CN103438757B - 一种汽轮机闭式循环水系统中凝汽器清洁系统及清洁方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽轮机闭式循环水系统中凝汽器清洁系统及清洁方法，其特征是：针对包括有冷却塔、凝汽器和开式水系统的汽轮机闭式循环水系统，在凝汽器的出口处设置沉淀池，沉淀池的出水和开式水系统的出水共同进入冷却塔，在沉淀池的底部排出的固体颗粒自凝汽器的入水口重新进入凝汽器；固体颗粒是密度为1～2g/cm³的陶粒沙。本发明针对闭式循环水系统，用陶粒沙模拟开式循环水系统中沙子对管束的清洁作用，可以大大减轻胶球清洗装置的负担，保持管束清洁并防止腐蚀，甚至完全替代胶球清洗装置。

Description

一种汽轮机闭式循环水系统中凝汽器清洁系统及清洁方法

技术领域

本发明涉及火电机组中针对汽轮机凝汽器的清洁系统及清洁方式，通过清洁减少管束结垢和腐蚀。

背景技术

火电机组节能工作意义重大。火电机组的节能工作中，降低汽轮机背压有极为重要的地位，一般地，对于湿冷机组，背压降低1kPa，机组能耗降低0.6～2%，即大约2～6g/(kW.h)，随机型和负荷变化而不同；凝汽器端差增加1℃，则机组煤耗增加1g/(kW.h)或更多。对于1台600MW机组，可以认为，煤耗增加1g/(kW.h)，则每年增加的燃料消耗价值250万元。

汽轮机背压是由循环水温、温升、凝汽器端差决定：

Ts=T1+ΔT+δt

其中：

Ts为与凝汽器压力即汽轮机背压对应的饱和温度，℃；

T1为循环水温度，℃；对于开式循环水系统，为环境水体温度，对于闭式循环水系统，取决于循环水量、冷却塔性能和凝汽器热负荷；

ΔT为循环水温升，℃；取决于凝汽器热负荷与循环水量；

δt为凝汽器端差，℃；真空严密性不好，或者凝汽器管束结垢，都会增加热阻，增加凝汽器端差。尤其是后者，是目前大型火电机组比较普遍存在的问题。

汽轮机背压Pn由Ts根据水蒸气性质表或公式获得。

在湿冷机组中，大多数配置闭式循环水系统。湿冷机组中，凝汽器都配备胶球清洗装置，通常以每天1～2小时定期对凝汽器管束进行清洗。

在我国，汽轮机循环水系统有两种形式，分别为汽轮机闭式循环水系统和汽轮机开式循环水系统，位于长江沿岸和海边的火电机组通常采用汽轮机开式循环水系统。所谓汽轮机开式循环水系统是以江水或海水作为冷却水，在凝汽器中完成换热后回到环境水体。实际运行中，这一形式中凝汽器的工作状态一般比较好，其原因是水体中存在江沙或海沙，沙子凝汽器及管束等设备具有很好的清洗作用。在这些火机组中，一部分已经拆除胶球清洗装置。

汽轮机闭式循环水系统中的循环冷却水是从环境水源中取出后，需经过沉淀和加药等处理后再进入循环水系统，在凝汽器中完成换热后，进入冷却塔冷却，再由循环水泵打入凝汽器，实现对循环水的反复使用。这种系统水质相对干净，仅含有少量污泥和污垢，几乎没有沙子，实际运行中，胶球清洗装置必须保持在良好的状态，并经常使用。但实际上，由于设计、制造、运行、维护等方面的原因，国内大机组的胶球清洗装置，目前仍有相当一部分状态并不理想。国内大型火电机组的凝汽器中，有相当比例的清洁系数较低，对背压和机组能耗有明显的不利影响。对于铜管束，一般设计清洁系数为0.8～0.85，对于不锈钢管束，设计清洁系数一般为0.85～0.9，但实际很多大机组的凝汽器清洁系数长期维持在0.5～0.6的低水平上，背压相应升高达1kPa的级别，带来很大损失。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，针对汽轮机闭式循环水系统提供一种汽轮机闭式循环水系统中凝汽器清洁系统及清洁方法，以模拟汽轮机开式循环水系统中沙子的清洁作用，达到降低汽轮机背压，降低机组能耗，同时减少管束结垢和腐蚀的发明目的。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明汽轮机闭式循环水系统中凝汽器清洁系统的特点是：针对包括有冷却塔、凝汽器和开式水系统的汽轮机闭式循环水系统，在所述凝汽器的出口处设置沉淀池，所述沉淀池的出水和开式水系统的出水共同进入冷却塔，在所述沉淀池的底部排出的固体颗粒自凝汽器的入水口重新进入凝汽器；所述固体颗粒是密度为1～2g/cm³的陶粒沙。

本发明汽轮机闭式循环水系统中凝汽器清洁系统的特点也在于：所述陶粒沙的粒径为0.5～5mm，并小于汽轮机循环水系统中各处滤网孔洞的直径。

本发明汽轮机闭式循环水系统中凝汽器的清洁方法的特点是：

针对包括有冷却塔、凝汽器和开式水系统的汽轮机闭式循环水系统，模拟汽轮机开式循环水系统中沙子对管束的清洁作用，在汽轮机闭式循环水系统的循环水中加入固体颗粒，形成含固体颗粒循环水；

在所述凝汽器的出口处设置沉淀池，沉淀池的出水和开式水系统的出水共同进入冷却塔，在沉淀池中得到沉淀的固体颗粒自凝汽器的入水口重新进入凝汽器；

所述固体颗粒是密度为1～2g/cm³的陶粒沙。

本发明汽轮机闭式循环水系统中凝汽器的清洁方法的特点也在于：所述陶粒沙的粒径为0.5～5mm，并小于汽轮机循环水系统中各处滤网孔洞的直径；所述含固体颗粒循环水是在循环水中按50～300ppm的比例加入陶粒沙。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明针对汽轮机闭式循环水系统，模拟汽轮机开式循环水系统中沙子对管束的清洁作用，可以大大减轻胶球清洗装置的负担，保持管束清洁并防止腐蚀，甚至完全替代胶球清洗装置。胶球装置运行一年所损失的胶球价值要达到10万元级别，本发明筛选后的陶粒，价格也不过四千元/吨，一年费用不会超过两万，显然，本发明实施成本大大低于胶球清洗装置。

2、本发明陶粒沙密度取为1～2g/cm³，其大于等于水的比重，清洁效果好。

3、本发明通过设置沉淀池，使固体颗粒仅仅在凝汽器中进行循环，并不进入冷却塔，避免了由于固体颗粒的比重大于等于水而在冷却塔中形成沉淀，因而实现对凝汽器的反复清洗，也减少了系统中固体颗粒的投入量。

附图说明

图1为本发明所针对的汽轮机闭式循环水系统示意图。

具体实施方式

参见图1，本实施例中汽轮机闭式循环水系统中凝汽器清洁系统结构设置为：

针对包括有冷却塔、凝汽器和开式水系统构成的汽轮机闭式循环水系统，在凝汽器的出口处设置沉淀池，沉淀池的出水和开式水系统的出水共同进入冷却塔，在沉淀池的底部排出的固体颗粒自凝汽器的入水口重新进入凝汽器；固体颗粒是密度为1～2g/cm³的陶粒沙，选择陶粒沙的粒径为0.5～5mm，并小于汽轮机循环水系统中各处滤网孔洞的直径。

本实施例中汽轮机闭式循环水系统中凝汽器的清洁方法是：

针对包括有冷却塔、凝汽器和开式水系统的汽轮机闭式循环水系统，模拟汽轮机开式循环水系统中沙子对管束的清洁作用，在汽轮机闭式循环水系统的循环水中加入固体颗粒，形成含固体颗粒循环水；在凝汽器的出口处设置沉淀池，沉淀池的出水和开式水系统的出水共同进入冷却塔，在沉淀池中得到沉淀的固体颗粒自凝汽器的入水口重新进入凝汽器；固体颗粒是密度为1～2g/cm³的陶粒沙；陶粒沙的粒径为0.5～5mm，并小于汽轮机闭式循环水系统中各处滤网孔洞的直径；所述含固体颗粒循环水是在循环水中按50～300ppm的比例加入陶粒沙。

本实施例中的汽轮机闭式循环水系统是指配备有冷却塔、冷却水循环使用的水系统。这种系统在国内火电机组中比例最大。

对于的固体颗粒，按如下要求进行选择：

材料：选择为无机材料、不腐烂、遇水不变软、不膨胀。

密度：在汽轮机开式循环水系统中，沙子被循环水裹挟着不断进入凝汽器，对管束进行冲刷，即便沙子密度达到2g/cm³，由于1～2m/s的水速裹挟，并不会沉降，基于此，本发明选择固体颗粒的密度为1～2g/cm³。

尺寸：为了实现有效冲刷，固体颗粒的尺寸不应太小，但为了防止冷却塔的喷嘴堵塞、并能顺利通过系统中用于对其它设备进行冷却的开式水系统，其尺寸不能达到厘米级。因此，加入的固体颗粒以0.5～5mm的粒径为好，并小于汽轮机循环水系统中各处滤网孔洞的直径，以防止因滤网孔洞堵塞而导致换热器断水。

硬度：对于不锈钢管束，加入的固体颗粒可以较硬，但对于较软的铜管束，颗粒硬度不应显著大于铜管，以防止划伤管束。总体上，和管束材料硬度应基本相同。沙子、石英沙一类的固体颗粒，只要没有尖锐的边角，并接近球形，就可以避免对凝汽器管束的损伤。

形态：加入的固体颗粒不应有尖锐的边角，可以是封闭孔型的多孔形态，接近球形较好。

目前市场上廉价的球形陶粒沙是符合以上要求的首选，1～2g/cm³的密度值是常见的陶粒沙密度。这个密度大约为江沙的1/2，因此，从体积的角度看含沙率，则50～300ppm的陶粒，大体相当于100～600ppm的江沙，陶粒沙密度越大则强度越大。较大的密度，有利于增强清洗效果。

所选陶粒沙的密度大于1g/cm³，但由于水的流速，其在水流中并不会沉降，出凝汽器后，通过浅沉装置进行沉降、收集，再利沙泵输送到凝汽器进水口，实现反复循环清洗。

此外，每台机组的循环水系统，不论是开式或闭式循环水系统，都包含一个开式冷却水系统，即开式水系统，开式水系统是指在机组运行中，利用循环水的一小部分作为冷却水，对冷油器、真空泵换热器等多个换热器进行冷却。

本实施例通过增加陶粒沙的密度来增加陶粒沙的强度，并进一步强化清洗能力。同时，由于冷却塔底部水池内水速很低，因此，较重的陶粒砂一旦进入冷却塔会在冷却塔中沉入水底，无法继续循环，为避免这一情况的发生，在凝汽器出口设置的沉淀池将陶粒沙进行沉降和收集，直接向凝汽器进行循环，这一结构设置使固体颗粒仅仅在凝汽器中进行循环，由于循环范围的减小，也减少了固体颗粒的投入量。

沉淀池为一浅沉装置，其广泛应用于水处理工程实践，简单、可靠。斜板或斜管式沉淀池是占地最少、应用广泛的沉淀池。对于300MW机组，约40000t/h的最大循环水量，大约需要100m²面积的沉淀池。

运行管理要求：

在环境温度较低的冬季，火电机组一般采用最小的循环水量。但由于冲刷、清洗需要一定的水速，因此，即使在寒冷的冬季，也需要定期短时间以春秋季节的循环水调度方式进行运行，以保持凝汽器管束有效清洁，并延缓管束腐蚀。

一些北方机组，循环水水源为地下水，硬度较大，一旦凝汽器管束结上硬垢，则胶球清洗装置无能为力，陶粒沙的清洗效果则有待验证，但在污垢尚未结硬时，陶粒沙的清洗效果是有保障的。对这些机组，可以在新机组建设或机组大修中，管束清洁的条件下，加入陶粒沙清洗，可以有效防止硬垢形成。

Claims (2)

1.一种汽轮机闭式循环水系统中凝汽器清洁系统，其特征是：针对包括有冷却塔、凝汽器和开式水系统的汽轮机闭式循环水系统，在所述凝汽器的出口处设置沉淀池，所述沉淀池的出水和开式水系统的出水共同进入冷却塔，在所述沉淀池的底部排出的固体颗粒自凝汽器的入水口重新进入凝汽器；所述固体颗粒是密度为1～2g/cm³的陶粒沙，所述陶粒沙的粒径为0.5～5mm，并小于汽轮机循环水系统中各处滤网孔洞的直径。

2.一种汽轮机闭式循环水系统中凝汽器的清洁方法，其特征是：

针对包括有冷却塔、凝汽器和开式水系统的汽轮机闭式循环水系统，模拟汽轮机开式循环水系统中沙子对管束的清洁作用，在汽轮机闭式循环水系统的循环水中加入固体颗粒，形成含固体颗粒循环水；

在所述凝汽器的出口处设置沉淀池，沉淀池的出水和开式水系统的出水共同进入冷却塔，在沉淀池中得到沉淀的固体颗粒自凝汽器的入水口重新进入凝汽器；

所述固体颗粒是密度为1～2g/cm³的陶粒沙；

所述陶粒沙的粒径为0.5～5mm，并小于汽轮机循环水系统中各处滤网孔洞的直径；所述含固体颗粒循环水是在循环水中按50～300ppm的比例加入陶粒沙。