凝汽器在線機器人清洗技術應用的性能試驗研究

張武志（華電電力科學研究院，浙江杭州310030）

凝汽器在線機器人清洗技術應用的性能試驗研究

張武志
（華電電力科學研究院，浙江杭州310030）

通過加裝在線清洗機器人代替原先使用的膠球清洗系統，實現了凝汽器冷卻管在線逐根清洗。試驗證明了使用在線機器人清洗技術，提高了凝汽器的清潔度，降低了汽輪機背壓，最終達到降低供電煤耗的目的，并對機組經濟運行提供參考。

凝汽器；機器人；清潔度系數；排汽壓力；煤耗

0 引言

凝汽器是熱力發電機組的主要輔機設備之一，凝汽器的換熱能力，對汽輪機的做功能力、經濟性有著直接的影響。

火力發電機組凝汽器清洗方式一般是膠球清洗或人工清洗[1]。凝汽器人工清洗費時費力[5]。凝汽器膠球清洗系統也存在一些問題:膠球的分布受循環水流速影響[3]，機組大部分時間單泵運行使得循環水流速長期偏低于設計值，導致膠球回收率較低而堵管。隨著時間的積累，污垢逐漸變硬而導致凝汽器換熱能力偏低。必要時，甚至要采用化學清洗的方式，才能將污垢清洗掉。對非冷卻塔形式的機組，凝汽器管束更容易臟污。總之，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偏低的情況。

在線機器人清洗技術指的是通過加裝在線清洗機器人代替原先使用的膠球清洗系統，實現了凝汽器換熱冷卻管的在線清洗。

1 項目簡介

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。凝汽器冷卻水系統采用開式循環供水冷卻方式，循環水為江水，配2臺循環水泵，以滿足不同季節和不同負荷時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組經濟性，在保留膠球清洗系統的同時，某電廠引入了在線機器人清洗技術，如圖1所示。

圖1 凝汽器在線清洗機器人

2 性能試驗

2.1 試驗測點

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

2.2 試驗內容

凝汽器性能試驗分兩次進行，分別對凝汽器膠球清洗狀態下和在線機器人清洗狀態下進行性能試驗，測定凝汽器壓力、端差等指標，分析計算試驗數據，計算在一定循環水流量和一定循環水進水溫度下低壓缸排汽壓力；評價在線清洗裝置運行效果，評估節能效果（降低煤耗值）。

2.3 試驗步驟

按照D L/T 932-2005《凝汽器與真空系統運行維護導則》的方法，每個試驗工況下都進行真空嚴密性試驗。

3 試驗結果與分析

調整運行狀態，使機組運行各主要參數滿足試驗要求。試驗過程中，主蒸汽壓力、溫度、再熱蒸汽溫度、機組負荷等參數保持穩定；試驗過程中，回熱系統和凝汽器運行工況保持穩定；試驗人員進入指定位置，按照統一時間開始記錄數據；試驗結束，系統恢復正常狀態。

3.1 真空嚴密性試驗

試驗規程要求，凝汽器性能試驗應在真空嚴密性試驗合格的條件下進行。膠球清洗狀態下凝汽器試驗開始前，凝汽器真空嚴密性試驗的結果168P a/min；在線機器人清洗方式下凝汽器試驗開始前，凝汽器真空嚴密性試驗結果為174P a/min，都優于270P a/min，符合試驗要求。

在真空不合格的情況下，凝汽器內會聚集大量不凝結氣體，導致計算出的凝汽器管束清潔度系數降低，不利于凝汽器的循環水管束換熱。如果真空嚴密性試驗不合格，應進行真空系統檢漏，保證真空嚴密性合格。兩次試驗真空嚴密性結果合格且基本一致，對試驗結果的準確分析有利。

3.2 凝汽器清潔度系數和端差

在一定的負荷下，凝汽器的換熱能力的變化主要體現在清潔度系數上。相對傳統的膠球清洗方式，在線機器人清洗技術對凝汽器換熱能力的改善，應直接體現在清潔度系數的提高。

根據式（1）-式（4）計算，在凝汽器膠球清洗狀態下、在線機器人清洗技術下，分別求出凝汽器排汽壓力、清潔度系數以及凝汽器端差等，結果見表1。

式中Q—凝汽器熱負荷，MW；

F—循環水流量，k g/s；

Δt—循環水溫升，K；

Cp—冷卻水的比熱容，取4186.8 J/（k g·K）；

LMTD—對數平均溫差，℃；

ts—凝汽器壓力下的飽和蒸汽溫度，℃；

t1—循環水進水溫度，℃；

t2—循環水出水溫度，℃；

Δt—循環水溫升，℃；

δt—凝汽器端差，℃；

KT—試驗總體傳熱系數，W/（m2·K）；

A—凝汽器換熱面積，m2；

K0—基本傳熱系數；

βt—冷卻水進水溫度修正系數；

βm—冷卻管管材和壁厚修正系數；

βc—凝汽器清潔度系數。

表1 膠球清洗、在線機器人清洗下凝汽器參數對比

從表1中可以看出，膠球清洗狀態下，凝汽器冷凝管清潔系數只有0.606。機組所用循環水水源為江水，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偏低。

凝汽器設計端差一般為0.85左右。膠球清洗狀態下，凝汽器清潔度系數偏低設計值較多，凝汽器換熱效果不佳，清潔度系數亟待提高。

停運膠球系統，開啟在線機器人清洗系統一段時間后，凝汽器冷凝管清潔度系數逐步提高，達到了0.829的較好水平。從清潔度系數來看，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、分析更準確直觀，膠球清洗狀態下和在線機器人清洗狀態下，機組循環水運行方式都是采取一機一泵方式運行。兩個工況下的循環水流量大體上一致。在循環水流量、進水溫度相差不大的情況下，凝汽器端差也由膠球運行方式下的4.76℃下降到了在線機器人清洗方式下的3.52℃。作為凝汽器的另一個關鍵指標來看，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 經濟性分析及運行指導

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

凝汽器試驗幾個工況下的凝汽器熱負荷總會有差別。凝汽器熱負荷越高，同樣的清潔度系數情況下，凝汽器的排汽壓力也會越高。兩次試驗，由于各種因素循環水流量也很難完全一致。循環水流量越高，凝汽器排汽壓力會隨之降低。因此，要想準確評估兩種清洗方式的經濟性，需要將兩個工況下的熱負荷和循環水流量修正到同一個值。此次試驗，膠球清洗狀態下的凝汽器熱負荷、循環水流量做為基準，將在線清洗狀態下的凝汽器熱負荷、循環水流量進行修正。根據計算凝汽器熱負荷598MW、循環水流量42926t/h時，在線機器人清洗狀態下的凝汽器排汽壓力修正值為3.3k P a。

循環水進水溫度隨季節、時間變化比較大，同樣的循環水流量、凝汽器熱負荷下，循環水溫度不同機組排汽壓力、供電煤耗也會有不小的差別。因此，分析不同循環水進水溫度下，兩種清洗方式下的經濟性對比，對電廠的實際運行更具有指導性。

分別在循環水進水溫度為10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃下，在凝汽器熱負荷（598MW）、循環水流量（42926t/h，一機一泵）和兩種清洗方式不同清潔度系數（0.606和0.829）計算機組的排汽壓力，對比結果見表2。

表2 各進水溫度下凝汽器排汽壓力（修正）

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

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

圖2 循環水進水溫度與熱耗率、供電煤耗變化的關系

從圖2可以看出，循環水進水溫度越高，在線機器人清洗技術相對膠球清洗方式節能效果越明顯。

冬季水溫較低的情況下，投入膠球清洗裝置或者在線機器人清洗系統，對機組經濟性影響區別不大。但是，當環境溫度升高尤其是夏季時，電廠應盡量維持在線機器人清洗系統的持續、穩定運行。

電廠所在地區環境溫度年平均氣溫大約25℃，因此將試驗結果修正到循環水進水溫度25℃的狀態下，對該電廠的在線機器人改造項目的節能效果分析、評定更加準確。可以看出25℃時相對原來的膠球清洗方式，某電廠運用在線機器人清洗技術可以降低供電煤耗大約1.1g/（k W·h）。

4 結語

某廠的凝汽器機器人在線清洗技術，較大程度上提高了凝汽器清潔度系數，降低了機組煤耗，取得了良好的經濟效益和社會效益。

凝汽器機器人在線清洗技術，對循環水水質較為臟污的電廠，凝汽器清洗效果較為明顯。同時，對環境溫度較高的地方，節能效果更為突出。

凝汽器的在線清洗技術，相對膠球清洗有顯著的節能效果，代表了一種發展趨勢。隨著在線機器人清洗技術的進一步成熟和穩定，凝汽器在線清洗技術將會在全國更多的電廠得到推廣和應用。

[1]李錄平.凝汽器低真空運行的原因及模糊診斷[J].汽輪機技術，1993，（5）：45-48

[2]李勇，曹祖慶.凝汽器清潔率的概念及測試方法[J].汽輪機技術，1995，（2）：73-76.

[3]胡洪華，黃廷輝.大型電站雙背壓凝汽器優化運行的研究和實踐[J].電站自動化信息化學術技術交流會議，2002：8-11.

[4]王學棟，王學同，陳義森.老式凝汽器運行現狀分析與節能改造[J].汽輪機技術，2007，49（4）：308-311.

[5]袁軍，張明智，方亮.管壁清潔系數對雙背壓凝汽器真空的影響[J].電

力科學與工程，2002，30（3）：10-12.

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，工學碩士，工程師，從事汽輪機節能、調試工作。