太仓港协鑫发电有限公司 215433
摘要：凝汽器是汽轮机冷端的一种关键换热设备，是热力发电循环的冷源，主要作用是降低汽轮机的排汽压力和温度，提高发电机组的循环热效率。当前我公司主要采用人工机械清洗以及胶球在线清洗结合的方式，虽然清洗效果比较好，但却存在许多安全隐患，比如凝汽器断水、阀门坑满水等，严重影响了机组的安全运行。为此我公司对凝汽器在线清洗机器人的节能系统进行了改造，本文主要对5号机组凝汽器在线清洗机器人节能系统改造项目进行了具体分析和介绍。
关键词：凝汽器；节能系统；改造
1项目概况
太仓港协鑫发电有限公司5号机是上海汽轮机厂生产的H156型机组，其所配套的凝汽器是由上海动力设备有限公司生产的单背压、单壳体、对分双流程、表面式凝汽器，其型号为N-17000-1，凝汽器冷却面积为17000㎡，设计端差>2.8℃，技术规范如表1所示。
表1 凝汽器技术规范
我公司凝汽器冷却水采用开式循环，即用长江水作为凝汽器冷却水源，冷却水流速低而流量大，由于水中含有泥沙、贝类生物和工业排放杂物，凝汽器运行环境更加复杂，凝汽器钛管易出现泥沙沉积、微生物滋生、管口堵塞等问题，导致凝汽器真空降低，汽轮机热耗增加。
凝汽器机器人在线清洗是目前国内最先进的清洗技术，可提高并保持凝汽器钛管清洁程度，有效降低凝汽器端差，提高凝汽器真空，降低汽轮机热耗，达到提高机组经济性的目的[1]。
2、项目方案
2.1 方案概述
方案拟定用在线清洗机器人代替原先使用的人工机械清洗和胶球清洗系统，针对凝汽器的污垢问题使用机器人技术、高压水射流技术和水下密封技术，实现了凝汽器冷却管在线逐根清洗。
2.2 预期达到的效果
使凝汽器始终保持大修期间采用高压水冲洗后的高清洁度状态，较理想地改善了汽轮机的端差和真空度，对降低发电厂能耗具有明显的效果，不再需要凝汽器人工离线清洗和胶球在线清洗工作。
2.3项目需结合停机组大修完成。
3、项目主要内容
本次项目范围为5号汽轮机机组凝汽器，工程于2015年9月10日开始11月15日结束。改造通过加装在线清洗机器人代替原先使用的胶球系统，实现了凝汽器冷却管在线逐根清洗。通过改造降低了凝汽器的端差，最终达到降低煤耗的目的。项目的主要设备包括机器人本体（机械臂、喷头）、清洗系统（含绞盘、高压清洗机、清洗软管）以及运动控制系统组成，如图1所示。
图1 系统组成示意图
3.1 机器臂
机械臂末端安装了清洗喷头，用于在水室内运动定位，让清洗喷头对准管板的冷凝管管口。主要由两级关节、三个机械臂组成。机械臂内置伺服电机和RV减速机，进行运动驱动。机器臂采用防水密封设计，可在0.3MPa压力的循环水中长期工作（耐压设计0.4MPa）。机器臂实物图如图2所示。
图2 设备机械臂
3.2清洗喷头
清洗喷头置于机械臂中心，通过两臂的配合，可使喷头到达凝汽器管板上的任意一根冷凝管。清洗时，机械臂根据输入的坐标移动到正确的位置，使喷头对准管口，开始清洗。清洗喷头开有四个斜向后方的出水口，20Mpa的高压水通过高压软管送达喷头并沿出水口斜向后方喷出，喷头出口压力10MPa，流速144m/s。产生的反冲力可使喷头连带高压软管快速自行进入冷凝管内，同时，高压水射流产生的切向力将管壁污垢快速清除。
喷头设有位置开关，检测喷头到位情况。同时通过长度检测，控制喷头进入凝汽器冷凝管的距离。清洗喷头实物图如图3所示。
图3 设备清洗喷头
3.3 绞盘系统
由盘管装置及内部的高压水冲洗软管组成，用于高压清洗水管的收放控制。伺服电机控制收放高压水软管，精确控制冷凝管冲洗长度。水管的收放排布采用了专利技术。
绞盘系统与凝汽器水室连通，按照0.4MPa耐压进行密封设计。绞盘系统3D示意图如图4所示。
图4 绞盘系统3D示意图
3.4 高压清洗机
采用进口柱塞泵设计，通过高压软管喷头产生高压射流，清洗效果好。高压水射流压力高达28MPa（正常使用20MPa）[2]。自带过滤系统，可以使用工业水、闭冷水或凝补水，水质要求无过多杂质。
3.5 运动控制系统
采用DCS技术的网络型运动控制系统设计，机柜上配置HMI触摸屏进行启停操作，配置远程操作站进行系统调试和监控操作。运动控制器通过网络连接伺服驱动器，由伺服驱动器控制永磁同步电机，配置了高精度绝对编码器，保证了位置控制的精度，停电状态下位置信号不丢失。系统采用安全链设计，确保故障状态下的系统安全。
凝汽器在线清洗机器人可以通过GPRS接入工业节能科远智慧云平台，实现对凝汽器在线清洗机器人的远程监控，诊断凝汽器清洗机器人可能发生的故障并及时处理。
4、项目节能评估
凝汽器清洗机器人项目能长期使凝汽器保持较高的清洁系数，随着凝汽器清洁系数提高、凝汽器端差随之下降、使机组排汽温度、排汽压力下降、从而降低机组的热耗率，降低机组发电标煤耗。
4.1清洁系数对凝汽器端差的影响
ts---饱和温度
tw1—循环水进口温度
在循环水入口温度、流量、负荷不变的情况下，同时对于高真空下的凝汽器来说，比焓差 与Cw变动范围很小。由式（2）可知，循环水温升基本Δt不变；而由（3）可知，凝汽器饱和温度的变化与端差的变化是一致的。因此，在同样的条件下，清洗以后凝汽器平均排汽温度下降。
4.3 凝汽器压力对机组效率的影响
凝汽器排汽温度与排汽压力相互对应，凝汽器排汽压力对机组热耗率的影响采用汽轮机厂家提供的修正曲线计算，如图1所示。
图1 凝汽器排汽压力修正曲线
5、总结
经实践应用证明，该清洁系统的清洁效果良好，有效的节约了能源，并且降低了机器人的运行费用，为企业创造更多的经济效益，值得在实践中推广应用。
参考文献
[1]姬鄂豫，葛中巧. 新型凝汽器在线清洗技术在600MW机组的应用[J]. 清洗世界，2016，01：40-43.
[2]张伟，陈宁，彭伟，肖东. 凝汽器在线清洗机器人[J]. 华中电力，2008，02：11-13.
作者简介：曾云峰（1978-），男，中级工程师，从事发电厂机组运行管理工作，e-mail：kingzzz001@163.com。
论文作者:曾云峰
论文发表刊物:《电力技术》2016年第10期
论文发表时间:2017/1/9
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