火电厂凝汽器冷却水管除垢新技术.pdf

第 3 1 卷第 5 期 2 0 0 8年 1 0月 四 川 电 力 技 术 S i e h u a n e e me P o we r T e e h n o | o g y V0 I ． 3 1． No ． 5 Oc t ． ， 2 0 08 火电厂凝汽器冷却水管除垢新技术 张伟 ， 陈宁， 彭伟 ， 肖东 中国矿业大学 ， 江苏 徐州2 2 1 0 0 8 摘要 简要介绍了火电厂凝汽器冷却水管结垢的危害， 除垢清洗的现状， 并对使用机器人进行在线清洗这项新技术 进行了详细的介绍， 还对其经济性进行 了分析。 关键词 凝汽器； 除垢 ； 机器人 Ab s t r a c t T h i s p a p e r d e s c r i b e s t h e t h e r ma l p o w e r p l a n t c o n d e n s e r c o o l i n g p i p e s c a l i n g h a z a r d s a n d r e mo v i n g s c ale c l e a n s i n g o f t h e s t a t u s q u o ， j o i n t ll s e o f o n l i n e r o b o t s c l e ani n g o f t h e n e w t e c h n o l o g i e s i n t r o d u c e d i n d e t a i l ， al s o o n t h e e c o n o mi c anal y s i s ． Ke y wo r d c o n d e n s e r ；An t i f o u l i n g ， ； rob o t 中图分 类号 T K 2 6 8 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 3 6 9 5 4 2 0 0 8 0 5 0 0 6 5一 o 3 凝汽器是火力发电厂的主要辅助设备之一 ， 担负 着冷却汽轮机排汽的重要任务 ， 其工作性能的好坏对 电厂的发电效率、 发电煤耗率有着重要的影响。 凝汽器是一种面式换热器， 由数千至上万根铜管 组成 ， 铜管外走蒸汽内走冷却水 ， 因有热交换的存在 ， 冷却水中的盐份在连续加热过程中不断析出， 形成水 垢并附着在内管壁上， 水垢是一种导热系数很低的物 质 ， 它的存在严重影 响凝汽器 的换热效 率 ， 导致凝汽 器内真空下降， 发电煤耗率上升， 发电成本增加。 中， 而冷凝水 常称作凝结水 占锅炉给水的9 5 ％左 右， 它遭受污染后将引起锅炉结水垢， 产生酸腐蚀 冷却水为海水时 或碱腐蚀 冷却水为淡水时 ， 还 会造成过热器和汽轮机结垢 ， 以上种种都会严重危害 电厂的安全运行 J 。 因此 ， 无论从保证火电厂的效率和出力方面考 虑 ， 还是从防止凝汽器管腐蚀 ， 进而防止锅炉结垢 、 腐 蚀 、 放盐方面考虑， 如何及时清除凝汽器积垢 ， 都是电 厂亟待解决的一个 问题 。 1 凝汽器冷却水管结垢的危害 2 凝汽器除垢清洗技术现状 凝汽器冷却水管结垢的主要危害是降低汽轮发 电机组的效率， 结垢严重还将影响汽轮发电机的出 力。当凝 汽器 结垢 0 ． 5 m m 左 右 ， 可 使 真空 度 由 9 0 ％以上降到8 5 ％以下， 使发电煤耗升高 1 5 ～ 2 0 k W h ， 对于一台年运转 7 0 0 0 h 、 负荷率为 9 0％ 的 3 0 0 M W机组来说， 每年将多耗标准煤约 2 ． 8～ 3 ． 8 万 t ， 以现煤价 5 0 0元吨计 ， 约合人 民币 1 4 0 0～ 1 8 9 0万元； 如果水垢厚度达 1 m m， 则不仅多耗煤量 每年将增加到 5万多吨 ， 而且将影响 1 0 ％的发 电出 力[ 。 凝汽器铜 管结垢 还将导 致脱锌 黄铜 、 脱镍 白铜 和点蚀 ， 清洁的凝 汽器管可使用 1 5年 以上 ， 如果结垢而不及时消除可使其在 3年内穿透 。凝 汽器铜管泄漏是火电厂水质故障的根源 一旦凝汽器 管腐蚀穿孑 L ， 带压力的冷却水就会漏人负压的冷凝水 目前 ， 电厂凝汽器除垢 的方法 ， 分为离线 和在线 两种 离线清洗， 主要是采用高压水射流进行凝汽器清 洗。该方法用 3 0 M P a 以上高压水形成射流后冲洗凝 汽器铜管内壁达到除垢 目的。高压水射流除硬垢能 力强 ， 对凝汽器积垢和粘泥均有很好 的清除效果 ， 在 2 0 0 MW 及 3 0 0 Mw 机组凝汽器上使用该技术后 ， 除 垢率在9 0 ％以上 。高压水射流除垢后， 凝汽器铜 管无应力裂纹， 强度与韧性指标均符合新黄铜管的要 求。高压水射流清洗属于物理清洗， 无任何环境污 染。 尽管离线高压水射流清洗具有很多优点 ， 但它克 服不了离线清洗方法的固有缺点 必须停机后方能进 行。电厂机组启、 停机产生的费用是巨大的， 以3 0万 千瓦机组计算， 一次启、 停机加上人工清洗的费用总 ．6 5 ． 第 3 1 卷第 5 期 2 0 0 8年 l 0月 四 川 电 力 技 术 S i c h u a n El e c t ri c P o we r T e c h n o l o g y Vo 1 ． 3 1。 No ． 5 Oc t ．。 2 0 08 和约为 1 0 0 万元。不仅消耗费用大， 而且对运行中产 生的积垢也无法及时清除， 不能随时保证火 电机组的 高效运行。 为克服离线清洗 的不足 ， 火电厂也采用 了一些在 线除垢方法 ， 通常有以下几种 一 是胶球清洗方法， 即在冷却水循环管路里投放 表面粗糙的胶球， 利用胶球与管壁间的摩擦清洗凝汽 器管道。 目前该方法 的主要不足是不能有效除去水 垢， 因此机组的运行效率依然受到积垢的影响， 仍然 需要定期停机进行离线清洗。此外该方法要求投放 较多数量的胶球， 但胶球回收率低、 增加了运行成本。 二是化学方法， 即在冷却水循环管路内投放盐 酸 ， 清洗积垢 。这种方法清洗效果较好 ， 但存在两点 问题 首先 ， 化学清洗除垢频繁使用后 ， 会腐蚀凝汽器 铜管、 降低凝汽器的使用寿命， 如长期使用将造成凝 汽器铜管的大量泄漏 ， 严重危及火 电厂运行安全 。其 次 ， 该方法运行成本高 ， 以 3 0 0 MW 机组为例 ， 单台机 组每年需花费 2 0 0万元左右 ， 而且污染环境。 3 除垢新技术 针对上述各种火电厂凝汽器清洗技术的不足， 国 内已开发出了火 电厂凝汽器高压水射流在线清洗机 器人技术 。该清洗技术是在火 电厂凝汽器循环水侧 壳体 内安装水下机器人 ， 根据电厂运行需要 由机器人 随时完成在线清洗工作 ， 从而达到保持凝汽器换热面 清洁、 提高电厂运行效率的目的。它同时兼具离线清 洗和在线清洗 的优点 ， 并且运行安全 、 成本低廉 ， 能有 效解决火电厂凝汽器积垢 的问题。 目前 ， 可行的水下 凝汽器高压水射流在线清洗机器人主要有两种类型 滚珠丝杠型直角坐标机器人 和关节型直角坐标机器 人 一 。他们都是通过机器人来定位高压水射流喷 头对凝汽器冷却水管进行清洗。 3 ． 1 滚珠丝杠型直角坐标机器人 滚珠丝杠型直角坐标机器人如图 1 所示 。滚珠 图 1 滚珠丝杠型直角座标机器 人示意图 丝杠传动系统是一个以滚珠作为滚动媒介的滚动螺 旋传动的体系 ， 其关键部分是滚珠丝杠副 ， 它主要 由 丝杠、 螺母、 滚珠等零件组成的机械元件， 其作用是将 旋转运动转变为直线运动或将直线运动转变为旋转 运动， 它是传统滑动丝杠的进一步延伸发展。 滚珠丝杠型直角坐标机器人由机械本体、 控制 器 、 伺服驱动系统和检测传感装置构成 ， 其结构如图 2所示 。 前端盖 伺服电 机 轴承座 缓冲垫滑块 直线导轨 滚珠丝杠 缓冲垫 后端盖 轴承座 联轴器机体 传感器 轴承座 图2 滚珠丝杠传动系统结构示意图 通过伺服 电机控制丝杠 的转动角度来改变滑块 长期工作 ， 丝杠 容易结垢严重影 响 了丝杠 的定位 精 的水平位置， 这样通过控制两个水平轴伺服电机的转 度， 目前还没有很好的解决方法。 动角度就可以使高压水射流的喷头在该水平面 内任 意移动 ， 从而达到定位喷头的 目的。 滚珠丝杠型直角坐标机器人具有传动效率高， 运 动平稳 ， 高精度， 高耐用， 同步性好， 高可靠性， 无背隙 与高刚性等诸多优点。但是， 由于该机器人要在水下 6 6 3 ． 2 关节型直角坐标机器人 关节型直角坐标机器人如图 3所示 引。该水 下 机器人是一个二 自由度的关节型机器人， 通过机械臂 的精确定位， 引导高压水射流喷头对凝汽器铜管内壁 进行清洗。在机械臂的两个关节内装有伺服电机与 第 3 l 卷第5期 2 0 0 8年 l O月 四 J I I电 力 技 术 S i c h ua n E l e c t r i c P o we r T e c h n o l o g y Vo t ． 31， No ． 5 Oc t ． ． 2 0 08 减速器 ， 通过下位机控制两个伺服电机转动相应的角 度来改变机械臂手部 的坐标 ， 使其移动到预先设定好 的位置以实现对高压水射流喷头的定位。 Z 图 3二 目由度机械臂定位示意 图 关 节型直角坐标机器人具有运动平稳 ， 精度高 ， 结构紧凑， 所占空间体积小， 相对工作空间大， 还能绕 过机座周 围的一些障碍物等诸多优点。但是 ， 由于该 机器人要在水下长期工作， 关节处的回转密封能否很 好的保证是其正常运作的关键。 4 经济性分析 通过徐塘电厂的凝汽器除垢情况 的调查 ， 了解到 该厂有两台 3 0 0 M W 机组 ， 现在均采用化学在线除垢 方法 单 台 3 0 0 MW 机组 的年化学清 洗运行费用 约 1 5 0万元左右。 如果采用高压水射流在线清洗机器人技术完成 清洗 ， 电厂单 台 3 0 0 MW 机组初 投资 为 1 2 0万元左 右。平时系统 的运行费用主要是电费 ， 据计算清洗一 根凝汽器铜管每次需消耗电 1 度， 3 0 0 M W 机组凝汽 器有铜管 1 万根 ， 按厂用 电电价 0 ． 3 度计 ， 一年对 凝汽器清洗四遍花费也不到 1 ． 5万元人 民币。在系 统维护方面 ， 系统采用计算机 自主控制技术 ， 基本不 发生 E t 常维护费用。这样 ， 即使考虑到一些不可知因 素引起的费用 ， 当年单台机组初投资加运行维护费用 也不超过 1 3 0万元。系统投入后 ， 当年就可节省 电厂 化学清洗的费用 1 5 0万元， 从而收回投资成本 ， 之后 将每年为电厂节约超过 1 4 0 万的资金。因此， 该产品 对火电厂极具吸引力 ， 拥 有非常好 的的市场发展潜 力 。 5 总结 由以上分析可知 ， 实现凝汽器不停机在线清洗是 以后凝汽器清洗技术的一个主要发展趋势 ， 该技术具 有很高的经济性。但是， 目前该技术还存在很多不足 的地方有待改进。一旦这些问题解决了， 该技术将有 很大的市场发展潜力。 参考文献 [ 1 ] 王运民．定量分析凝汽器冷却水管结垢对机组经济性 的影响[ J ] ．汽轮机技术， 2 0 0 5 ， 4 7 2 1 0 5～1 0 7 ． [ 2 ] 赵斌 ， 吴斌．凝汽器防垢除垢技术在火力发电厂中的应 用[ J ] ．节能技术 ， 2 0 0 5 ， 2 3 4 3 7 5～ 3 7 7 ． [ 3 ] 王彩青．火力发电厂凝汽器铜管的腐蚀与保护[ J ] ．内 蒙古石油化工， 2 0 0 4 ， 3 0 3 9～ 4 1 ． [ 4 ] 吴剑恒．凝汽器冷却水管防垢与强化换热技术的应用 [ J ] ．沈阳工程学院学报 自然科学版 ， 2 0 0 6 ， 2 2 l 1 91 2 3． [ 5 ] 霍伟．机器人动力学与控制[ M] ．北京 高等教育出版 社 ， 2 0 0 5 ． [ 6 ] 朱世强， 王宣银．机器人技术及其应用[ M] 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