凝汽器在线机器人清洗技术应用的性能试验研究

张武志（华电电力科学研究院，浙江杭州310030）

凝汽器在线机器人清洗技术应用的性能试验研究

张武志
（华电电力科学研究院，浙江杭州310030）

通过加装在线清洗机器人代替原先使用的胶球清洗系统，实现了凝汽器冷却管在线逐根清洗。试验证明了使用在线机器人清洗技术，提高了凝汽器的清洁度，降低了汽轮机背压，最终达到降低供电煤耗的目的，并对机组经济运行提供参考。

凝汽器；机器人；清洁度系数；排汽压力；煤耗

0 引言

凝汽器是热力发电机组的主要辅机设备之一，凝汽器的换热能力，对汽轮机的做功能力、经济性有着直接的影响。

火力发电机组凝汽器清洗方式一般是胶球清洗或人工清洗[1]。凝汽器人工清洗费时费力[5]。凝汽器胶球清洗系统也存在一些问题:胶球的分布受循环水流速影响[3]，机组大部分时间单泵运行使得循环水流速长期偏低于设计值，导致胶球回收率较低而堵管。随着时间的积累，污垢逐渐变硬而导致凝汽器换热能力偏低。必要时，甚至要采用化学清洗的方式，才能将污垢清洗掉。对非冷却塔形式的机组，凝汽器管束更容易脏污。总之，胶球清洗方式难以将凝汽器管束清洗干净，凝汽器存在清洁度系数偏低的情况。

在线机器人清洗技术指的是通过加装在线清洗机器人代替原先使用的胶球清洗系统，实现了凝汽器换热冷却管的在线清洗。

1 项目简介

某电厂凝汽器为某N-38000型双背压、双壳体、单流程、表面式凝汽器。凝汽器冷却水系统采用开式循环供水冷却方式，循环水为江水，配2台循环水泵，以满足不同季节和不同负荷时凝汽器对冷却水量的要求。

为改善清洗方式、提高凝汽器真空以及机组经济性，在保留胶球清洗系统的同时，某电厂引入了在线机器人清洗技术，如图1所示。

图1 凝汽器在线清洗机器人

2 性能试验

2.1 试验测点

低压缸排汽压力（A侧）、低压缸排汽压力（B侧）、大气压力采用0.1级精度的绝压变送器进行测量，左、右侧循环水进、出水温度和热井出水温度采用A级铂电阻进行测量。其余测点采用D C S进行采集。

2.2 试验内容

凝汽器性能试验分两次进行，分别对凝汽器胶球清洗状态下和在线机器人清洗状态下进行性能试验，测定凝汽器压力、端差等指标，分析计算试验数据，计算在一定循环水流量和一定循环水进水温度下低压缸排汽压力；评价在线清洗装置运行效果，评估节能效果（降低煤耗值）。

2.3 试验步骤

按照D L/T 932-2005《凝汽器与真空系统运行维护导则》的方法，每个试验工况下都进行真空严密性试验。

3 试验结果与分析

调整运行状态，使机组运行各主要参数满足试验要求。试验过程中，主蒸汽压力、温度、再热蒸汽温度、机组负荷等参数保持稳定；试验过程中，回热系统和凝汽器运行工况保持稳定；试验人员进入指定位置，按照统一时间开始记录数据；试验结束，系统恢复正常状态。

3.1 真空严密性试验

试验规程要求，凝汽器性能试验应在真空严密性试验合格的条件下进行。胶球清洗状态下凝汽器试验开始前，凝汽器真空严密性试验的结果168P a/min；在线机器人清洗方式下凝汽器试验开始前，凝汽器真空严密性试验结果为174P a/min，都优于270P a/min，符合试验要求。

在真空不合格的情况下，凝汽器内会聚集大量不凝结气体，导致计算出的凝汽器管束清洁度系数降低，不利于凝汽器的循环水管束换热。如果真空严密性试验不合格，应进行真空系统检漏，保证真空严密性合格。两次试验真空严密性结果合格且基本一致，对试验结果的准确分析有利。

3.2 凝汽器清洁度系数和端差

在一定的负荷下，凝汽器的换热能力的变化主要体现在清洁度系数上。相对传统的胶球清洗方式，在线机器人清洗技术对凝汽器换热能力的改善，应直接体现在清洁度系数的提高。

根据式（1）-式（4）计算，在凝汽器胶球清洗状态下、在线机器人清洗技术下，分别求出凝汽器排汽压力、清洁度系数以及凝汽器端差等，结果见表1。

式中Q—凝汽器热负荷，MW；

F—循环水流量，k g/s；

Δt—循环水温升，K；

Cp—冷却水的比热容，取4186.8 J/（k g·K）；

LMTD—对数平均温差，℃；

ts—凝汽器压力下的饱和蒸汽温度，℃；

t1—循环水进水温度，℃；

t2—循环水出水温度，℃；

Δt—循环水温升，℃；

δt—凝汽器端差，℃；

KT—试验总体传热系数，W/（m2·K）；

A—凝汽器换热面积，m2；

K0—基本传热系数；

βt—冷却水进水温度修正系数；

βm—冷却管管材和壁厚修正系数；

βc—凝汽器清洁度系数。

表1 胶球清洗、在线机器人清洗下凝汽器参数对比

从表1中可以看出，胶球清洗状态下，凝汽器冷凝管清洁系数只有0.606。机组所用循环水水源为江水，江水中泥沙、污垢较多，容易造成凝汽器管束脏污而使得凝汽器清洁度系数偏低。

凝汽器设计端差一般为0.85左右。胶球清洗状态下，凝汽器清洁度系数偏低设计值较多，凝汽器换热效果不佳，清洁度系数亟待提高。

停运胶球系统，开启在线机器人清洗系统一段时间后，凝汽器冷凝管清洁度系数逐步提高，达到了0.829的较好水平。从清洁度系数来看，之前凝汽器的一些顽固污渍被在线高压冲洗带走，凝汽器管束得到了较好的清洁。

为了测试、分析更准确直观，胶球清洗状态下和在线机器人清洗状态下，机组循环水运行方式都是采取一机一泵方式运行。两个工况下的循环水流量大体上一致。在循环水流量、进水温度相差不大的情况下，凝汽器端差也由胶球运行方式下的4.76℃下降到了在线机器人清洗方式下的3.52℃。作为凝汽器的另一个关键指标来看，端差得到了较好的改善，也表明凝汽器清洗效果改善明显。

3.3 经济性分析及运行指导

根据式（1）-式（4），也可以直接得出凝汽器排汽压力。根据汽轮机厂家提供的排汽压力-热耗修正曲线，对应的热耗以及排汽压力变化产生的热耗变化。根据电厂提供的锅炉效率、机组厂用电率，计算出机组供电煤耗的变化。

凝汽器试验几个工况下的凝汽器热负荷总会有差别。凝汽器热负荷越高，同样的清洁度系数情况下，凝汽器的排汽压力也会越高。两次试验，由于各种因素循环水流量也很难完全一致。循环水流量越高，凝汽器排汽压力会随之降低。因此，要想准确评估两种清洗方式的经济性，需要将两个工况下的热负荷和循环水流量修正到同一个值。此次试验，胶球清洗状态下的凝汽器热负荷、循环水流量做为基准，将在线清洗状态下的凝汽器热负荷、循环水流量进行修正。根据计算凝汽器热负荷598MW、循环水流量42926t/h时，在线机器人清洗状态下的凝汽器排汽压力修正值为3.3k P a。

循环水进水温度随季节、时间变化比较大，同样的循环水流量、凝汽器热负荷下，循环水温度不同机组排汽压力、供电煤耗也会有不小的差别。因此，分析不同循环水进水温度下，两种清洗方式下的经济性对比，对电厂的实际运行更具有指导性。

分别在循环水进水温度为10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃下，在凝汽器热负荷（598MW）、循环水流量（42926t/h，一机一泵）和两种清洗方式不同清洁度系数（0.606和0.829）计算机组的排汽压力，对比结果见表2。

表2 各进水温度下凝汽器排汽压力（修正）

从表中可以看出循环水进水温度越高的情况下，相对胶球清洗，在线机器人清洗方式下机组排汽压力下降值越大。

通过汽轮机厂家提供的排汽压力-热耗率曲线，得出排汽压力下机组热耗率；通过电厂提供的锅炉效率、厂用电率、管道效率计算出供电煤耗以及变化值。循环水进水温度和计算出的热耗率下降值、供电煤耗下降值的关系如图2所示。

图2 循环水进水温度与热耗率、供电煤耗变化的关系

从图2可以看出，循环水进水温度越高，在线机器人清洗技术相对胶球清洗方式节能效果越明显。

冬季水温较低的情况下，投入胶球清洗装置或者在线机器人清洗系统，对机组经济性影响区别不大。但是，当环境温度升高尤其是夏季时，电厂应尽量维持在线机器人清洗系统的持续、稳定运行。

电厂所在地区环境温度年平均气温大约25℃，因此将试验结果修正到循环水进水温度25℃的状态下，对该电厂的在线机器人改造项目的节能效果分析、评定更加准确。可以看出25℃时相对原来的胶球清洗方式，某电厂运用在线机器人清洗技术可以降低供电煤耗大约1.1g/（k W·h）。

4 结语

某厂的凝汽器机器人在线清洗技术，较大程度上提高了凝汽器清洁度系数，降低了机组煤耗，取得了良好的经济效益和社会效益。

凝汽器机器人在线清洗技术，对循环水水质较为脏污的电厂，凝汽器清洗效果较为明显。同时，对环境温度较高的地方，节能效果更为突出。

凝汽器的在线清洗技术，相对胶球清洗有显著的节能效果，代表了一种发展趋势。随着在线机器人清洗技术的进一步成熟和稳定，凝汽器在线清洗技术将会在全国更多的电厂得到推广和应用。

[1]李录平.凝汽器低真空运行的原因及模糊诊断[J].汽轮机技术，1993，（5）：45-48

[2]李勇，曹祖庆.凝汽器清洁率的概念及测试方法[J].汽轮机技术，1995，（2）：73-76.

[3]胡洪华，黄廷辉.大型电站双背压凝汽器优化运行的研究和实践[J].电站自动化信息化学术技术交流会议，2002：8-11.

[4]王学栋，王学同，陈义森.老式凝汽器运行现状分析与节能改造[J].汽轮机技术，2007，49（4）：308-311.

[5]袁军，张明智，方亮.管壁清洁系数对双背压凝汽器真空的影响[J].电

力科学与工程，2002，30（3）：10-12.

Performance Test Research on Technology of Condenser on-line Robot Cleaning

ZHANG Wu-zhi
（Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China）

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con d en s er；ro b ot；cleanline ss f actor；e xh au s t p re ss ure；coal con s um p tion

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.03.013

T P242

B

2095-3429（2017）03-0047-04

2017-03-31

修回日期：2017-06-15

张武志（1984-），男，湖南邵阳人，工学硕士，工程师，从事汽轮机节能、调试工作。