué)清洗所消耗的費(fèi)用大約為150萬(wàn)元。假如在清洗的時(shí)候，使用高壓水射流在線清洗機(jī)器人進(jìn)行操作，每一臺(tái)機(jī)組的清洗費(fèi)用大約為120萬(wàn)元。電費(fèi)是平時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行的主要支出，一根凝汽器銅管的清洗耗電量為1kW·h，機(jī)組共有凝汽器銅管一萬(wàn)根，電廠的電價(jià)為0.3元，那么清洗四次凝汽器的費(fèi)用大約為人民幣1.5萬(wàn)元（規(guī)定要求一年清洗四次）。在進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)的時(shí)候，使用了計(jì)算機(jī)自主控制技術(shù)，這就使得基本不存在日常維護(hù)費(fèi)用。即便是將一些未知費(fèi)用考慮在其中，每臺(tái)機(jī)組加上運(yùn)行費(fèi)用的總開支也不會(huì)比130萬(wàn)元多。當(dāng)系統(tǒng)投入使用以后，一年就可以節(jié)省化學(xué)清洗費(fèi)用150萬(wàn)元，所以，在線清洗機(jī)器人對(duì)火電廠比較有吸引力，市場(chǎng)發(fā)展前景非常廣闊。

4 結(jié)論

綜上所述，在火電廠凝氣器冷卻水管結(jié)垢清洗中，機(jī)器人清洗技術(shù)是未來(lái)發(fā)展的一個(gè)主要方向，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，但是在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，還需要結(jié)合電廠的具體情況進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)，解決機(jī)器人清洗技術(shù)的不足之處，從而將機(jī)器人清洗技術(shù)的潛力充分發(fā)揮出來(lái)。

［1］趙斌，吳斌.凝汽器防垢除垢技術(shù)在火力發(fā)電廠中的應(yīng)用［J］.節(jié)能技術(shù)，2005，23（4）：375～377.

［2］朱世強(qiáng)，王宣銀.機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用［M］.杭州：浙江大學(xué)出版社，2001：21.

［3］張福學(xué).機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2000：42.

［4］吳劍恒.凝汽器冷卻水管防垢與強(qiáng)化換熱技術(shù)的應(yīng)用［J］.沈陽(yáng)工程學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2006（02）：54～56.

［5］王運(yùn)民.定量分析凝汽器冷卻水管結(jié)垢對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響［J］.汽輪機(jī)技術(shù)，2005（02）：27～30.

TK264.11

A

2095-2066（2016）30-0061-02

2016-10-11

徐萌（1981-），男，湖北黃石人，助理工程師，本科，從事火電廠運(yùn)行工作。