空冷凝汽器散熱設備自動清洗系統(tǒng)

一 概述

隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展，大容量高參數汽輪發(fā)電機組不斷增加，這不僅需要消耗大量的一次能源，同時也消耗大量的水資源，而水資源緊張是目前*面臨的一大難題，對于我國尤其如此。

由于空冷機組比濕冷機組可節(jié)省水資源約65%左右，因此，我國在第10個五年計劃期間，明確提出大力發(fā)展空冷機組尤其是300MW和600MW機組。
    但是經過實際運行，空冷機組慢慢的顯示出一些不足和問題，其中一點就是由于空冷島長時間在露天中運行，空氣中的細沙灰塵等雜物沉積在散熱片上，空冷島散熱片表面出現(xiàn)的積灰、積垢、雜物，一方面會減少空氣通道的面積，另一方面也加大了散熱器的傳熱熱阻，大大降低了散熱器的熱交換能力，造成凝汽器真空增加，機組效率降低，并且散熱片上的污垢還會造成金屬的垢下腐蝕，縮短散熱器的使用壽命。因此，空冷島散熱器結垢后必須及時清洗。

二 空冷設備清洗的經濟性分析

以2*600MW發(fā)電機組為例，暫且定義其機組編號為#1#2，假設其從投產以來，從未進行過*的內外側高壓沖洗。而空冷翅片、管束是機組排氣和冷源空氣進行熱交換的主要設備，氣傳熱性能直接影響到機組的熱經濟性。600MW的機組空冷凝汽器面積多達1287608㎡，折算為2.146㎡/kWh，若翅片上出現(xiàn)灰度高或者部分換熱管束被贓物所覆蓋，則換熱率會更低。

以多個空冷塔、空冷島現(xiàn)場勘察得出，約有20—30%左右的管束被積灰或贓物覆蓋，不能夠有效地通過冷卻風，從而影響了熱交換律。其熱交換系數大打折扣，經儀器探測數據反應，約為原來的75%—80%。故而，整個空冷島的散熱面積則變?yōu)?287608×（1-0.2～0.3）×（0.75～0.8）=824069㎡。翅化比約為81.5（原本為96.1），空氣冷凝器化熱比率受影響，則會影響汽輪機排氣壓力背壓逐漸增加，每增加1 KPa背壓，影響耗煤為1.5～2g/kWh，所以進行合理的高壓沖洗，是十分必要的。一般沖洗時間建議在5—10月是適合時間，一般沖洗方案都會遵循先內后外，先上后下的原則。

經過對空冷換熱原理的推演和對大規(guī)模運行數據的回歸分析，提出了空冷凝汽器潔凈度系數CF概念，并得到了600MW空冷機組潔凈度計算公式：

CF={0.00076ERP×（600-W）/600×0.09369+0.99622}×{W×（54-16）/600（t_1×1-t₀）}

公式中  CF—空冷凝汽器潔凈度系數

        W—600MW機組實際負荷，MW。

        t_0——空冷凝汽器入口溫度，℃。

            t_1×1—空冷凝汽器出口溫度℃。

CF值越接近1，則說明空冷凝汽器運行狀態(tài)越接近設計工況，空冷凝汽器投產初期，CF值約在0.95～1之間。

空冷凝汽器高壓沖洗后，潔凈度系數對比

這表明機組正常運行時，空冷凝汽器的潔凈系數要保持在0.8以上，當空冷凝汽器潔凈度低于0.8時，就應該安排進行沖洗，一次合格的沖洗，潔凈度系數應該提高0.1以上。

下圖為空冷凝汽器沖洗前后，機組運行背壓對比情況。

沖洗前背壓情況

沖洗后背壓情況

空冷島未進行沖洗前高壓水機組情況447.2MW，背壓為21.77KP，環(huán)境溫度為23.7℃。高壓沖洗后機組運行情況，平均負荷為399.8MW，背壓為15.627KP，環(huán)境溫度為23.8℃。環(huán)境溫度不變的情況下，沖洗前后被壓降低了4.21KP。

根據數據可計算出每次有效清洗，均能降低1—2kP的背壓，整個沖洗過程用水量為10723t。若單機月負荷率按70%計算，月發(fā)電量3億kWh，節(jié)約標煤2147t，按照煤單價700/t計算，則節(jié)約燃料成本322.36萬元/月，空冷軸風機每月減少耗電量為164.1kWh，按照上網電價0.325元/kwh，全年節(jié)省成本約為640萬元。

空冷沖洗所用除鹽水量10723t，按照水價4元/t，則用水費用約在4.3萬，其他費用按照103.6萬計算（設備折舊、電費、人工），而綜合得出，全年節(jié)約4316.82萬元。

清洗建議：

（1）空冷設備清洗盡量利用停機期間，避免帶帶負荷熱態(tài)清洗，減少灰塵冷熱結垢而產生二次污染，影響清洗后的熱交換能力。

（2）每一次*沖洗，內外沖洗次數在5-6次即可，過多的沖洗容易降低空冷設備使用壽命。

• 沖洗用水盡量使用除鹽水，提高清晰效果的同時，也有利于沖洗設備的維護。

三  目前的解決方案及其缺點：

目前火力發(fā)電廠空冷島散熱器沖洗工作主要依賴人工完成，沖洗效率低下、效果較差。主要存在以下幾點缺點：

1、對于一臺600MW空冷機組，翅片管總散熱面積約為170萬㎡，由于空冷設備的空冷凝汽器面積非常大，并且都在高空，所以人工清洗的時候，需要長期高空作業(yè)，這樣情況下不但難以完成設備的*清洗，浪費了大量的水資源，而且還會加大工作人員的人身危險性。

2、人工清洗很難做到均勻清洗，特別是在長期工作的情況下，容易造成局部重復清洗和局部漏洗的情況，可控性低。

3、采用高壓清水進行清洗，很難去除空冷設備上的塵垢，致使清晰不*，影響熱交換。

4、空冷島的作用決定了空冷島上部溫度較高，一般在60-70℃以上，加上風機的運行，人員很難在空冷島上長時間作業(yè)，一般十幾分鐘就會汗流浹背，硬性作業(yè)則易發(fā)生人身安全事故，導則工作效率低下，施工風險增大。
四、解決方案

由以上論述可以看出，空冷設備的確是為火力發(fā)電站，提供了節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢，但也帶來了相應的問題。而空冷設備清洗也的確可以節(jié)約能源和成本，但也存在著相應的難度，那么究竟該如何解決空冷設備的清洗問題呢？

為解決該問題，我公司成功研制了空冷島自動沖洗系統(tǒng)，該系統(tǒng)在原沖洗系統(tǒng)的基礎上進行優(yōu)化改造，采取更加可靠的機械傳動技術，增強系統(tǒng)運動機構驅動能力，并結合現(xiàn)代控制技術，實現(xiàn)對散熱器自動清洗，提高沖洗效率和效果，增強散熱器的熱交換效果，提高發(fā)電機組效率、降低煤耗。

1、系統(tǒng)特點: 
　　 沖洗實現(xiàn)自動化，*緩解了工作人員高強度的工作情況；
　　 上導軌平行加裝齒輪齒條驅動系統(tǒng)，運行平穩(wěn)，驅動力大，能輕松拖動沖洗水管，*避免沖洗滑梯卡死現(xiàn)象，*避免皮帶老化疲勞受損帶來的頻繁斷裂情況；
　　 一個機組支持同時四面沖洗，極大地提高了沖洗效率；
　　 上下12個萊克勒特制噴嘴，沖洗*，一次沖洗寬度高達70CM；
　　 *性解決方案，系統(tǒng)后期運行維護成本極低；
　　 結構設計合理，避免了其它沖洗方案的各種困難；
　　 系統(tǒng)健壯，配置各種檢測傳感器，有軟件糾錯能力，避免意外造成系統(tǒng)損壞；

2、產品系統(tǒng)結構圖: 
 

3、系統(tǒng)構成: 
　　 高壓水泵裝置及其電機
　　 管路系統(tǒng)
　　 沖洗滑梯（含水平驅動機構）
　　 沖洗小車（含上下行走裝置）
　　 上下導軌及齒條機構
　　 控制系統(tǒng)

4、系統(tǒng)功能: 
　　 實現(xiàn)每一面散熱器全自動沖洗
　　 沖洗噴頭在滑梯上完成一個沖洗循環(huán)后，滑梯自動往前行進70CM；
　　 兩種滑梯行走控制方式：自動控制/手動控制
　　 滑梯行進到通道兩端時系統(tǒng)自動切斷電源結束本次沖洗
　　 當發(fā)生堵轉時系統(tǒng)報警并停止驅動
　　 實現(xiàn)操作人員遠程監(jiān)控交互式操作
　　 兩臺機組沖洗系統(tǒng)可互為備用，支持同時4面沖洗

5、系統(tǒng)參數: 
　　 工作空氣溫度：-20℃～+80℃ 海拔高度：≦4000米 相對濕度：≦95% 戶外設備防護等級：IP55，防銹，防腐蝕 工作電壓：AC180V～AC250V,50Hz 輸入功率：單通道小于1Kw 額定工作壓力：6～12Mpa（無級可調） 額定流量：133~316 L/min可調 沖洗介質：除鹽水 單面沖洗速度：8米/小時

6、部件介紹:
 高壓沖洗水泵

　 技術參數：
　　　水泵形式： 多級離心泵
　　　水泵流量： 30噸/小時
　　　水泵揚程： 6MPa
　　　電機功率： 110KW
　　　電機轉速： 2950rpm
 沖洗滑梯（含齒輪齒條水平驅動機構）

沖洗平臺全圖 
 齒輪齒條水平驅動機構 
　　技術參數
　　　沖洗滑梯水平行走驅動
　　　過載檢測報警及保護
　　　行程限位檢測報警及保護
　　　滑梯卡住及變形過大檢測報警及保護
 沖洗小車（含上下行走裝置）
噴嘴及托架結構圖 
 沖洗小車 
　 技術參數
　　　噴嘴組件上下行走驅動；
　　　12個德國萊克勒噴嘴進行扇形噴射沖洗；
　　　行程限位檢測及切換行走方向；
　　　過載檢測報警保護。

便攜式程控箱 

　 技術參數
　　　沖洗滑梯左右行走邏輯控制及功率輸出；
　　　噴嘴組件及托架上下行走邏輯控制及功率輸出；
　　　上下行走、左右行走速度和方向設置；
　　　沖洗水泵啟?？刂?；
　　　人機交互界面實現(xiàn)；
　　　系統(tǒng)運行狀態(tài)顯示
 導軌機構
       導軌結構 
　　齒條只是水平行走機構的驅動導軌，不參與沖洗滑梯的承重；
　　齒條與滑梯上導軌平行布置。
管道及閥門
　　1）不銹鋼管道
　　包括水泵入口管道，水泵出口管道及上水母管、橫向母管、各分管組成，管道的材質一律為不銹鋼，耐壓達15MPa； 
　　2）橡膠軟管
　　每個機組配備2組橡膠高壓水管，采用意大利AF高壓水管，45米DN32橡膠管+10米DN25橡膠管；
　　耐壓達15MPa；
　　3）閥門
　　快換接頭：西班牙FAST
　　其它閥門采用不銹鋼材質的國內產品。
7、系統(tǒng)性能參數表:

五、清洗效果

就目前已使用的項目來看，空冷島散熱片沖洗完成后，表面潔凈無雜物，基本露出金屬光澤，目視散熱片通透，且散熱片結合部位接縫嚴密，無腐蝕現(xiàn)象，散熱片已基本達到清洗質量要求，清洗效果明顯好于單純高壓水清洗，機組運行都很正常。

六、注意事項：

1、清洗前做好與主控室的通訊聯(lián)絡工作。 

2、聯(lián)接好清洗裝置的水路，打開所有管道的閥門。 

3、聯(lián)接好清洗控制的電氣連線，檢查插座箱到控制箱的電源線與水泵調速的電纜無異常，并合起插座箱上的漏電保護器。 

4、檢查控制箱內的電源空開應合上，按動（啟動）按鈕，按動清洗架按鈕盒，操作清洗小車上行、下行應正常。 

5、啟動調速水泵，緩慢調整水壓電位器，觀察壓力表，調整壓力至99MPA左右。負荷要求，可操作清洗小車上下工作清洗。 

6、清洗工作結束后，將調速水泵水壓電位器歸零，停運調速水泵，清洗小車在下限位，才可關閉電源，退出工作。 

7、環(huán)境溫度較高，各值長注意安排人員調配工作，做好值際人員高溫消暑工作。 

8、沖洗完畢，將控制電纜線、高壓水管按規(guī)定要求盤好，以方便下次使用。

七、結束語
    隨著水資源的越來越緊張，空冷發(fā)電機組也會越來越多，空冷島清洗市場相應的也會越來越大，選擇一種合適的空冷島清洗方式，對企業(yè)的發(fā)展至關重要。本文所述的空冷島散熱片高壓水射流清洗的方法，無論清洗質量、清洗成本，還是施工安全，都是非常理想的，必將為越來越多的企業(yè)所選用，從而為空冷發(fā)電機組的發(fā)展做出積極貢獻。