蕪湖電廠2號機膠球清洗系統改造與運行效果

張兵　楊剛　蓋志峰

摘要：蕪湖電廠 2號機（600MW） 的膠球清洗裝置采用TAPROGGE倒V型格柵式收球網，內置導流板等先進技術，經試驗測試投球率維持在為 95%以上 。機組運行后對比試驗表明，凝汽器平均端差降低2.2 ℃，機組煤耗降低1.023g/kWh，年節約燃煤成本143 萬元。

關鍵詞：膠球清洗裝置;收球率;凝汽器清潔度;端差;煤耗

Abstract： The condenser tube cleaning system of Unit 2 （600MW） in Wuhu Power Plant used the advanced technologies such as TAPROGGE inverted V-type ball collecting screens and special guide plate， and the ball catching rate test is maintained above 95%. The comparative test after operation shows that the average TTD of condenser is reduced about 2.2 C， the coal consumption of unit is reduced to 1.023 g/kWh， and the annual cost of coal combustion is saved up to 1.43 million yuan.

Key words： Condenser tube cleaning system; Condenser cleanliness factor; Terminal temperature difference; Coal consumption.

0、? 前 言

“十三五”期間，我國火電在節能減排方面制定了嚴苛的目標，將成為我國電力行業節能減排的重要戰場。電力行業節能減排已成為發展的必然趨勢。

中電傳媒電力數據調查中心梳理發現到2020年現役燃煤發電機組改造后平均供電煤耗低于310克/千瓦時。[1]火電機組如何挖掘機組自身的發電潛力，降低單位煤耗，提高機組的運行效率，已經成為發電企業生產運行的重要工作。

對于已經投運的機組，運行中新蒸汽初參數變化量較小，而排汽壓力受凝汽器入口水溫、循環水溫升、凝汽器端差變化影響較大，對機組經濟性影響大。熱力試驗數據表明： 凝汽器真空每降低1 kPa，機組汽耗率約升高1. 5% ～ 2. 5%，熱耗率約升高70kJ /（ kWh） ，煤耗率約升高3 ～ 3.29 g/（ kWh） ;凝汽器端差每升高10 ℃，供電標準煤耗率約升高1.5% ～ 2.5%。[2]

電廠凝汽器作為火電機組中最大的換熱器，其換熱效率對發電煤耗影響十分明顯。采用先進、可靠的在線膠球清洗設備，是提高凝汽器熱效率的有效途徑。另外，膠球清洗系統能夠高效率運行，不僅可給電廠帶來直接的經濟效益，還能減少冷凝管的腐蝕，延長冷凝管的使用壽命，減少因冷凝管泄露而造成的機組運行風險。

目前，國內膠球清洗的使用現狀并不盡如人意。普遍存在設備質量差，收球率低，甚至一些電廠長期無法使用該系統。因膠球清洗設備的原因，致使一部分專業人員對這項成熟的在線清洗技術失去了信心。膠球清洗設備的收球率是反映該系統使用效率的一個重要指標，如果該系統無法正常可用，將導致凝汽器的清潔度降低，凝汽器端差升高，凝汽器真空降低。另外凝汽器管道結垢還易導致點蝕等后果。較清潔的凝汽器可以使用15 年以上，未及時清理污垢的可能會在3 年之內出現穿透的情況。[3]

2016 年 12 月，中電國際蕪湖電廠 2 號機組對原有的膠球清洗設備進行了整體改造。 采用德國TAPROGGE最新的倒V型收球網，內置導流板的設計。自投運以來運行穩定，收球率一直保持在95%以上，節能效果明顯。結合該廠 2號機組膠球系統的改造實際，本文在分析現有膠球系統問題的基礎上提出了相應的解決方案，以及對改造效果進行了經濟性評估。

1、 改造前的膠球系統的問題分析

蕪湖發電廠2號機組為660MW超超臨界國產燃煤發電機組，于2012年12月12日建成投產。循環冷卻水的水源采用長江水，為開式循環。凝汽器為雙背壓、雙殼體、表面式、單流程凝汽器，主要參數如下表。

該廠機組原有的膠球清洗系統為某國產設備，自2012年投產以來由于膠球收球網經常關不到位導致膠球清洗裝置自動不能投運，只能手動定期投運。每天早班投運，投球數量要控制在500個以內，每次運行2h，膠球收球率能維持在60%附近。如將膠球清洗裝置連續投運24h以上，則膠球收球率會急劇下降，甚至接近于0。

經過維護部門的反饋，其主要存在以下問題：

（1）收球網開關一段時間后，出現變形，雖經多次修復但依然有一定的間隙，造成跑球、漏球。

（2）收球網板設計流場分布不合理，導致部分球膠聚集在收球口附近無法回收。雖然膠球泵流量較大，但仍無法穩定有效回收膠球。

（3）配供的膠球質量不穩定，經浸泡后膨脹變化不一，相當一部分海綿球浸泡后發漲無法通過冷凝管。

2、 冷凝管污垢對凝汽器換熱效率的影響

膠球在線清洗系統的運行目的是為了保持冷凝器管內壁的清潔，從而達到保持冷凝器換熱系數和提高機組發電效率的目的。由于冷卻管的清潔度與冷凝器端差及機組效率有密切關系，因此，冷卻管的清潔系數應作為膠球在線清洗系統的重要考核指標之一。

冷卻管的清潔度在使用初期較高，但隨著使用時間的延長，清潔度逐漸下降。因此，保持冷卻管的清潔度是采用膠球清洗裝置的初衷。使用性能良好的膠球清洗裝置對于保持冷卻管的清潔度，進而保持冷凝器的換熱效率有重要的影響，下圖SIEMENS公司對冷凝管結垢程度與效率之間關系的一個研究結論。

圖中一共四條曲線，下面兩條斜向右上方的曲線代表冷凝管積垢厚度（belagstarke）與污垢系數（fouling factor）、清潔系數（cleaning factor）之間的關系，其中最下面一條紅色曲線為生物積垢（mikroblologischer Belag）曲線，上面一條虛線為無機硬質積垢（anorganischer Belag）曲線。 由這兩條曲線可以看出，污垢層越厚，污垢系數越大，清潔系數越小。舉例來說，當生物積垢達0.15mm，或無機硬質垢達1.2mm，凝汽器清潔系數僅為0.60左右。

圖中上部兩條斜向右下方的曲線代表污垢系數或凝汽器清清潔系數與機組發電效率損失的關系。其中最上面一條為740MW透平機組，下面一條為1300MW透平機組。由圖中所舉示例可以看出，當清潔系數為0.60（也即當生物積垢達0.15mm，或無機硬質垢達1.2mm時），740MW機組發電功率下降0.9%;1300MW機組發電功率下降達1.6%。[4]

這是一個很讓人觸目驚心的結論。也正因如此，國外自五六十年代大力普及冷凝器在線清洗系統，并成為一項標準。下表由目前世界上最大的電站設備提供商ALSTOM公司所作的一項研究成果可能會更加直觀地反映上述問題：

國內在這方面起步較晚，但最近十幾年來也逐漸注意到了這個問題。一些電廠通過實踐和理論計算得出有關凝汽器端差和汽機熱耗的關系，也可以理解為冷凝器換熱效率對機組效率的影響。凝汽器端差每升高10 ℃，供電標準煤耗率約升高1. 5% ～ 2. 5%[2]，按照機組煤耗310 g/kW.h計算，凝汽器端差減少1 ℃，供電標準煤耗率減少0.465g/kW.h～ 0.775g/kW.h，保守估計可按0.465g/kW.h作為依據。

3、 改造方案及技術特點

改造后的膠球清洗系統主要技術特點如下：

（1）、收球網采用倒V型結構，降低水阻。收球網設計時“度身定制”，收球網根據電廠提供的相關參數單獨設計，確保最終設計結果能與現場的實際工況相符。設計結果通過專門的水動力試驗平臺檢驗;結合蕪湖電廠實際進行了特殊的導流板設計，在收球管口附件形成擾流區，使膠球不會聚集在收球口。

（2）、專用膠球泵：采用的膠球泵為專門研究開發，并委托國外專業的廠家進行生產。該膠球泵具有寬流道、低轉速的特點，從而確保膠球在運行過程中不會因葉輪切割而破損。同時4KW的電機功率也確保系統在長時間持續運行的過程中將能耗降到最低。

（3）、高質量膠球：膠球清洗系統配備的膠球均為德國原裝進口，該膠球氣孔分布均勻，能與循環水充分混合。吸足循環水后膠球的密度與循環水密度相近，在循環水中呈現懸浮狀態，從而確保凝汽器上、中、下部的冷凝管均能被有效清洗。與此同時，膠球在循環水中膨脹率控制在0.5mm以內，當系統長時間運行時，膠球不會因膨脹而堵塞冷凝管。按照供貨廠家建議的投球數量（每根冷凝管每小時通過12個膠球），膠球運行一年，對冷凝管造成的磨損低于0.7μm。

4、改造后效果評估

4.1改造效果

在改造新的膠球清洗系統后，以下為蕪湖電廠2016年12月份汽輪機實際經濟運行數據中凝汽器部分：

由表2可以直觀地比較出凝汽器端差在膠球清洗系統改造后的12月份平均為5.9℃，與去年同期相比降低了2.2℃。而這一點最明顯的是與沒有改造的1號機組對比平均端差相差也為2.2℃。

4.1節能評估

中電國際蕪湖發電廠進行膠球清洗系統改造后，凝汽器清潔度得到了明顯提高，換熱端差降低2.2℃。機組運行相同條件下節約燃煤，降低了污染排放。

根據端凝汽器端差與煤耗的對應關系，可知改造后膠球清洗裝置后對于蕪湖發電廠600MW機組可降低發電煤耗約1.023g/kWh（按照機組煤耗310 g/kW.h，凝汽器端差減小1℃影響供電煤耗減少0.465g/kW.h）。按照單機的年發電量20億kWh，標準煤單價700元/噸計算，年節能收益：

年節約標準煤：20×108kWh×1.023 g/kWh×10-6=2046噸

年降低燃煤成本：2046t×700元/t×10-4=143.22萬元

年減排CO2約0.536萬噸、SO2約0.0017萬噸、氮氧化物約0.0015萬噸。

5、結論

（1）、蕪湖電廠采用德國TAPROGGE最新的倒V型收球網，內置導流板的設計進行膠球清洗改造后，設備可用率得到了保證。膠球清洗系統收球率保持在95%以上。

（2）、凝汽器換熱效率得到提升，機組節能減排效果明顯。凝汽器經過比較，換熱端差降低2.2℃，機組煤耗降低1.023g/kWh。年節約燃煤成本143萬元，投資回收期小于兩年。

參考文獻：

[1].我國“十三五”電力行業節能減排展望[J].化工設計通訊，2016，42（07）：177

[2]張貴安. 影響凝汽器傳熱端差的因素及對應措施[J]. 能源與環境， 2004（ 1） ： 29 - 31.

[3]趙斌，吳斌. 凝汽器防垢除垢技術在火力發電廠中的應用[J]. 節能技術， 2005， 23（ 4） ： 375 - 377.

[4]NOSETANI， T.， ONDA， K.， ET AL.："Biofouling Control of Titanium Condenser Tubes by New-type Abrasive Sponge Balls" .Thermal and Nuclear Power Generating Magazine， Vol. 40， 1989， No. 2， KF 1907， English.