摘要：針對火電機組凝汽器冷卻管結垢現象進行深入的分析，通過凝汽器結垢對機組經濟性的影響分析，以及對現有清洗技術的對比分析，提出了采用螺旋紐帶在線清洗技術改造方案，對改造前後凝汽器全年運行性能數據進行了對比分析，證明該項技術和裝置對火電機組凝汽器在線清洗的推廣應用具有深遠的借鑒意義。

　　關鍵詞：凝汽器；在線清洗；應用；節能

　　0 前言

　　凝汽設備在汽輪機裝置的熱力循環中起到冷源的作用，降低汽輪機排汽壓力和排汽溫度，可以提高循環熱效率，随着機組參數和容量的不斷提高，對熱力系統中的水汽品質提出了更高的要求，但是，由于循環水中的微生物和不潔物質附着在凝汽器換熱管（銅管、钛管或不鏽鋼管）内壁會導緻熱阻增加。由于換熱管内壁污髒、結垢，使傳熱系數降低，長期不處理會造成換熱管堵塞,使通過換熱管的冷卻水通流面積減小,水流阻力增大，冷卻水量減少，在一定的蒸汽負荷下，冷卻水溫升将超過正常值。這些都将引起凝汽器真空下降，降低汽輪機的效率，增加發電煤耗，嚴重結垢還将影響汽輪機的出力。黃銅換熱管的熱導率為69W/mK，不鏽鋼管和钛管的熱導率更小，水垢的熱導率僅為0.45W/mK，試驗表明，1mm厚的水垢能使換熱管的傳熱系數降低50%左右。蒸汽的熱量很難穿過水垢傳給冷卻水，導緻換熱管溫度升高，使得凝汽器端差增大、真空降低，機組熱經濟性降低。例如，1台200MW機組,真空下降1%，引起熱耗增加0.029%，少發電約58KW；而1台600MW機組，真空下降%，熱耗增加0.05%，少發電約306KW[1]。

　　2015年3月份#1機組停機檢修時，檢查發現凝汽器不鏽鋼管結垢嚴重，收球網堵塞。見圖1-1和圖1-2。

　　1.2 結垢對凝汽器換熱系數的影響

　　凝汽器水側結垢使換熱管傳熱系數大幅下降。由于水垢的熱導率很低，隻有鋼材的1/30～1/200，因而急劇降低了凝汽器換熱管的傳熱系數，導緻凝汽器真空度下降。下表為結垢對Ф20×1.0材質為307的不鏽鋼換熱管的傳熱系數K值的影響數據：

　　即使水垢厚度隻有零點幾毫米，對換熱管傳熱系數也有重大影響。工程設計中清潔系數取0.85，大約相當于隻考慮了0.1毫米厚度的水垢，在實際運行當中，凝汽器即使清洗幹淨了，若不采取有效措施，這樣的清潔系數也隻能維持一個月。

　　1.3 結垢對凝汽器真空的影響[2]

　　凝汽器真空度、排汽溫度、汽輪機背壓、凝汽器真空等4個指标都是表達凝汽器設備運行經濟性的同一個指标，隻是表達方式不同、形态參數不同而已。排汽溫度、凝汽器真空在機組運行中由熱工測量表計直接顯示，為運行操作、調整提供依據。汽輪機背壓是機組設計計算用參數；凝汽器真空度（含凝汽器真空）是汽輪機運行經濟性的表述參數（指标）。

　　凝汽器真空度的影響因素很多，但所有的因素都反映在凝汽器循環水入口溫度、凝汽器循環水溫升、凝汽器端差等三個可定量分析的指标上，循環水入口溫度/循環水溫升/端差每上升1℃，即意味着汽輪機排汽溫度上升1℃，凝汽器壓力也相應上升。查飽和蒸汽熱力性質圖表，可以得到不同溫度區間時飽和溫度每上升1℃時對應的飽和壓力增加值，并以此繪出圖表曲線。圖1-3即為在不同的排汽溫度下，凝汽器端差每上升1℃時凝汽器壓力增加值。

　　由該圖表曲線可以看出凝汽器端差對凝汽器壓力（即汽輪機排汽壓力）的影響。尤其是在夏季，當排汽溫度45℃時，端差每升高1℃，排汽壓力将上升0.52～0.94Kpa。

　　2 對策研究和分析

　　針對凝汽器結垢的問題，目前比較成熟的方法是停機清洗和在線清洗，停機清洗的方法是化學清洗、高壓水清洗、射彈清洗等，在線清洗方式有：膠球清洗、機器人清洗、超聲波清洗、螺旋紐帶清洗等[3]。其中膠球清洗在很多電廠廣泛應用，但膠球清洗裝置在該電廠适用性很差，必須配合停機清洗才能保證凝汽器的清潔系數。機器人清洗、超聲波清洗、螺旋紐帶清洗等屬于新興凝汽器在線清洗技術，其中機器人清洗和超聲波清洗屬于被動清洗方式，需要人工操作相應的電氣、機械設備定期對凝汽器進行清洗，結構複雜，故障率高，檢修難度大。而螺旋紐帶清洗技術是在每根不鏽鋼管内安裝一根螺旋紐帶，一端固定在凝汽器進水側，另外一端在管内做自由螺旋轉動，螺旋紐帶結構簡單，無需外加動力，利用循環水自身的流動力驅動裝置旋轉，免去了人工操作、監視、維護的工作。

　　3 螺旋紐帶清洗技術

　　螺旋紐帶結構由三部分組成：1、螺旋紐帶，特殊高分子材料，強度、韌性、耐候性、缺口敏感度等性能優良，材料密度與水密度非常接近，不漂浮，不下沉。2、三爪固定卡件，不鏽鋼材質，設計緊湊，強度高，三爪卡在凝汽器不鏽鋼管内壁，固定螺旋紐帶。3、陶瓷軸承，保證螺旋紐帶轉動順暢。

　　螺旋紐帶工作原理：在凝汽器每根換熱管内安裝該裝置(圖2-1），當機組運行時，無需外加動力，利用循環水自身的流動力驅動該裝置旋轉，長期在換熱管内不停地快速旋轉（300-1800r/min），改變管内水的層流為紊流狀态(圖2-2) (圖2-3)，破壞水垢的形成機理，在設計思想上擺脫了傳統的被動清洗除垢概念，變被動除垢為主動防垢，同時強化換熱，大幅度提高凝汽器的換熱系數K值20%以上。

　　4 應用情況分析

　　該電廠一号機組凝汽器于2015年12月份停機檢修時安裝螺旋紐帶，二号機組凝汽器于2016年7月份停機檢修時安裝螺旋紐帶。因螺旋紐帶的作用是在凝汽器管内形成擾流，阻止微生物及機械雜質滞留在管壁而結垢，重在預防及強化換熱。故已經運行時間較長的機組在安裝螺旋紐帶前，首先需要對凝汽器管進行化學清洗或機械清洗，将管内結垢清除幹淨。

　　電廠所在地海拔約290米，大氣壓取100KPa，凝汽器端差設計溫度為4～6℃。凝汽器端差計算方法：根據電力标準DL/T904-2015，凝汽器端差是指汽輪機排汽壓力對應的飽和溫度與凝汽器出口冷卻水溫度的差值。

　　從凝汽器端差統計數據可知，安裝螺旋紐帶後，#1機組和#2機組凝汽器端差在夏季工況和冬季工況下都得到了很好的保持，較設計值降低2～4℃，較技改前降低2～3℃，且端差保持較好，沒有随着機組運行時間而出現較大的變化。

　　5 經濟效益分析

　　電廠兩台機組凝汽器安裝螺旋紐帶後，最直接的影響是凝汽器不鏽鋼管保持清潔，沒有結垢在管壁上形成，對保持不鏽鋼管的換熱系數起到了很大的作用，原來電廠每年利用停機時間進行一次凝汽器高壓水清洗或機械除垢，費用為10萬元/次，使用螺旋紐帶後省去了停機清洗的費用。

　　凝汽器安裝螺旋紐帶後，自動運行，日常不需要巡檢或維護，不需要任何的操作，節省了大量的人力和維護成本。

　　凝汽器長期保持較高的潔淨度，換熱效果較技改前大大加強，降低端差，相同條件下提高了凝汽器真空，降低了煤耗。從表2-1和表2-2數據可知，凝汽器安裝螺旋紐帶技改後的全年凝汽器平均真空較技改前分别提高了0.21KPa和0.41KPa，按照國内300MW汽輪發電機組真空每提高1kPa，發電煤耗平均降低2.2g/kWh計算，電廠年均發電量為50億度，則可節約标煤3410噸，降低生産成本170多萬元，減少二氧化碳排放9000多噸，節能減排效益顯著。

　　6 總結

　　螺旋紐帶在線清洗技術通過在電廠330MW汽輪發電機組上的應用，證明有良好的效果，系統結構簡單，免操作、免維護，省去機械清洗或化水清洗的費用，保持凝汽器冷卻管的清潔，提高凝汽器真空，降低機組煤耗，可逐漸替代傳統的膠球清洗裝置。

　　參考文獻：

　　[1]周蘭欣，張學鐳，周偉等。管壁清潔系數對雙背壓凝汽器真空的影響[J]，華東電力，2002

　　[2]王曉璐，郭淑青，董向元。污垢對350MW機組運行影響的試驗分析[J]。熱力發電，2008

　　作者簡介：

　　顔毅：重慶旗能電鋁有限公司 發電分公司副總經理兼總工程師

　　徐海超：重慶旗能電鋁有限公司 發電分公司生産技術科汽機專工

　　來源：旗能北渡電廠

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