空冷凝汽器散熱設(shè)備自動(dòng)清洗系統(tǒng)

一 概述

隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展，大容量高參數(shù)汽輪發(fā)電機(jī)組不斷增加，這不僅需要消耗大量的一次能源，同時(shí)也消耗大量的水資源，而水資源緊張是目前*面臨的一大難題，對(duì)于我國(guó)尤其如此。

由于空冷機(jī)組比濕冷機(jī)組可節(jié)省水資源約65%左右，因此，我國(guó)在第10個(gè)五年計(jì)劃期間，明確提出大力發(fā)展空冷機(jī)組尤其是300MW和600MW機(jī)組。
    但是經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行，空冷機(jī)組慢慢的顯示出一些不足和問(wèn)題，其中一點(diǎn)就是由于空冷島長(zhǎng)時(shí)間在露天中運(yùn)行，空氣中的細(xì)沙灰塵等雜物沉積在散熱片上，空冷島散熱片表面出現(xiàn)的積灰、積垢、雜物，一方面會(huì)減少空氣通道的面積，另一方面也加大了散熱器的傳熱熱阻，大大降低了散熱器的熱交換能力，造成凝汽器真空增加，機(jī)組效率降低，并且散熱片上的污垢還會(huì)造成金屬的垢下腐蝕，縮短散熱器的使用壽命。因此，空冷島散熱器結(jié)垢后必須及時(shí)清洗。

二 空冷設(shè)備清洗的經(jīng)濟(jì)性分析

以2*600MW發(fā)電機(jī)組為例，暫且定義其機(jī)組編號(hào)為#1#2，假設(shè)其從投產(chǎn)以來(lái)，從未進(jìn)行過(guò)*的內(nèi)外側(cè)高壓沖洗。而空冷翅片、管束是機(jī)組排氣和冷源空氣進(jìn)行熱交換的主要設(shè)備，氣傳熱性能直接影響到機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性。600MW的機(jī)組空冷凝汽器面積多達(dá)1287608㎡，折算為2.146㎡/kWh，若翅片上出現(xiàn)灰度高或者部分換熱管束被贓物所覆蓋，則換熱率會(huì)更低。

以多個(gè)空冷塔、空冷島現(xiàn)場(chǎng)勘察得出，約有20—30%左右的管束被積灰或贓物覆蓋，不能夠有效地通過(guò)冷卻風(fēng)，從而影響了熱交換律。其熱交換系數(shù)大打折扣，經(jīng)儀器探測(cè)數(shù)據(jù)反應(yīng)，約為原來(lái)的75%—80%。故而，整個(gè)空冷島的散熱面積則變?yōu)?287608×（1-0.2～0.3）×（0.75～0.8）=824069㎡。翅化比約為81.5（原本為96.1），空氣冷凝器化熱比率受影響，則會(huì)影響汽輪機(jī)排氣壓力背壓逐漸增加，每增加1 KPa背壓，影響耗煤為1.5～2g/kWh，所以進(jìn)行合理的高壓沖洗，是十分必要的。一般沖洗時(shí)間建議在5—10月是適合時(shí)間，一般沖洗方案都會(huì)遵循先內(nèi)后外，先上后下的原則。

經(jīng)過(guò)對(duì)空冷換熱原理的推演和對(duì)大規(guī)模運(yùn)行數(shù)據(jù)的回歸分析，提出了空冷凝汽器潔凈度系數(shù)CF概念，并得到了600MW空冷機(jī)組潔凈度計(jì)算公式：

CF={0.00076ERP×（600-W）/600×0.09369+0.99622}×{W×（54-16）/600（t_1×1-t₀）}

公式中  CF—空冷凝汽器潔凈度系數(shù)

        W—600MW機(jī)組實(shí)際負(fù)荷，MW。

        t_0——空冷凝汽器入口溫度，℃。

            t_1×1—空冷凝汽器出口溫度℃。

CF值越接近1，則說(shuō)明空冷凝汽器運(yùn)行狀態(tài)越接近設(shè)計(jì)工況，空冷凝汽器投產(chǎn)初期，CF值約在0.95～1之間。

空冷凝汽器高壓沖洗后，潔凈度系數(shù)對(duì)比

這表明機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，空冷凝汽器的潔凈系數(shù)要保持在0.8以上，當(dāng)空冷凝汽器潔凈度低于0.8時(shí)，就應(yīng)該安排進(jìn)行沖洗，一次合格的沖洗，潔凈度系數(shù)應(yīng)該提高0.1以上。

下圖為空冷凝汽器沖洗前后，機(jī)組運(yùn)行背壓對(duì)比情況。

沖洗前背壓情況

沖洗后背壓情況

空冷島未進(jìn)行沖洗前高壓水機(jī)組情況447.2MW，背壓為21.77KP，環(huán)境溫度為23.7℃。高壓沖洗后機(jī)組運(yùn)行情況，平均負(fù)荷為399.8MW，背壓為15.627KP，環(huán)境溫度為23.8℃。環(huán)境溫度不變的情況下，沖洗前后被壓降低了4.21KP。

根據(jù)數(shù)據(jù)可計(jì)算出每次有效清洗，均能降低1—2kP的背壓，整個(gè)沖洗過(guò)程用水量為10723t。若單機(jī)月負(fù)荷率按70%計(jì)算，月發(fā)電量3億kWh，節(jié)約標(biāo)煤2147t，按照煤?jiǎn)蝺r(jià)700/t計(jì)算，則節(jié)約燃料成本322.36萬(wàn)元/月，空冷軸風(fēng)機(jī)每月減少耗電量為164.1kWh，按照上網(wǎng)電價(jià)0.325元/kwh，全年節(jié)省成本約為640萬(wàn)元。

空冷沖洗所用除鹽水量10723t，按照水價(jià)4元/t，則用水費(fèi)用約在4.3萬(wàn)，其他費(fèi)用按照103.6萬(wàn)計(jì)算（設(shè)備折舊、電費(fèi)、人工），而綜合得出，全年節(jié)約4316.82萬(wàn)元。

清洗建議：

（1）空冷設(shè)備清洗盡量利用停機(jī)期間，避免帶帶負(fù)荷熱態(tài)清洗，減少灰塵冷熱結(jié)垢而產(chǎn)生二次污染，影響清洗后的熱交換能力。

（2）每一次*沖洗，內(nèi)外沖洗次數(shù)在5-6次即可，過(guò)多的沖洗容易降低空冷設(shè)備使用壽命。

• 沖洗用水盡量使用除鹽水，提高清晰效果的同時(shí)，也有利于沖洗設(shè)備的維護(hù)。

三  目前的解決方案及其缺點(diǎn)：

目前火力發(fā)電廠空冷島散熱器沖洗工作主要依賴(lài)人工完成，沖洗效率低下、效果較差。主要存在以下幾點(diǎn)缺點(diǎn)：

1、對(duì)于一臺(tái)600MW空冷機(jī)組，翅片管總散熱面積約為170萬(wàn)㎡，由于空冷設(shè)備的空冷凝汽器面積非常大，并且都在高空，所以人工清洗的時(shí)候，需要長(zhǎng)期高空作業(yè)，這樣情況下不但難以完成設(shè)備的*清洗，浪費(fèi)了大量的水資源，而且還會(huì)加大工作人員的人身危險(xiǎn)性。

2、人工清洗很難做到均勻清洗，特別是在長(zhǎng)期工作的情況下，容易造成局部重復(fù)清洗和局部漏洗的情況，可控性低。

3、采用高壓清水進(jìn)行清洗，很難去除空冷設(shè)備上的塵垢，致使清晰不*，影響熱交換。

4、空冷島的作用決定了空冷島上部溫度較高，一般在60-70℃以上，加上風(fēng)機(jī)的運(yùn)行，人員很難在空冷島上長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)，一般十幾分鐘就會(huì)汗流浹背，硬性作業(yè)則易發(fā)生人身安全事故，導(dǎo)則工作效率低下，施工風(fēng)險(xiǎn)增大。
四、解決方案

由以上論述可以看出，空冷設(shè)備的確是為火力發(fā)電站，提供了節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，但也帶來(lái)了相應(yīng)的問(wèn)題。而空冷設(shè)備清洗也的確可以節(jié)約能源和成本，但也存在著相應(yīng)的難度，那么究竟該如何解決空冷設(shè)備的清洗問(wèn)題呢？

為解決該問(wèn)題，我公司成功研制了空冷島自動(dòng)沖洗系統(tǒng)，該系統(tǒng)在原沖洗系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化改造，采取更加可靠的機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)，增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)能力，并結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)散熱器自動(dòng)清洗，提高沖洗效率和效果，增強(qiáng)散熱器的熱交換效果，提高發(fā)電機(jī)組效率、降低煤耗。

1、系統(tǒng)特點(diǎn): 
　　 沖洗實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，*緩解了工作人員高強(qiáng)度的工作情況；
　　 上導(dǎo)軌平行加裝齒輪齒條驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，運(yùn)行平穩(wěn)，驅(qū)動(dòng)力大，能輕松拖動(dòng)沖洗水管，*避免沖洗滑梯卡死現(xiàn)象，*避免皮帶老化疲勞受損帶來(lái)的頻繁斷裂情況；
　　 一個(gè)機(jī)組支持同時(shí)四面沖洗，極大地提高了沖洗效率；
　　 上下12個(gè)萊克勒特制噴嘴，沖洗*，一次沖洗寬度高達(dá)70CM；
　　 *性解決方案，系統(tǒng)后期運(yùn)行維護(hù)成本極低；
　　 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，避免了其它沖洗方案的各種困難；
　　 系統(tǒng)健壯，配置各種檢測(cè)傳感器，有軟件糾錯(cuò)能力，避免意外造成系統(tǒng)損壞；

2、產(chǎn)品系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖: 
 

3、系統(tǒng)構(gòu)成: 
　　 高壓水泵裝置及其電機(jī)
　　 管路系統(tǒng)
　　 沖洗滑梯（含水平驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)）
　　 沖洗小車(chē)（含上下行走裝置）
　　 上下導(dǎo)軌及齒條機(jī)構(gòu)
　　 控制系統(tǒng)

4、系統(tǒng)功能: 
　　 實(shí)現(xiàn)每一面散熱器全自動(dòng)沖洗
　　 沖洗噴頭在滑梯上完成一個(gè)沖洗循環(huán)后，滑梯自動(dòng)往前行進(jìn)70CM；
　　 兩種滑梯行走控制方式：自動(dòng)控制/手動(dòng)控制
　　 滑梯行進(jìn)到通道兩端時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)切斷電源結(jié)束本次沖洗
　　 當(dāng)發(fā)生堵轉(zhuǎn)時(shí)系統(tǒng)報(bào)警并停止驅(qū)動(dòng)
　　 實(shí)現(xiàn)操作人員遠(yuǎn)程監(jiān)控交互式操作
　　 兩臺(tái)機(jī)組沖洗系統(tǒng)可互為備用，支持同時(shí)4面沖洗

5、系統(tǒng)參數(shù): 
　　 工作空氣溫度：-20℃～+80℃ 海拔高度：≦4000米 相對(duì)濕度：≦95% 戶(hù)外設(shè)備防護(hù)等級(jí)：IP55，防銹，防腐蝕 工作電壓：AC180V～AC250V,50Hz 輸入功率：?jiǎn)瓮ǖ佬∮?Kw 額定工作壓力：6～12Mpa（無(wú)級(jí)可調(diào)） 額定流量：133~316 L/min可調(diào) 沖洗介質(zhì)：除鹽水 單面沖洗速度：8米/小時(shí)

6、部件介紹:
 高壓沖洗水泵

　 技術(shù)參數(shù)：
　　　水泵形式： 多級(jí)離心泵
　　　水泵流量： 30噸/小時(shí)
　　　水泵揚(yáng)程： 6MPa
　　　電機(jī)功率： 110KW
　　　電機(jī)轉(zhuǎn)速： 2950rpm
 沖洗滑梯（含齒輪齒條水平驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)）

沖洗平臺(tái)全圖 
 齒輪齒條水平驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 
　　技術(shù)參數(shù)
　　　沖洗滑梯水平行走驅(qū)動(dòng)
　　　過(guò)載檢測(cè)報(bào)警及保護(hù)
　　　行程限位檢測(cè)報(bào)警及保護(hù)
　　　滑梯卡住及變形過(guò)大檢測(cè)報(bào)警及保護(hù)
 沖洗小車(chē)（含上下行走裝置）
噴嘴及托架結(jié)構(gòu)圖 
 沖洗小車(chē) 
　 技術(shù)參數(shù)
　　　噴嘴組件上下行走驅(qū)動(dòng)；
　　　12個(gè)德國(guó)萊克勒噴嘴進(jìn)行扇形噴射沖洗；
　　　行程限位檢測(cè)及切換行走方向；
　　　過(guò)載檢測(cè)報(bào)警保護(hù)。

便攜式程控箱 

　 技術(shù)參數(shù)
　　　沖洗滑梯左右行走邏輯控制及功率輸出；
　　　噴嘴組件及托架上下行走邏輯控制及功率輸出；
　　　上下行走、左右行走速度和方向設(shè)置；
　　　沖洗水泵啟?？刂疲?/span>
　　　人機(jī)交互界面實(shí)現(xiàn)；
　　　系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)顯示
 導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)
       導(dǎo)軌結(jié)構(gòu) 
　　齒條只是水平行走機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軌，不參與沖洗滑梯的承重；
　　齒條與滑梯上導(dǎo)軌平行布置。
管道及閥門(mén)
　　1）不銹鋼管道
　　包括水泵入口管道，水泵出口管道及上水母管、橫向母管、各分管組成，管道的材質(zhì)一律為不銹鋼，耐壓達(dá)15MPa； 
　　2）橡膠軟管
　　每個(gè)機(jī)組配備2組橡膠高壓水管，采用意大利AF高壓水管，45米DN32橡膠管+10米DN25橡膠管；
　　耐壓達(dá)15MPa；
　　3）閥門(mén)
　　快換接頭：西班牙FAST
　　其它閥門(mén)采用不銹鋼材質(zhì)的國(guó)內(nèi)產(chǎn)品。
7、系統(tǒng)性能參數(shù)表:

五、清洗效果

就目前已使用的項(xiàng)目來(lái)看，空冷島散熱片沖洗完成后，表面潔凈無(wú)雜物，基本露出金屬光澤，目視散熱片通透，且散熱片結(jié)合部位接縫嚴(yán)密，無(wú)腐蝕現(xiàn)象，散熱片已基本達(dá)到清洗質(zhì)量要求，清洗效果明顯好于單純高壓水清洗，機(jī)組運(yùn)行都很正常。

六、注意事項(xiàng)：

1、清洗前做好與主控室的通訊聯(lián)絡(luò)工作。 

2、聯(lián)接好清洗裝置的水路，打開(kāi)所有管道的閥門(mén)。 

3、聯(lián)接好清洗控制的電氣連線(xiàn)，檢查插座箱到控制箱的電源線(xiàn)與水泵調(diào)速的電纜無(wú)異常，并合起插座箱上的漏電保護(hù)器。 

4、檢查控制箱內(nèi)的電源空開(kāi)應(yīng)合上，按動(dòng)（啟動(dòng)）按鈕，按動(dòng)清洗架按鈕盒，操作清洗小車(chē)上行、下行應(yīng)正常。 

5、啟動(dòng)調(diào)速水泵，緩慢調(diào)整水壓電位器，觀察壓力表，調(diào)整壓力至99MPA左右。負(fù)荷要求，可操作清洗小車(chē)上下工作清洗。 

6、清洗工作結(jié)束后，將調(diào)速水泵水壓電位器歸零，停運(yùn)調(diào)速水泵，清洗小車(chē)在下限位，才可關(guān)閉電源，退出工作。 

7、環(huán)境溫度較高，各值長(zhǎng)注意安排人員調(diào)配工作，做好值際人員高溫消暑工作。 

8、沖洗完畢，將控制電纜線(xiàn)、高壓水管按規(guī)定要求盤(pán)好，以方便下次使用。

七、結(jié)束語(yǔ)
    隨著水資源的越來(lái)越緊張，空冷發(fā)電機(jī)組也會(huì)越來(lái)越多，空冷島清洗市場(chǎng)相應(yīng)的也會(huì)越來(lái)越大，選擇一種合適的空冷島清洗方式，對(duì)企業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。本文所述的空冷島散熱片高壓水射流清洗的方法，無(wú)論清洗質(zhì)量、清洗成本，還是施工安全，都是非常理想的，必將為越來(lái)越多的企業(yè)所選用，從而為空冷發(fā)電機(jī)組的發(fā)展做出積極貢獻(xiàn)。