凝汽器胶球清洗技术在水泥窑余热发电中的应用

水泥 2009-07-20

　　1.概述
　　我们平阴山水水泥有限公司建有2条5000t/d新型干法水泥熟料生产线，两条窑预热器出口温度比较低，其中1#窑为305℃，2#窑为295℃。为充分利用水泥窑生产过程中排出的废气余热，节约能源、降低成本，我们委托大连易世达于2007年为其配套建设了一座装机18MW的余热电站。该余热电站于2007年11月并网发电，2007年12月通过性能考核，但到2008年3月发现发电功率逐渐下降，平均发电功率降至14000～15000kW，此时锅炉运行正常，窑状况稳定，但发现凝汽器的真空较大变化，由原来的-0.092～-0.90MPa降到-0.88～0.086MPa；端差由原来的6～8℃上升到11～13℃，说明凝汽器的冷却效果降低。经分析认为是由于换热管束结垢导致水量减少、热阻增加所致，决定采取酸洗措施对冷凝器进行酸洗。我们于2008年6月对冷凝器进行酸洗后，换热管束中污垢被清除，阻力下降。冷凝器的冷却效果明显得到改善，真空提高到了-0.094～-0.92MPa，端差降到5-7℃，发电功率达到15200～16200kW，平均提高1200kW。考虑酸洗只能定期进行，周期较长，不能天天进行处理，为此我们于2008年8月上了1套凝汽器胶球清洗装置。每天开启胶球清洗装置清洗一次，其效果与酸洗基本相当。

　　2.胶球清洗技术
　　胶球清洗技术于本世纪50年代初由前西德人塔布诺格所发明，之后我国开始自行试验研究开发。目前，我国胶球清洗装置的设计、设备性能均接近世界先进水平。

　　2.1胶球清洗系统构成
　　胶球清洗系统由二次滤网、收球网、装球室、胶球泵、分汇器、阀门管路和电器控制装置构成。

　　2.2工作原理
　　选用合适的海绵胶球，球的湿态直径比冷却管内径略大一点(约1—2mm)，且湿态比重和水相近，将胶球投入装球室内，数量为凝汽器进水室铜管数的15％左右，将装球室封严，然后启动胶球泵，打开系统两端碟阀，胶球就在循环水进出口压力差的作用下，被挤压通过冷却管，对冷却管内径进行一次抹擦，使管内壁污垢随水流带出，胶球随循环水经出水管进入收球网，在收球网板的阻拦下，把胶球分离出来，由胶球泵抽出重新回到装球室，如此循环往复对凝汽器冷却管实现连续自动清洗。当清洗3个小时左右后，操作装球室内的漏斗回位，运行3－5分钟后即可收球。

　　胶球清洗系统原理图：

1、凝气器 2、碟阀 3、分汇器 4、装球室 5、二次滤网 6、胶球泵 7、收球网

　　2.3胶球清洗装置各部组件介绍
　　(1)二次滤网：二次滤网是循环冷却水净化的主要设备，它清除了大于6mm以上的一切杂物，对确保凝汽器循环水系正常工作，确保胶球清洗系统正常工作起到了关键作用。对于循环水质比较干净的电厂来说就不必再加装二次滤网。

　　LDPE型二次滤网由电动机、减速机、转动轴、大链轮、小齿轮、滤网芯，壳体主组成。

　　循环水从入口进入滤网，大于6mm的污物被压附在滤网筒外围，启动电机，网芯旋转，污物通过集污箱时，被刮污板挡下，开启排污阀，压力水从网芯内向网芯外反冲洗，污物随水流排出滤网。

　　IDPE型二次滤网是WE型、PE型、EDF型HF型二次滤网的升级产品，主要特点：

　　①刮板刮污，压力水从网内向网芯外反冲洗。
　　②通流面积大，不易形成大网阻。
　　③转动部件采用不锈钢材料，消除易锈损坏小齿轮断轴现象。

　　(2)收球网：收球网是胶球清洗系统中的关键设备，它安装于凝汽器出水管段上，它的作用是把胶球从冷却水中分离出来，且必须具备不漏球、不卡球的性能，球被回收后由引出管从收球网引出打回装球室。

　　现在生产的收球网是目前最先进的结构形式，它的栅网板可以转动；在胶球装置投运时，网板处于收球位置，在不投运清洗装置时，该栅网板可旋转到与水流方向一致的位置；既减少水阻又起到清除栅板上杂物的作用。网板的转动定位由电动执行机构执行(小型收球网为手动控制)。栅网板到位与否是保证收球网收球效率的关键之处。

　　(3)装球室：装球室是胶球清洗装置中用于放球、取球、存储和观察胶球循环情况的装置；它由外壳、漏斗、切换阀等组成，并配有观察窗、放气、放水电磁阀门等。

　　(4)胶球泵：它是胶球清洗系统中使胶球进行不断循环的动力设备。该泵是一个专用的无障碍离心泵，其叶轮由两片叶片构成管状通道，它具有不堵球、不切球和对胶球磨损小等优点。

　　(5)分汇器：分汇器是一个三通(管)阀。通过其中导向板的切换可使球进入需要清洗的一侧凝气器中。它也可作为收球网胶球引出管的汇合和接球管的分流三通管使用。

　　2.4安装说明和注意事项
　　(1)胶球清洗装置投运前，首先对凝汽器水室及冷却管内壁硬垢清除干净，冷却管有裂纹和内径变形的一一更换，以便胶球畅通无阻。

　　(2)对凝汽器的任何死角部位一一封堵，防止胶球躲藏，影响清洗效果和胶球回收率。

　　(3)系统管路布置宜简单、短直、弯头数量尽可能减少。

　　(4)合理选用胶球泵，要有足够的流量，出口压力要略大于循环水压力(约0. 2MPa以上)。

　　(5)定期检查装球室胶球数量，不断补充、满足清洗要求。

　　(6)定期检查收球率，如：回收率过低，可检查以下四个方面：

　　a、收球网栅板是否处在收球位置，且是否到位。
　　b、凝汽器水室是否有杂物，堵塞冷却管口，阻碍胶球的通过。
　　c、胶球泵出口压力是否正常
　　d、检查胶球破损情况，及时换球。

　　3.凝汽器胶球清洗演示
　　凝汽器胶球清洗演示详见附件。

　　4.技术效果分析
　　平阴山水水泥有限公司余热电站汽轮发电机组凝汽器自2008年8月份使用了胶球清洗装置后，取代了酸洗工艺，凝汽器的真空达到-0.094MPa以上，即使在环境温度35℃的高温季节，凝汽器的真空却能保持在-0.090MPa以上。端差小于额定端差8℃，最高达到6℃。根据计算，对平阴山水2条5000t/d水泥窑余热电站，当真空由-0.092MPa升至0.093MPa时，发电量平均提高238kW，当真空从-0.086MPa升至-0.094MPa，发电量提高1270kW。实际数据也是这样，发电功率平均由原来的14000～15000kW提高到目前的15200～16200kW，平均提高了1200kW。如按年运转7200h计算，全年可增加发电量864万kWh，若按每kW电费为0.50元计，全年节省电费支出432万元，经济效益十分明显。

　　5.结论
　　凝汽器胶球清洗系统是一项成熟技术，它具有结构简单、操作方便、胶球回收率高(≥97%)、二次滤网过滤能力强等特点。应用后可有效清除凝汽器换热管束中的污垢，因此传热热阻显著降低，凝汽器的真空明显提高，真空可从清洗前的-0.086MPa提高到-0.094MPa，发电功率平均提高1200kW，全年节省电费支出432万元。考虑为获得更好的胶球清洗效果，建议在上胶球清洗装置之前，最好对冷凝器进行一次酸洗，然后再用胶球清洗装置对冷凝器进行清洗。

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