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火力发电厂凝汽器不停机清洗的应用

河南某火力发电厂循环水系统有以下特点:(1)水量大,12 MW机组(下称A机组)为2 400 m3,300 MW机组(下称B机组)为30 000 m3。(2)循环水系统设备多、材料复杂,凝汽器壳体和循环水管道材质为A3钢,凝汽器管道材质为HSn701A黄铜,冷却水塔是以硅酸盐为主体的钢筋混凝土结构。工业冷却水系统也采用循环水作为流动介质(辅助设备的小冷却器较多)。(3)火电厂对凝结水的水质要求较高,若循环水系统发生腐蚀 、泄漏可能会导致严重的锅炉结垢、爆管事故。

由于火电厂循环水系统具备上述特点,其化学清洗一般停机状态下进行,所需临时系统设备庞大、复杂 ,消耗大量的人力、物力,且停机清洗减少发电,给电厂造成巨大的经济损失。采用不停机清洗工艺具有以下3个特点:(1)清洗范围大,可以清洗整个循环水系统,包括停机清洗所不能达到的循环水塔、循环水管道、循环水滤网等;(2)不需临时系统;(3)不影响机组正常运行,与停机清洗相比节省了大量的时间。

河南电力试验研究所于1997年开始此项目的研究,技术成果于1999年通过了河南省电力局组织的专家鉴定,并获科技成果奖。2000年9月,该工艺在河南某发电厂A机组首次实施;2001年3月,利用该工艺对河南某发电厂B机组凝汽器及相关系统进行了不停机的清洗除垢,均取得了满意的效果。

1 设备状况及结垢情况

A机组于80年代中期投产,凝汽器有关参数见表1。自1999年起,凝汽器结垢日益严重,清洗前,A机组凝汽器端温度差达20℃,威胁到机组的正常运行。2000年9月7日对该凝汽器抽管检查发现:凝汽器管表面大量结垢,垢质均匀、致密,垢量为800 g/m2,垢成分见表2。

B机组于1998年建成投产,系统参数见表1。2000年下半年,由于水源恶化,凝汽器端温度差开始升高,真空度开始降低。至2001年2月,机组已无法满负荷运行,最大仅能带至180 MW。2001年3月机组小修发现,凝汽器下半部铜管内有大量粘泥,用压力水冲掉粘泥后发现,铜管壁有约0.2 mm硬垢;冲洗凝汽器上半部铜管时,发现垢厚达1.8 mm以上,压力水无法清除,因停机时间短,停机清洗已不可能。

根据铜管表面结垢、腐蚀情况,并考虑时间因素,采用了凝汽器不停机清洗工艺进行除垢。该工艺以河南电力试验研究所开发的BTX系列清洗剂和缓蚀剂为主清洗介质,无机酸为辅助清洗介质。

2 清洗技术

2.1 清洗系统

电厂工业循环水系统是一个独立的循环系统,新工艺将清洗剂直接加入至循环水泵的前池,基本不需要临时系统,清洗系统见图1。

2.2 工艺条件

试验研究发现,提高清洗速度,能够缩短清洗时间,提高清洗效果。但由于循环水泵流量和铜管材质所限,该机组清洗速度定于1~1.5m/s。

提高循环水系统的浓缩倍率,有利于提高药剂的系统保有量,降低清洗成本,但随着系统内含盐量的增加,铜管腐蚀加速,水的含盐量饱和度增大,影响垢的溶解速度,所以保持一定排污量是必要的,在清洗期间我们控制循环水的浓缩倍率为25~35。

3 清洗过程和效果

3.1 清洗步骤

(1) 检查系统,控制排污量,保持循环水浓缩倍率在30左右。

(2) 加入缓蚀剂BTX2,保持浓度50~100 mg/L,循环1 h后加入清洗剂BTX-1,保持浓度200~300 mg /L。

(3) 待胶球能够顺利通过监视管,端差基本恢复正常后,每8 h投一次胶球清洗,提高清洗速度。

(4) 监视管表面清洁,端差稳定后,清洗结束。系统内换水,恢复正常运行。

3.2 清洗过程中汽轮机主要参数变化

A机组清洗从2000年9月15日10:00开始,9月20日10:00结束,清洗期间主要参数见图2、3。从汽轮机的参数变化过程可以看出凝汽器管垢的变化过程.

机组运行期间,凝汽器端温度差、真空度明显受到环境温度、负荷情况的影响。清洗初期,凝汽器端温差降低很快,80 h后开始减缓,100 h后基本稳定;清洗初期真空度显著提高,100 h后开始趋于稳定。

3.3 清洗效果

3.3.1 A机组清洗效果检查

清洗结束后,监视管除垢率大于95%,清洗腐蚀速率为0.013 g/m2·h,腐蚀总量为1.56g/m2,根据《 工业设备化学清洗质量标准》(HG/T2387—92),铜合金腐蚀速率小于2 g/m2·h,腐蚀总量小6g/m2。11月15日,该机组首次停机,停机期间对凝汽器及循环水管道检查表明,清洗效果良好,除垢率大于90%。

对照表4清洗前后汽机运行参数可以看出,凝汽器端温度差显著降低,真空度明显提高。清洗前,由于排汽温度、真空度的原因,A机组无法带至满负荷,清洗后期,该机组负荷峰值到12.5 MW;清洗前,该机组平均日发电量24万kW·h,清洗后,该机组平均日发电量可达28万 kW·h。

3.3.2 B机组清洗效果检查

B机组清洗后,监视管除垢率大于90%,清洗腐蚀速率为0.018 g/m2·h,腐蚀总量为4.32 g/m2,机组负荷可顺利带至300 MW,真空度达-91 kPa,清洗效果显著,达到了清洗的目的。

4 结论

4.1 两种清洗方式的技术特点比较

从表5看出不停机清洗具有以下特点:

(1) 工艺简单,可连续一次完成清洗和镀膜,节点少,控制因素少,清洗效果能满足要求。

(2) 不需临时系统,没有安装工作量,劳动强度小。

(3) 清洗废液无需专门处理,对环境污染小。

4.2 经济效益分析

4.2.1 项目实施前后经济效益对比

A机组清洗前日发电量为24万kW·h,清洗后期为28万kW·h。凝汽器除垢后机组真空度、热效率提高,煤耗降低,日发电量增加4万kW·h。以上网电价0.315元/kW·h计算,日增收益1.26万元,若该机组年正常运行时间300 d,则年增收益378万元。

A机组清洗前,全天需2台循环水泵运行,清洗后,只需1台,真空度也有大幅度提高。该机组循环水泵流量为1 800 m3/h,电机功率为130 kW,日电费开支983元,在不计维护费,磨损折旧费的基础上,年电费节省29.5万元。

B机组清洗前,最大负荷带至180 MW,以机组年发电时间5 000 h计算,影响发电量达年总量的40%,少发电6×10.8 kW·h,少收入上亿元。

4.2.2 停机清洗与不停机清洗经济效益对比

采用停机清洗工艺,停机时间一般需要7~10 d,以A机组日发电量28万kW·h,上网电价0.315元/kW·h,供电煤耗560 g/kW·h,标准煤价130元/t计算,减少收入88.2万元,减少利税67.76万元,启停一次机组费用约0.5万元。以B机组日发电500×10.4万kW·h,供电煤耗330 g/kW·h计算,减少收入1 575万元,其中发电成本214.5万元,机组启停一次费用约30万元。

由于清洗系统不同、清洗剂种类不同,不停机清洗比停机清洗,药剂消耗量大,清洗成本高。对A机组 ,不停机清洗较停机清洗药剂费用高3万元;对B机组,不停机清洗较停机清洗药剂费用高50万元。

对上述数据进行对比,发现不停机清洗有极大的经济效益,机组容量越大,效益越明显。对由某些原因无法停机的机组(热电联产机组、夏季用电高峰期投运的机组等),会产生更好的社会效益和经济效益。

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