膠球清洗循環(huán)水二次濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)及效果分析

      針對(duì)國(guó)內(nèi)某廠1000MW超超臨界海水開(kāi)式直流冷卻機(jī)組二次濾網(wǎng)運(yùn)行壓差高、減速箱故障等典型問(wèn)題，從網(wǎng)板孔徑、減速箱結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，大幅降低了設(shè)備故障率、提升了設(shè)備可靠性，并有效降低了二次濾網(wǎng)壓差、提高了機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，可作為同型設(shè)備選型及結(jié)構(gòu)改進(jìn)的參考。

      對(duì)于循環(huán)冷卻水水質(zhì)較差或水質(zhì)不穩(wěn)定的凝汽式機(jī)組，為防止異物堵塞、保障凝汽器換熱效果，常規(guī)在循環(huán)水管道、凝汽器入口段裝設(shè)有二次濾網(wǎng)，用于濾除雜質(zhì)。由于二次濾網(wǎng)的設(shè)備選型、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、設(shè)備制造水平以及使用條件的差異，設(shè)備實(shí)際運(yùn)行情況不盡相同。
      國(guó)內(nèi)某廠1000MW超超臨界海水直流冷卻系統(tǒng)在運(yùn)行中二次濾網(wǎng)曾出現(xiàn)的案例，分析原因，終通過(guò)擴(kuò)大網(wǎng)板過(guò)濾孔徑以及改進(jìn)減速箱結(jié)構(gòu)等措施，切實(shí)提高了設(shè)備運(yùn)行可靠性及經(jīng)濟(jì)性。

1、設(shè)備概況

      電廠安裝兩臺(tái)1000MW超超臨界機(jī)組，汽輪機(jī)為一次中間再熱、四缸、四排汽、單軸、凝汽式型式，凝汽器循環(huán)冷卻水取自海水.開(kāi)式循環(huán)。每臺(tái)機(jī)設(shè)置3臺(tái)循環(huán)水泵，立式斜流式，夏季1機(jī)3泵，冬季1機(jī)2泵運(yùn)行，循環(huán)水泵揚(yáng)程:222m/s/20.5m(夏/冬)，流量:115m/s/12.25m/s(夏/冬),水泵軸功率:2937kW，電機(jī)功率33501kW。循環(huán)水系統(tǒng)在低壓側(cè)凝汽器進(jìn)水口分別裝有二次濾網(wǎng)，該設(shè)備型號(hào)EDF-2600，設(shè)置自動(dòng)排污裝置，當(dāng)濾網(wǎng)壓差達(dá)到設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行反沖洗排污。主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

2、膠球清洗二次濾網(wǎng)存在問(wèn)題及原因分析

2.1 二次濾網(wǎng)存在問(wèn)題

2.1.1二次濾網(wǎng)運(yùn)行壓差高

      二次濾網(wǎng)的作用是保證有效攔截循環(huán)水中的雜物，在小的差壓損失下有效地將雜物自動(dòng)、定時(shí)排出系統(tǒng)，長(zhǎng)期保持濾網(wǎng)網(wǎng)面的清潔，保證凝汽器循環(huán)水量、機(jī)組真空不受影響。然而，該廠二次濾網(wǎng)實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，網(wǎng)面水阻大、排污能力比較差，雜物無(wú)法及時(shí)順利地清除，造成二次濾網(wǎng)差壓運(yùn)行值長(zhǎng)期超過(guò)20kPa，即使在設(shè)備初投運(yùn)，濾網(wǎng)較為清潔的狀態(tài)下差壓也達(dá)到10kPa，無(wú)法達(dá)到<4.9kPa的電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。由于二次濾網(wǎng)差壓高，導(dǎo)致進(jìn)入凝汽器的冷卻水量減少，直接影響凝汽器換熱效果，同時(shí)造成循環(huán)水系統(tǒng)阻力增大，循環(huán)水泵耗增加、運(yùn)行電流增大，降低了機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，具體見(jiàn)圖1。

2.1.2排污執(zhí)行機(jī)構(gòu)卡澀、故障率高
     
二次濾網(wǎng)在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生多起減速箱卡澀、電機(jī)過(guò)載，排污執(zhí)行機(jī)構(gòu)無(wú)法正常工作故障，由于排污不及時(shí)，二次濾網(wǎng)堵塞加劇，機(jī)組多次被迫降負(fù)荷單側(cè)解列凝汽器進(jìn)行設(shè)備搶修，進(jìn)入循環(huán)水管道內(nèi)部更換減速箱并人工清理濾網(wǎng)。

2.2 原因分析

2.2.1網(wǎng)板孔徑偏小造成差壓高

      該型二次濾網(wǎng)網(wǎng)板為激光打孔，圓孔直徑設(shè)計(jì)選取為5mm,網(wǎng)面有效通流面積S.Sm2和循環(huán)水管道通流截面積S.3m2接近，由于孔徑和網(wǎng)面通流面積偏小，循環(huán)冷卻水中的雜物吸附在網(wǎng)板上，造成通流面積減小、濾網(wǎng)前后差壓快速升高。由于濾網(wǎng)差壓長(zhǎng)期處于高限運(yùn)行，不得不頻繁、大量排污，且由于差壓大，減速機(jī)傳動(dòng)扭矩增大,驅(qū)動(dòng)電機(jī)頻繁過(guò)載跳閘，也直接導(dǎo)致齒輪箱蝸輪蝸桿磨損加劇，使用壽命縮短。

2.2.2減速箱設(shè)計(jì)不合理

      該二次濾網(wǎng)為固定網(wǎng)面、排污組件旋轉(zhuǎn)單向排污，使用連桿齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)(減速齒輪箱)。由于減速齒輪箱長(zhǎng)期浸泡在海水里面，多次解體檢查發(fā)現(xiàn)齒輪箱密封失效、內(nèi)部海水侵入、部件銹蝕、軸承及齒輪嚙合潤(rùn)滑失效，導(dǎo)致無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)，而一旦齒輪箱內(nèi)部損壞，必須隔離退出該側(cè)凝汽器運(yùn)行，檢修極為不便。

3、膠球清洗裝置解決方案及改進(jìn)措施

3.1 二次濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)改進(jìn)

3.1.1二次濾網(wǎng)網(wǎng)板孔徑重新計(jì)算選型

      該型汽輪機(jī)凝汽器換熱管規(guī)格為p25X0.7mm，內(nèi)徑為023.6mm,考慮到雜質(zhì)在流量中具有-.定隨機(jī)翻轉(zhuǎn)性，為確保未經(jīng)二次濾網(wǎng)攔截的雜質(zhì)能順利通過(guò)換熱管、防止堵管，濾網(wǎng)孔徑應(yīng)小于1/2換熱管內(nèi)徑，考慮到換熱管長(zhǎng)期運(yùn)行，內(nèi)壁結(jié)垢等因素，此次改進(jìn)后網(wǎng)板孔徑選取o9mm。值得注意，若凝汽器裝設(shè)有膠球清洗裝置，則二次濾網(wǎng)過(guò)濾孔徑不應(yīng)大于收球網(wǎng)板柵隔條之間的縫隙問(wèn)。更換二次濾網(wǎng)網(wǎng)面，孔徑由φSmm擴(kuò)大至φ9mm,網(wǎng)孔有效過(guò)流面積可由5.5m增大至7.2m2,水阻為改造前的0.58倍。網(wǎng)板改造后水阻計(jì)算說(shuō)明如下。根據(jù)《工程流體力學(xué)》計(jì)算公式:g-=ud、V2gH。(1)

3.1.2改裝內(nèi)置式減速齒輪箱
     
立足檢修，設(shè)計(jì)將內(nèi)置式減速齒輪箱改裝至循環(huán)水管道外部，內(nèi)部?jī)H保留支撐、連接組件，如圖2.3所示，連接軸端穿出管道部位采用油浸石棉盤(pán)根密封，減速機(jī)軸端采用聚四氟乙烯骨架密封。機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中，一旦巡檢發(fā)現(xiàn)盤(pán)根有輕微泄漏，可在線調(diào)整更換盤(pán)根，避免減速箱進(jìn)水。當(dāng)減速機(jī)發(fā)生故障，可在線檢修，避免降負(fù)荷隔離單側(cè)凝汽器搶修，極大便利檢修。

4、膠球清洗二次濾網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性分析

4.1節(jié)能機(jī)理

      由于循泵的實(shí)際運(yùn)行工況由管網(wǎng)水力特性決定，因此，管網(wǎng)水力特性發(fā)生變化，循泵的運(yùn)行工況及其出力、功耗也.會(huì)發(fā)生變化。該廠二次濾網(wǎng)改造后，能及時(shí)清除雜物，保持網(wǎng)面清潔，二次濾網(wǎng)的水阻將顯著降低，從而使管網(wǎng)總水阻降低(從R2變化到R)，改變循泵的運(yùn)行工況，循泵的揚(yáng)程降低、循環(huán)水流量增加，循泵的輸入功率降低，電耗減少。同時(shí)，循環(huán)水流量增加，凝汽器在相同的排汽熱負(fù)荷的情況下，循環(huán)水溫升將降低，進(jìn)而降低排汽溫度，提升真空，降低機(jī)組熱耗，具體見(jiàn)圖4。

4.2計(jì)算分析

4.2.1循環(huán)水泵節(jié)電效益分析

      (1)循泵原有運(yùn)行工況下，輸出揚(yáng)程大約為19m(192.28kPa),流量為12.63m/s,輸入功率為2720kW;二次濾網(wǎng)改造后，濾網(wǎng)差壓由20kPa降至4.9kPa，管網(wǎng)水阻可降低約15kPa,即循泵的實(shí)際運(yùn)行工況將變化為:輸出揚(yáng)程177.28kPa(17.51m),查循泵的特性曲線(見(jiàn)圖5)可知，流量增加至13.11m/s,輸入功率為2603kW。

      (2)循泵年節(jié)電量及節(jié)能效益預(yù)測(cè)分析（單臺(tái)機(jī)組運(yùn)行小數(shù)數(shù)按5000小時(shí)計(jì)）夏季工況:1機(jī)3泵運(yùn)行(按2500h計(jì)):(2720-2603)X(3350/2937)X3000小時(shí)X3=100.1萬(wàn)kWh;其他季節(jié)工況:1機(jī)2泵運(yùn)行(按2000小時(shí)計(jì)):(2720-2603)X(3350/2937)X2500小時(shí)X2=667萬(wàn)kWh;全年總計(jì):100.1+66.7=166.8萬(wàn)kWh/年;直接經(jīng)濟(jì)效益:166.8萬(wàn)kWh/年X0.4元/kWh=-66.72萬(wàn)元1年。

4.2.2膠球清洗二次濾網(wǎng)改造后對(duì)機(jī)組熱耗影響分析

      (1)二次濾網(wǎng)改造后，循環(huán)泵流量由12.63m/s增加到13.11m/s，變化率為:12.63/13.11=0.96.

      (2)凝汽器的換熱公式:Q=GXC,XOt(4)式(4)中:Q為排汽熱負(fù)荷，G為循環(huán)水流量，Cp為水的比熱，Ot為溫升)當(dāng)Q--定的情況下，循環(huán)水流量與溫升成反比，即:Ot2_G=0.96(5)Or~G,

      (3)原有溫升Or;為8C，則溫升Ot2降低為7.68C，下降0.3C，亦即排汽溫度下降0.3C，查水蒸汽飽和溫度-飽和壓力表可知，影響凝汽器背壓約0.1kPa。折合煤耗降低約0.2g/kWh，單臺(tái)機(jī)按年發(fā)電量50億kWh計(jì)算，年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤1000t，標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)按500元/t，企業(yè)可年節(jié)約燃煤成本50萬(wàn)元。綜上，二次濾網(wǎng)改造后總節(jié)能效益:66.72萬(wàn)元/年+50萬(wàn)元/年=116.72萬(wàn)元/年。單臺(tái)機(jī)組兩臺(tái)二次濾網(wǎng)設(shè)備改造及人工成本費(fèi)用約45萬(wàn)，半年左右即可回收投資成本。

      由于該廠二次濾網(wǎng)網(wǎng)孔選型偏小以及內(nèi)部式減速機(jī)構(gòu)密封結(jié)構(gòu)不合理等因素，導(dǎo)致濾網(wǎng)差壓高、頻繁發(fā)生堵塞以及減速機(jī)故障問(wèn)題，對(duì)機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行造成不利影響。通過(guò)原因分析，提出解決方案，即重新選取合適網(wǎng)板孔徑、對(duì)減速機(jī)進(jìn)行外置式改造。改進(jìn)后有效降低了濾網(wǎng)差壓，在提高設(shè)備運(yùn)行可靠性的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高了機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，具有較好的投資回報(bào)，可作為同類(lèi)型機(jī)組二次濾網(wǎng)選型及設(shè)計(jì)參考。