海水冷却机组凝汽器在线清洗装置的应用

王名杨，曾伟光，单洪基，聂成翔

（国能粤电台山发电有限公司，广东江门 529228）

0 引言

凝汽器火电企业的一种换热设备，通过与循环水进行热交换，使凝汽器保持高真空度。影响凝汽器真空的原因很多，包括凝汽器进水温度、流量和凝汽器清洁系数等指标[1]。而造成凝汽器真空过低的重要原因就是凝汽器钛管结垢堵塞。钛管的结垢堵塞不仅会使凝汽器端差增大，还会使汽轮机真空度降低、排气温度升高，影响汽轮机的经济性和安全性。因此，保持凝汽器钛管内部清洁有助于提高机组热效率，降低煤耗[2]。

1 凝汽器运行现状分析

1.1 存在的问题

某电厂位于珠江口以西60 km 南海区域，1 号机组为630 MW亚临界机组，凝汽器换热面积为34 000 m2，采用海水直流冷却，配置胶球清洗系统，采用多机联络循环水节能运行方式。循环水系统中存在藻类和贝类等海洋生物，形成泥沙沉积并堵塞钛管。特别是停机检修后再次启动进循环水的循环泵，会产生贝类杂物堆积并堵塞钛管，导致胶球收球率长期偏低，凝汽器前后压差增大，凝汽器清洁系数降低[3]。循环水加药方式会在一定程度抑制海洋生物生长，但增加成本、影响海洋环境（图1、图2）。

图1 凝汽器钛管内藤壶堵塞

图2 凝汽器管口贝类杂物沉积

1.2 现有清洗技术对比

目前，海水冷却机组凝汽器清洗技术包括人工机械清洗、胶球清洗、二次滤网、凝汽器反冲洗、化学清洗等[4]，各种技术的特点见表1。

表1 凝汽器清洗技术及其优缺点

随着国家海洋环境保护政策落实和加强[5]，节能降耗、提质增效势在必行。为解决海水冷却机组凝汽器贝类等海生物堵塞问题，该电厂研制并应用了“水蜘蛛”可视化智能型除贝清洗技术。

2 海水机组凝汽器除贝清洗技术

2.1 清洗装置原理及构成

“水蜘蛛”在线冲洗装置应用仿生机器人技术，外部伺服电机驱动凝汽器内部清洗机构精准移动，实现喷嘴排与换热管精确对孔并形成若干喷射器。高压清洗泵将海水升压，管内冷却水流速（5～6 m/s）通过管阀系统、机械臂和喷射器逐排定点冲洗钛管，冲走管内的杂物和泥垢，从而保证凝汽器换热管的清洗效果。

装置主要由伺服驱动机构、清洗机器人、挂刷除贝器、可视化传感机构、多功能泵站和管路系统组成。水室内部机构采用双相钢材料和可靠的轴端密封，全刚性连接。多功能升压泵站采用多级自平衡离心泵，采用半转速高压电机驱动，可以提供2.0 MPa中压力大流量冲洗动力。智能化操作系统采用PLC 和DCS 控制方式，具有多机自动、单机自动、实时数据检测、数据查询与远程无线传输等多项功能。

2.2 清洗装置优化

针对电厂的实际情况，在原有“水蜘蛛”在线冲洗技术的基础上，开发了一种适用于海水机组凝汽器的多功能智能化清洗装置。该装置能够实现在线除贝、自动清洗和离线加药等多种功能，优化主要体现以下4 个方面：

（1）原来单丝杠改为双丝杠伺服驱动，喷射器母管上下直线移动，逐排定点冲洗方式，能够最大限度增加清洗覆盖率，覆盖率可达95%。

（2）清洗装置加装除贝类挂刷器。冲洗装置的喷射器母管采用错位设计的尼龙挂刷器和压板，随着喷射器母管上下移动，挂刷器可以将凝汽器管板和管口的贝类杂物挂刷到底部，经过压板压碎后，再由水流冲走，同时还能保护喷嘴，避免喷嘴与管口贝类频繁碰撞而导致的喷嘴歪斜（图3）。

图3 带有挂刷器的除贝清洗装置

（3）新增药液喷射器于升压泵站上，由升压泵后的高压水引入喷射器，再与药液混合后进入泵站自动过滤器进口，由泵站升压后通过冲洗装置的喷射器喷出后进入钛管，形成药液循环冲洗，彻底清洗凝汽器贝类和硬垢。

（4）设计凝汽器水室可视化监测装置，能够及时检查凝汽器内部状况和设备清洗状态，指导在线冲洗装置的经济运行。

2.3 清洗装置运行模式

（1）凝汽器在线清洗模式。机组在运行过程中，喷射器机构将逐排、定点进行高压喷水冲洗钛管，刮落的贝类壳体由贝壳碾碎机构压碎后被循环水冲走。

（2）凝汽器半边隔离加药清洗模式。如果可视化监测装置观察到存在较多贝类堵塞，或凝汽器压差明显加大，可临时调整清洗频率，必要时可将清洗装置切换至半边隔离清洗状态，启动药液喷射器、由泵站用高速清洗液冲洗钛管。在清洗药剂和压板作用下，贝壳迅速破碎、随循环水冲走，在短时间内完成凝汽器化学清洗。

（3）停机后自动清洗模式。机组停运后，可以启动自动清洗模式代替人工快速清洗，节省人工，也可加药化学清洗，环保经济。

3 海水冷却机组凝汽器在线清洗装置应用

3.1 探索科学的运行方式

该电厂1 号机凝汽器自动在线除贝清洗装置于2021 年12月初投运，为确保在不同季节中清洗效果最佳，制定了不同的运行方式：

（1）冬春季节，由于循环水流速较低，贝类生长缓慢，海水相对稳定，清洗装置每周投运1～2 次，设定定点冲洗时间为3 min，凝汽器清洗完成约需15 h。

（2）夏秋季节，随着海水温度上升，贝类生长明显加快，清洗装置仍每周2 次投运，定点冲洗设置为5 min，凝汽器清洗完成时间约为24 h。

（3）在特殊时期，如出现海洋生物侵袭或爆发增长的异常情况。清洗装置将加大在线清洗的运行频率。按定点冲洗设置为2 min，可以在5～6 h 内完成半边凝汽器的自动清洗。

3.2 运行效果检查

某电厂按照预设的运行方式，在冬季每周进行1 次凝汽器清洗。进入春季藤壶等贝类生长速度明显加快，自3 月20 日起每周投运2 次，并将定点冲洗设定为5 min。截至2022 年7 月底，共投运清洗装置39 次，钛管内不再有以前的藤壶和泥垢附着，管板和钛管也未出现划痕或冲刷痕迹（图4）。

图4 钛管进水侧干净明亮

3.3 性能测试评价

2022 年4 月28—30 日，对1号机组凝汽器进行性能试验[8]。在真空严密性试验合格条件下，对比凝汽器加装自动在线除贝清洗装置前后相同工况数据，如表2 所示。

表2 加装在线清洗装置前后工况比较

由表2 可知，在线清洗装置投运后凝汽器压力均下降了至少0.40 kPa，这表明该装置可以有效维持凝汽器的清洁度、提高机组真空度。根据行业经验，真空度每提高1 kPa 可使供电煤耗降低2.6 g/（kW·h），节能降耗效果显著，可在发电企业的应用前景广阔。

4 结束语

凝汽器钛管的洁净度决定了机组的经济性，本文通过对凝汽器自动在线清洗装置的工作原理及设备构成进行细致阐述，对运行模式进行深入分析，形成了集自动清洗、在线除贝、加药清洗智能于一体化的工作模式。该模式与传统钛管清洗技术形成鲜明对比，展现了在线清洗技术精细化、便捷化、智能化的运行优势。推广应用到海水冷却机组的凝汽器钛管清洗中，解决了传统胶球清洗模式诸多弊端，同时对提高机组运行安全稳定性、节约设备运维成本、节能降耗著等多方面收益颇多。有助于改善循环水加药清洗等传统的化学除贝方式，为开展沿海工业循环水污染的治理提供借鉴和示范。该装置设计理念先进，应用前景广阔，具体很高的推广价值。