提高凝汽器膠球清洗裝置系統(tǒng)收球率的方法說明
提高凝汽器膠球清洗裝置系統(tǒng)收球率的方法說明，提高膠球清洗裝置對(duì)凝汽器鈦管的清洗效率，進(jìn)而增強(qiáng)機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。現(xiàn)通過對(duì)某電廠膠球清洗裝置中膠球的受力分析，找出了影響膠球清洗裝置收球率高低的具體原因，改進(jìn)了相關(guān)設(shè)備，進(jìn)而使凝汽器膠球清洗裝置收球率從70%上升到98%，極大地提高了蒸汽輪機(jī)的運(yùn)行效率。
火力發(fā)電廠使用的凝汽器膠球清洗裝置可在機(jī)組不減負(fù)荷的情況下清洗凝汽器冷卻水管的內(nèi)壁，從而降低凝汽器的端差和汽輪機(jī)背壓，是保證汽輪機(jī)安全運(yùn)行和降低煤耗不可缺少的輔機(jī)配套設(shè)備。20世紀(jì)50年代初，膠球清洗裝置，其基本工作原理是在運(yùn)行的凝汽器冷卻管中投入一定數(shù)量的膠球，使它們連續(xù)地在凝汽器換熱管內(nèi)流過，對(duì)冷卻管內(nèi)壁起到清洗作用。但是，由于選用膠球、冷卻水水質(zhì)、清洗裝置和凝汽器結(jié)構(gòu)等方面的影響，國內(nèi)大多數(shù)電廠膠球清洗裝置都沒有發(fā)揮出應(yīng)有的作用。
對(duì)凝汽器膠球清洗裝置系統(tǒng)中膠球的受力分析，判斷膠球清洗裝置什么環(huán)節(jié)影響膠球的收球率，并提出相應(yīng)的解決方案，找出了改造膠球清洗裝置的方法。同時(shí)，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的有效性。
1膠球清洗裝置工作流程
凝汽器膠球清洗裝置系統(tǒng)如圖1所示，膠球清洗過程可分為三個(gè)階段：
（1）膠球通過膠球泵打入至凝汽器循環(huán)水進(jìn)水管的階段；
（2）膠球通過凝汽器鈦管的清洗階段；
（3）膠球被循環(huán)水帶至凝汽器循環(huán)水出水管的階段。膠球清洗裝置正常運(yùn)行時(shí)，收球網(wǎng)電動(dòng)閥關(guān)閉，膠球泵和1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)閥門開啟，膠球泵運(yùn)行。膠球通過膠球泵的吸力，從凝汽器循環(huán)水出口收球網(wǎng)前打到凝汽器循環(huán)水進(jìn)口。膠球清洗裝置收球時(shí)，關(guān)閉裝球室電動(dòng)閥，膠球在膠球泵和循環(huán)水的共同作用下，被帶至裝球室內(nèi)。
圖1凝汽器膠球清洗裝置系統(tǒng)圖
2各個(gè)階段膠球的受力分析
2.1膠球在凝汽器循環(huán)水進(jìn)水階段的受力分析
如圖2所示，在上升階段，膠球向上受到膠球浮力和循環(huán)水流對(duì)它的沖擊力，向下受到重力作用。
圖2膠球的上升過程
由于實(shí)際中膠球的密度小于水的密度，膠球的浮力大于膠球重力，所以膠球浮力與水流沖擊力之和大于膠球的重力，此時(shí)膠球向上運(yùn)行，不會(huì)滯留在凝汽器鈦管中。
2.2膠球在清洗過程中的受力分析
在清洗過程中膠球的受力如圖3所示。膠球的清洗過程ρν2+ρgh+P=CFC=PSFM=μFN式中：ρ為流體密度；ν為流體流速；g為重力加速度；h為該點(diǎn)所在的高度；P為流體的壓強(qiáng)；C為一個(gè)常量；FC為膠球在鈦管中所受的沖擊力；S為鈦管的橫截面積；FM為膠球與鈦管壁之間的摩擦力；μ為膠球與凝汽器鈦管之間的摩擦系數(shù)；FN為膠球?qū)δ麾伖艿恼龎毫Α?/span>
由式（1）和式（2）可知，當(dāng)凝汽器鈦管出現(xiàn)大規(guī)模堵塞時(shí)，凝汽器循環(huán)水由于鈦管堵塞的截流作用，流速ν減小，壓強(qiáng)P增加。由于凝汽器循環(huán)水管橫截面沒有變化，壓強(qiáng)P增大，膠球在鈦管中所受的沖擊力FC也增大。
由式（3）可知，膠球在鈦管中水平方向受到膠球與鈦管壁的摩擦力的作用，當(dāng)FC＞FM時(shí)，膠球則可運(yùn)動(dòng)。所以投球時(shí)，不宜選用體積過大的膠球，因?yàn)轶w積過大會(huì)導(dǎo)致膠球與鈦管之間摩擦力過大，從而影響膠球裝置的收球率。
2.3膠球在循環(huán)水出水管的受力分析
如圖4所示，膠球向下受到重力和循環(huán)水對(duì)膠球的沖擊力。
圖4www.f8035.cn的下降過程
膠球的后受力可以用下列方程表示：FJ=（FC+G）-FF（4）FF=ρSgVP（5）FC=αρSSJv2（6）G=mg（7）m=ρJVQ（8）式中：FJ為膠球的后受力；FC為水對(duì)膠球向下的沖力；G為膠球的重力；FF為膠球在水中所受的浮力；ρS為水的密度；g為重力加速度；VP為膠球的排水量；α為系數(shù)；SJ為膠球截面積；v為水流的流動(dòng)速度；m為膠球的質(zhì)量；ρJ為膠球的密度；VQ為膠球的體積。由上式可以看出，水流的流動(dòng)速度越小，作用在膠球上的沖力FC就越小；速度越大，F(xiàn)C就越大。
（1）當(dāng)FC＞FF-G時(shí)，膠球受力向下；
（2）當(dāng)FC＜FF-G時(shí)，膠球受力向上；
（3）當(dāng)FC=FF-G時(shí)，膠球懸浮。
2.3.1凝汽器鈦管堵塞程度與膠球清洗裝置收球率的關(guān)系。
（1）當(dāng)凝汽器鈦管堵塞幾根時(shí)，凝汽器出口循環(huán)水動(dòng)能變化不大。
（2）當(dāng)凝汽器鈦管大面積堵塞或收球網(wǎng)堵塞嚴(yán)重時(shí)，凝汽器出口循環(huán)水動(dòng)能降低。動(dòng)能公式如下：E=mv2（9）式中：E為動(dòng)能；m為質(zhì)量；v為速度。當(dāng)水流動(dòng)能降低，水流就會(huì)減弱，水流減弱，凝汽器循環(huán)水出水管循環(huán)水對(duì)膠球的沖力FC就會(huì)減小，這樣出口管道的膠球就可能漂浮在凝汽器循環(huán)水出水管頂部或懸浮在水中。當(dāng)膠球的密度過小、收球網(wǎng)堵塞嚴(yán)重或凝汽器鈦管大面積堵塞，F(xiàn)F＞FC+G時(shí)，膠球會(huì)懸浮在凝汽器循環(huán)水出水管頂部。
2.3.2如何解決膠球在循環(huán)水出水管的堵塞問題
收球網(wǎng)堵塞程度和膠球在鈦管里的堵塞程度會(huì)逐漸降低膠球清洗裝置的收球率，同時(shí)膠球的密度也是影響膠球清洗裝置收球率的重要原因。因此，該廠通過以下改進(jìn)措施使得膠球清洗裝置收球率從85%提升到了90%，結(jié)果如表2所示。
表2膠球清洗裝置收球個(gè)數(shù)對(duì)比
投球個(gè)數(shù)收球個(gè)數(shù)
改進(jìn)前400341
改進(jìn)后400361
（1）定期清理一、二次濾網(wǎng)和收球網(wǎng)上的垃圾；
（2）選擇合適的二次濾網(wǎng)，加強(qiáng)二次濾網(wǎng)的過濾性能，盡可能減少冷卻水中的雜質(zhì)。
3其他影響因素及解決方案
3.1凝汽器膠球清洗裝置收球網(wǎng)電動(dòng)閥或裝球室電動(dòng)閥關(guān)閉不嚴(yán)密
3.1.1凝汽器膠球清洗裝置原因分析
膠球清洗裝置收球階段，裝球室電動(dòng)閥如果關(guān)閉不嚴(yán)密，在收球過程中就會(huì)有部分膠球在膠球裝置內(nèi)循環(huán)。當(dāng)膠球泵停止運(yùn)行后，凝汽器循環(huán)水管道內(nèi)仍有部分膠球并未被收集到裝球室，這時(shí)打開收球網(wǎng)，凝汽器循環(huán)水管道內(nèi)的膠球就會(huì)漏出到系統(tǒng)外。
3.1.2凝汽器膠球清洗裝置解決方案
定期對(duì)膠球清洗裝置各電動(dòng)閥做嚴(yán)密性試驗(yàn)。
3.2凝汽器膠球清洗裝置工作人員收球時(shí)操作不當(dāng)
3.2.1原因分析
在膠球清洗裝置收球過程中，凝汽器循環(huán)水入口壓力大于凝汽器循環(huán)水出口壓力，即根據(jù)圖1所示，A處的壓力要大于B處的壓力。若收球過程中先停止膠球泵再關(guān)閉2號(hào)電動(dòng)閥、3號(hào)電動(dòng)閥，凝汽器循環(huán)水就會(huì)通過3號(hào)電動(dòng)閥和2號(hào)電動(dòng)閥而進(jìn)入裝球室，從而把膠球帶出裝球室，讓膠球從B處流出。
3.2.2解決方案
根據(jù)圖1所示，該廠通過在3號(hào)門出口處設(shè)置一個(gè)逆止門，讓水流只可從3號(hào)門出口打到凝汽器循環(huán)水進(jìn)水母管。這樣即便有人操作錯(cuò)誤，也可避免膠球從裝球室反送到凝汽器循環(huán)水出口處的情況。
3.3凝汽器膠球清洗裝置膠球泵抽吸能力不足
3.3.1原因分析
若膠球泵抽吸能力不足，則會(huì)導(dǎo)致膠球不能在膠球清洗裝置內(nèi)循環(huán)，從而導(dǎo)致膠球無法回收。
3.3.2解決方法
膠球清洗裝置運(yùn)行時(shí)，凝汽器循環(huán)水出口門并未在全開狀態(tài)，若開大凝汽器循環(huán)水出口門，凝汽器循環(huán)水出水管壓力便會(huì)逐漸降低。由于膠球泵入口接在循環(huán)水出水管處，凝汽器循環(huán)水出水管壓力越低，則膠球泵抽吸能力越弱。根據(jù)圖1所示，該廠通過提升收球網(wǎng)布置位置，放低膠球泵入口位置，從而增大膠球泵入口靜壓力。根據(jù)靜壓力公式P=ρSgh(ρS=1.0×103kg/m3；g=9.8m/s2；h為高度），該廠使膠球泵低于收球網(wǎng)入口1m，膠球泵的入口靜壓約等于增加0.01MPa，這樣便保證了開大循環(huán)水出水電動(dòng)閥的開度來增加循環(huán)水的流速，從而改變膠球的受力，既避免了膠球漂浮在循環(huán)水出水管頂部的情況，又避免了開大循環(huán)水出水管電動(dòng)閥致使膠球泵入口壓力不足的問題。
3.4凝汽器膠球清洗裝置收球網(wǎng)夾角的大小
3.4.1原因分析
當(dāng)凝汽器循環(huán)水出口流速非常大，膠球浮力FF已經(jīng)遠(yuǎn)小于水流對(duì)膠球的沖擊力FC時(shí)，膠球在膠球泵入口收球網(wǎng)處的受力情況如圖5所示。
根據(jù)圖示可知，膠球向下的力F1為水流沖力和膠球自身重力G的合力與膠球浮力FF的差值，收球網(wǎng)面向上受到摩擦力FM，向下受到F1的分力作用和膠球?qū)κ涨蚓W(wǎng)的正壓力F3（注：由于圖片原因，F(xiàn)3是垂直于收球網(wǎng)網(wǎng)面的）。由圖5可知，F(xiàn)3垂直于收球網(wǎng)斜面，F(xiàn)1垂直于水平面，所以∠b=∠a；由于F2與F3垂直，所以∠b=∠c。
圖5膠球在收球網(wǎng)處的受力情況
可知，∠a=∠b=∠c。由圖5可知，F(xiàn)2和F3之間的關(guān)系為F2=F3tan∠a，因?yàn)镕M=μF3，根據(jù)以上各個(gè)方程式可知，F(xiàn)M=μ·F2。由于膠球與收球網(wǎng)網(wǎng)面的摩擦系數(shù)μ不可知，則取大值，設(shè)μ=1；又因?yàn)楫?dāng)0。<∠a＜90。時(shí)，角度越大正弦值越大，則：
（1）當(dāng)膠球與收球網(wǎng)面夾角∠a=45。時(shí)，因?yàn)閠an45。=1，那么FM=F2，在不考慮膠球泵吸力的情況下，球會(huì)靜止在收球網(wǎng)上；
（2）當(dāng)膠球與收球網(wǎng)面夾角45。<∠a＜90。時(shí)，那么FM＜F2，在不考慮膠球泵吸力的情況下，球會(huì)往收球網(wǎng)下面走而進(jìn)入膠球泵入口中；
（3）當(dāng)膠球與收球網(wǎng)面夾角0。<∠a＜45。時(shí)，那么FM＞F2，在不考慮膠球泵吸力的情況下，球反而會(huì)沿著收球網(wǎng)往上走。
3.4.2解決方案
正常情況下，摩擦力系數(shù)μ＜1。由于該廠收球網(wǎng)夾角為60。所以排除此原因?qū)κ涨蚵实挠绊憽?/span>
3.5凝汽器膠球清洗裝置膠球在膠球清洗裝置中活動(dòng)空間過大
3.5.1原因分析
由于循環(huán)水出水管管徑非常大，所以膠球的活動(dòng)范圍非常廣，而空間越大，越容易把膠球滯留其中。
3.5.2解決方案
該廠通過提高收球網(wǎng)的位置來減少膠球在凝汽器循環(huán)水出水管中的活動(dòng)空間，同時(shí)設(shè)置一個(gè)膠球?qū)Я靼澹鐖D6所示，引導(dǎo)膠球進(jìn)入膠球泵入口位置。
改進(jìn)結(jié)果如表3所示。
表3 膠球清洗裝置收球個(gè)數(shù)對(duì)比
投球個(gè)數(shù)收球個(gè)數(shù)
改進(jìn)前 400361
改進(jìn)后 400392
4結(jié)語
該電廠通過選用合適直徑的膠球、定期清洗膠球系統(tǒng)內(nèi)垃圾、更改膠球泵的布置、設(shè)置好收球網(wǎng)夾角等改進(jìn)措施，使膠球清洗裝置收球率從70%終上升到98%，有效提高了機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。本文分析了影響膠球清洗裝置收球率的各種因素，提出了改善膠球清洗裝置收球率的相關(guān)措施，為電廠運(yùn)行人員提供了一定的參考。
