汽轮发电机组凝汽器实时在线清洗及强化换热节能系统（RCCS）

2016-08-11陈万伟重庆中节能三峰能源有限公司重庆长寿401220

低碳世界 2016年9期

关键词：汽轮不锈钢管污垢

陈万伟（重庆中节能三峰能源有限公司，重庆长寿 401220）

陈万伟（重庆中节能三峰能源有限公司，重庆长寿 401220）

并免除人工及化学清洗费用，避免凝汽器垢下腐蚀，提高机组运行安全，减小端差，经济效益显著。

节能；环保；防止结垢；降低凝汽器端差及提高真空度

1　前言

重庆中节能三峰能源有限公司在长寿新区，利用企业废弃的熄焦显热、副产放散的煤气建设 “重钢长寿新区CCPPCDQ余热回收利用工程”，工程主要内容包括建设：四套燃气-蒸汽联合循环发电站（以下简称CCPP电站，搬迁一台已有南汽PG6581 50MW CCPP联合循环发电机组，新建3台杭汽M251S 50MW CCPP联合循环发电机组）、二座干法熄焦发电站（简称CDQ电站，建3台25MW汽轮发电机组）及一座额定蒸发量130t/h的燃气锅炉。CCPP4#、6#汽轮发电机组于2010年9月投产；CDQ1、2#汽轮发电机组于2010年11月投产；每台凝汽器冷却面积2000M2，冷却水设计流量4000M2/t；CDQ循环水系统外部环境非常恶劣，每天有大量焦炭灰尘落入水系统，凝汽器不锈钢管内大量结垢，夏季室外温度42℃；造成凝汽器端差较高（夏季6月份高达14℃，6月15日数据；平均大约11.4℃，3月13日数据）、真空度较低，机组效率下降。冷却塔填料时有脱落，引起凝汽器换热管堵塞及降低冷却塔冷却效率；将直接导致凝汽器真空恶化，严重影响机组的经济运行。

2　系统简介

循环水泵、冷却塔、风机和凝汽器共同组成了汽轮机的冷端系统。汽轮机冷端系统工作效率的高低直接影响到汽轮机真空的高低，也即直接影响机组的循环效率。尤其以凝汽器水侧结垢或堵塞对冷端系统工作效率的影响最大及最为常见。基于流体动力、强化换热，利用凝汽器实时在线清洗及强化换热高性能系统装置RCCS解决问题；RCCS（Real-time online condenser cleaning&enhance heat transfer system）是英文名称的简称。

RCCS强化换热、除垢、防垢的工作原理是：参考循环水泵设计流量、扬程放大系数作为基础，利用循环水的流速驱动RCCS旋转轴承，RCCS长期在凝汽器不锈钢管内不停地快速旋转（600～1200r/min），同时改变凝汽器管道内水的流速状态，由层流变成紊流，破坏水垢形成。

3　阻垢形成和RCCS换热数据测试

（1）凝汽器循环水侧污垢的形成一般要经历五个阶段：起始、运输、附着、老化、剥蚀。凝汽器不锈钢管水侧污垢形成的五个阶段中任何一个环节遭到破坏，不锈钢管水侧污垢就难以形成；只要在凝汽器不锈钢管内针对这五个阶段采取合适措施，就能有效的防垢和除垢。

针对水侧管壁的结垢机理，RCCS打断或干扰了污垢形成的三个关键阶段，第一阶段在污垢的起始阶段，RCCS通过强化凝汽器不锈钢管内循环水为扰流，增强水侧和蒸汽换热，降低了凝汽器不锈钢管内壁局部温度，降低了以碳酸盐为主的硬垢的析出；第二阶段在污垢的附着阶段，RCCS通过刮扫凝汽器不锈钢管管壁、强化水状态为扰流，防止了硬垢及软垢的附着；第三阶段在污垢的剥蚀阶段，RCCS通过刮扫凝汽器不锈钢管管壁和强化扰流，加快了附在不锈钢管壁硬垢及软垢的剥离。

（2）强化换热

表1为RCCS强化换热测试数据，测试管型号为φ25× 0.7mm，材质为306不锈钢管。从低流速到高流速、低雷诺数到高雷诺数下的强化换热效率进行了测试。RCCS强化扰流作用非常明显，能有效提高水侧管壁的换热系数。理论计算及试验数据强烈支持支持了这一点。内置RCCS的强化换热测试数据：

表1

4　目前机组存在问题

4.14#汽轮机器端差全年运行趋势（见图1）

图1

4.2对凝汽器清洗前后其端差值比较（如图2）

图2

4.32011年3月-12月的运行数据（如表2）

表2

由表2数据表明，端差平均值夏季最高达13.8℃，因此可以判断，凝汽器不锈钢管水侧结垢造成换热效果不佳，端差偏大。

4.4端差与凝汽器真空度关系

厂家提供额定工况平衡图中指出电功率，凝汽器冷却面积，凝汽器真空度、冷却水量、冷却水温、排汽温度、汽耗、热耗、端差等相应关联。查饱和蒸汽热力性质图表及根据厂家提供冷却水温变化对功率的修正曲线，计算不同温度区间时饱和温度每上升1℃时，计算出相对应的饱和压力增加值。尤其是在南方夏季，当排汽温度＞45℃时，端差每升高1℃，排汽压力将上升0.52～0.94kPa。

5　汽轮机组安装RCCS后数据分析和对比

（1）汽器清洗前后运行数据对比（见表3）。

表3

（2）表4验收实测数据时间2013年8月2日10点32分室外温度37℃。

表4

（3）安装 RCCS后，机组的凝汽器端差将下降 6.4℃（3月13日数据），在不增加冷却循环水泵功率的情况下，考虑水温升变化，排汽温度至少下降6℃。以4#机组现有工况为例，2012年3月23日的排汽温度为51.6℃，该排汽温度近似为全年平均排汽温度，此时机组的功率修正系数K0=0.93，安装RCCS后，排汽温度下降为45.6℃，此时机组的功率修正系数K1=0.963功率修正系数差值△K=K1-K0=0.963-0.93=3.3%，即安装RCCS后，机组的发电量会提高3.3%以上。