凝汽器水力在线清洗技术的研究与应用

2022-09-11

某电厂4台125MW机组循环水采自河水凝汽器清洗采用胶球清洗和加阻垢剂, 循环水泵工频改成变频控制后, 天气冷时一般调整循环水压力由0.16MPa降到0.12MPa。由于循环水压力低, 流速低, 循环水泵变频改造后运行半年时间就造成凝汽器铜管严重结垢凝汽器端差由2℃~4℃升至7℃~10℃, 在额定负荷下端差甚至达到16℃。真空比设计参数下降6KPa~8KPa。凝汽器铜管由于结垢, 直径变小, 使凝汽器清洗胶球卡在铜管里, 这更加剧了凝汽器的传热恶化。致使不得不降低机组负荷或停机清洗铜管。将凝汽器改为水力在线清洗, 由于高压水流的扰动, 消除了铜管内冷却水的滞留层, 使循环水杂质与水垢不能长时间的停留在铜管内部, 达到了除垢阻垢的效果, 还使循环水由层流变为紊流, 换热系数大大的提高, 增强了换热效果。

1 凝汽器铜管水垢的形成与对热力机组的危害

凝汽器冷却水在冷却塔里大量蒸发冷却水里的盐分不断浓缩, 水中的碳酸氢钙浓度越来越高。循环冷却水在凝汽器铜管里被蒸汽加热, 碳酸氢钙里的CO2容易析出, 变成碳酸钙:

由于凝汽器铜管里的冷却水流速低, CaCO2就容易在铜管下内壁沉积下来形成坚硬的水垢。从运行数据分析, 形成大面积的水垢的时间一般为25天左右。由于水垢的换热系数只有凝汽器铜管的1/60, 热阻很大, 使凝汽器的传热系数大幅度下降, 导致凝汽器真空下降。按照汽轮机资料介绍, 真空度每降低1%, 汽轮机汽耗增加1%~1.5%, 当蒸汽流量不变时, 汽轮机出力就会降低。水垢沉积在铜管内部, 还会使铜管局部腐蚀穿孔, 循环水就漏进凝结水里, 使凝结水硬度超标, 导致机组被迫停机。

2 凝汽器水力在线清洗装置的组成与工作原理

某电厂凝汽器铜管直径为23mm, 在每根铜管中间布置一根直径5mm的不锈钢管。在不锈钢管的截面上均匀布置5个直径为0.3mm的小孔 (图1) , 工作流体自喷嘴喷出后, 由于射流质点的横向紊动和扩散作用, 就会与周围的介质进行动量交换并将其带走, 使射流质点周围形成低压, 边界周围的循环冷却水被吸入改变了流动状态 (图2) 。喷嘴后的射流流束由于其外围部分逐渐与周围介质掺混, 使保持喷嘴出口流速的流核区逐渐缩小, 以至最终消失, 形同收缩的圆锥体;与此同时, 流束的边界层在射流方向则逐渐扩大, 使流束形成扩张的圆锥体。边界层的流束在内表面处与流核区的流速相同, 并沿径向递减, 在具外表面处则与周围介质的流速相等。当这圆锥体状的流束与铜管壁面相遇后, 流束的横截面积就不再扩大。在铜管内壁边上的滞流层由于补充了速度较高的冷却水, 能量与动量迅速交换, 流动状态改变为紊流了。这就破坏了循环冷却水中杂质和碳酸钙的停留沉积条件。由图2可知, 凝汽器铜管内部的循环水由层流变为紊流, 这提高了循环水的换热系数, 使循环冷却水能从凝汽器更多的热量。

本装置清洗水源一路来自冷水塔补水, 另一路来自凝汽器循环水进口, 清洗水经增压泵升压至0.4MPa后, 进入装在凝汽器铜管内的清洗不锈钢管, 经过与凝汽器铜管成45度角的喷嘴喷进到凝汽器铜管里。用冷水塔补水作为清洗水源是为了最大限度利用其温度较低的特点, 能在凝汽器铜管里得到较大的温升, 可以带走更多的热量。在冷水塔不需要补水的时候就将清洗水源切为凝汽器循环水进水。

3 加装凝汽器铜管水力在线清洗的应用效果

表1是加装水力在线清洗后经过半年时间的的运行参数与加装前的运行参数。加装水力在线清洗装置后的真空上升了5kPa, 端差下降了6℃左右, 在相同负荷, 相同的主蒸汽温度压力下, 主蒸汽流量减少了11t, 汽耗大为降低。相应的单位煤耗也降低了, 节省了燃料费。

4 结语

(1) 由于循环水流速低, 杂质多, 容易在凝汽器铜管内壁结垢。使凝汽器铜管换热系数降低, 真空降低。还可能使凝汽器铜管腐蚀穿孔, 导致机组被迫停运检修。

(2) 水力在线清洗装置能使凝汽器铜管内滞留层改变为紊流层, 不但能使水垢不容易沉积下来, 而且循环水内部的传热方式主要为导热变为对流换热, 提高了循环水的传热系数。循环水能带走更多的热量, 凝汽器形成较高的真空。机组的热经济性和安全性得到了提高。

(3) 长时间运行后的效果表明, 凝汽器铜管水力在线清洗是一种简单经济确实可行的凝汽器铜管消垢阻垢的有效方法, 值得在同类型机组上推行。

摘要：电厂凝汽器循环水一般取自是江河里未经精处理的井水或河水。由于这种水含杂质多, 流速慢, 容易在凝汽器铜管里形成水垢, 污垢, 粘泥。由于水垢的换热系数低, 会造成凝汽器换热系数下降, 真空降低甚至腐蚀凝汽器铜管, 影响热力机组的经济性和安全性。本文提出了运用水力在线清洗的方法, 将循环水冷水塔的补水经喷嘴喷射到凝汽器铜管里, 改变铜管内循环水的流动状态, 强化换热, 同时破坏水垢的形成机理。使水垢不能在铜管里滞留。确保热力机组的长期安全经济运行。

关键词：凝汽器铜管,水垢,真空,在线清洗