火电厂凝汽器高压水射流在线清洗机器人技术介绍.pdf

30 内 蒙 古 电 力 技 术 I j N E R MON G O L I A E L E C T RI C P O WE R 2 0 } 8年第 2 6卷第 5期 火电厂凝 汽器 高压水射流在线清洗机器人技术介绍 I n t r o d u c t i o n t o T e c h n o l o g y o f Co n d e n s e r Hi g h P r e s s u r e Wa t e r J e t On l i n e C l e a n i n g R o b o t i n Th e r ma l P o we r P l a n t 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]介绍 了火电厂凝汽器高压水射流在线清洗机 器人技术 ， 重点介绍了滚珠丝杠型直 角生坐标机 器人 和关 节型直 角 坐标机 器人技 术 的结构 、 特 点 ， 并进 行 了经济性 分析 。 经计算得 出 如果采用高压水射流在线清洗机 器人技术 ， 单台 3 0 0 MW 机组化学清洗每年可节约费用 1 4 0 万 元 。 [ 关键词]凝汽器； 化学清洗； 高压水射流在线清洗机 器人技术 ； 除垢 【 中图分 类号]T K 2 6 4 ． 1 l 『 文献标识 码1 B 『 文章编号1 1 0 0 8 6 2 1 8 2 0 0 8 0 5 0 0 3 0 0 3 1 凝汽器冷却水管结垢的危害 1 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 n l 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 g ／ k Wh ． 对于1台运转 7 0 0 0 h ／ a 、 负荷率为 9 0 ％的 3 0 0 MW 机组来说 ，每年将多耗标准煤 2 ． 8 ～ 3 ． 8 x 1 0 t ，以现煤价 5 0 0元／ c 计，合人民币 l 4 0 0 ～ 1 8 9 0 万 元 ； 如果水垢厚度达 1 mn l ， 则不仅耗煤量增加到 5 l 0 ， 而且将影 响 1 0 ％的发电出力【 ” 2 凝 汽器铜 管结垢将导致脱锌 黄铜 、 脱镍 白铜 和点蚀 。清 洁 的凝 汽器 管可 使用 1 5 a以上 ， 如果结垢而不及时消除可使其在 3 a内穿透I 。 凝汽 器铜管 泄漏是 火 电厂发生 水质故 障 的根源 ，一旦 凝 汽器管 腐蚀 穿孔 ，带压 力 的冷 却水 就会漏 人负 压的 冷凝水中， 而冷凝水 常称作凝结水 占锅炉给水的 9 5 ％左右 ， 遭受 污染 后将 引起 锅炉 结 水垢 ， 产生 酸腐 蚀 f 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。以上情况都会严重 影响 电厂 的安全运 行 。 因此 ， 无论 从保 证火 电厂效 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 火电厂亟待解决的问题。 2 凝汽器除垢清洗技术现状 目前 ，火 电厂凝 汽器除垢 的方 法分 为离线 和在 线清洗 2种。 2 ． 1 离线清 洗 2 ． 1 ． 1 优 点 离 线 清 洗 主 要 采 用 高 压 水 射 流进 行 凝 汽 器 清 洗 。该 方 法用 3 0 MP a以上 高压 水形 成 射 流后 冲洗 凝汽器铜管内壁达到除垢 的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 M W 及 3 0 0 MW 机组凝汽器上使用该技 术后 除垢 率达 到 9 0 ％以上H 。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 。 2 ． 1 ． 2 缺 点 尽管离线高压水射流清洗具有很多优点 ，但克 服不 了离线清洗必须停机清洗 的固有缺点，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。 【 收 稿 日期 】2 0 0 8 一 O1 2 5 【 作者简介】张伟 1 9 8 l 一 ， 男 ， 山东省人 ， 中国矿业大学在读研究生 ， 研究课题为凝汽器在线清洗机器人技术。 2 0 1 8 年第2 6 卷第j 期 内 蒙 古 电 力 技 术 2 ． 2 在 线 除垢 法 2 ． 2 ． 1 胶球清洗方法 胶 球 清洗方 法 是在 冷却 水循环 管路 里投 放 表 面 粗 糙 的胶球 ，利 用胶 球与 管壁 问 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。 2 - 2 ． 2化 学方法 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 以下问题 首先 ， 化学清 洗频繁使用 ， 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 ， 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 费用 为 2 0 0万 元／ a左 右 ， 而且污染 环境 。 3 除垢新技术 针对 上述凝 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。 它同时兼有离线清洗 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1 5 4 1 。它们都是通过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 3 ． 1 ． 1 系统 构成 滚珠 丝杠 型直 角坐 标机 器人 如 图 1 所 示 。滚珠 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 ，主要 由丝 杠 、 螺母 、 滚珠等零件组成 ， 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 ，是传 统滑动丝杠的进一步延伸 。 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[7 1 。 通过伺服电机控制丝杠的转动角度来改变 滑块 的水平 位 置 ，这 样通 过控 制两 个水 平轴 伺 服 电 机的转动角度就可以使高压水射流的喷头在该水平 图 1 滚珠丝杠型直 角坐标机器人 前 一盖 轴 承座 i 联 i 轴器 机体 ／ 传感 ／ 器轴7承座 图 2 滚珠丝杠传动系统结构 示意图 面 内任 意移 动 ， 从而 达 到定位 喷头 的 目的。 3 ． 1 ． 2特 点 滚珠丝杠型直角坐标机器人具有传动效率高 、 运动平稳 、 精度高、 同步性好 、 可靠性高 、 无背隙与高 刚性等优点 ；但是，由于该机器人要在水下长期工 作 ， 丝杠 容易 结垢 ， 影 响丝 杠 的定 位 精度 。 目前还 没 有很好 的解决方法 。 3 ． 2 关 节型 直 角坐标 机器 人 3 ． 2 ． 1 系统构 成 关节型直角坐标机器人如图 3所示I8 ] 。 该水下机 器人是 1 个 2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。 图 3关节型直角坐标机 器人示意 图 3 ． 2 ． 2 特 点 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 、 能绕 内 蒙 古 电 力 技 术 2 1 8 节2 “ 奄 5 期 过机座周围的一些障碍物等优点 ，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 地保证是其正常运作的关键。 4 经济性 分析 通过 调查徐塘 电厂的凝 汽器除垢 情况 ，了解到 该 厂有 2台 3 0 0 MW 机组 ，均 采用 化学在线 除垢 方 法 ，单 台 3 0 0 MW 机 组 的化 学清 洗运 行 费用 约 1 5 0 万元／ a 如果采用高压水射流在线清洗机器人技术 宄成清洗 ， 单台 3 0 0 MW 机组初投资为 1 2 0万元／ a 左 右 。平时系统的运行费用主要是电费 ， 据计算 ， 清洗 1 根凝 汽器铜 管 每次需 消耗 电 1 k Wh ， 3 0 0 MW 机组 凝 汽 器有 铜管 1 万 根 ， 按 厂用 电 电价 O - 3元／ k Wh计 算 ， 1 a对凝 汽器 清洗 4次 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 日常维 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 省化 学清洗 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 0万元的资金 因 此 ， 该 产 品对火 电厂极具 吸引 力 ， 拥有 非常好 的 市场 发展潜 力 5 结语 由以上分析可知 ，实现凝汽器在线清洗是今后 凝 汽器清洗 技术 的主要 发展趋 势 。该 技术具 有很 高 的经济性 ， 但 目前还存在许多不足之处， 有待改进 ， 一 旦 这些 问题得 到解决 ，该技 术将 有很大 的发 展潜 力 。 馐 考文献1 [ 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I J 1． 汽轮机技术 ， 2 0 0 5 ， 4 7 2 1 0 5 1 0 7 ． [ 2 ]王彩青． 火力发 电厂凝汽器铜 管的腐蚀与保 护l J ] ． 内蒙古 石 油 化工 ， 2 0 0 4， 3 3 9 41 ． [ 3 】吴剑恒． 凝 汽器冷却水管 防垢 与强化换 热技术 的应用I J l 沈阳工程学院学报 自然科学版 ， 2 0 0 6 ， 2 2 l 1 9 一 l 2 3 ． [ 4 】赵斌 ， 吴斌． 凝汽器防垢除垢技术在火力发电厂中的应用『J 1． 节 能技 术 ， 2 0 0 5， 2 3 4 3 7 5 3 7 7 ． [ 5 ]朱世 强 ， 王宣银． 机器人技术 及其应用[ M】 ． 杭州 浙江大学 出 版社 ， 2 0 01 ． [ 6 ]张福学． 机器人技术及其应用[ M I ． 北京 电 子T 业出版社 ， 2 0 00 ． [ 7 ]霍伟． 机器人动力学与控制[ M 】 ．北京 高等教育m版} 土 ． 2 0 0 5 ． 【 8 ]殷际英 ， 何广平 ． 关机型机器人[ M ] ． 北京 化学 l 、 J 版社， 2 00 3． 编辑 王金 丽 ” r 一 ’ 十 ● 一 4 一． 一⋯ ’～ ’． _ 斗 ⋯一 ⋯十． ． 一十一- ⋯～ 一 一一 一 _ 2 0 0 得 ， 不对监控机数据库本身做任何操 作 ，文件独立存在，所以不会影响监控机系统的安 全 ， 而 且年 度运 行 日志 综合 报表 模 板． x l s 文件 很 小 ， 一 般 只占几兆 的空 间 ，所 以不会对 整个计 算机 的存 储量构成威胁。 3 ． 2实用性 对于 E x c e l 而言 ， 页面设置 、 公式的应用都非常 容 易 ， 一般 运行 人员都 能掌握 ， 况且 格式 一经 固定无 需求运行人员改变。E x c e l 软件强大的页面设置功 能 、 丰 富的 函数功 能 ， 弥补 了 C S C 一 2 0 0 0报表 系 统 的 不 足 一 3 3 普遍性 据 了解 ，内蒙古 自治 区所有 的变 电站 都存 在对 数据 进行整 合 的需 要 ，对于监 控 系统 的报 表只 要能 够将 其数据 导 出为 E x c e l 文件 ． 就 具备 了用 E x c e l 对 报表数据进行整合的可能性 ，而且这种整合具有完 全的自主性 ，可按照本单位运行管理的需要进行设 计 ， 灵活 、 方便。所以该课题的适用度具有一定的普 遍性 4结语 综 上所 述 ，该课 题使 用 E x c e l 软 件实 现 了 对监 控机报表数据的优化管理 ， 提供了日电量 、 月 电量的 自动计算功能以及报表打印的完美格式 ，大大提高 了工作效率 ， 减轻了运行人员的劳动强度 ， 因该软件 只对原 有报表 功能进 行 了补 充和 完善 ，使 得报 表 系 统 更加 易用 和友好 。 [ 参考文献] [ 1 ]【 美] J o h n Wa k e n b a c h ．E x c e l 2 0 0 3高级V B A编程宝 典【 M1 ． 盖 江南 ， 王 勇 ， 译． 北 京 电子 工业 出版 社 ， 2 0 0 5 1 0 ． [ 2 J仲治国， 徐洪霞． E x c e l 函数实例活用 1 0 0谈[ M 】 ． 上海 上海 科 学 技 术 出 版社 ． 2 0 0 6 0 7 ． [ 3 】崔竞． V i s u a l B a s i c 6 ． 0基 础与实践 教程【 MJ ． 北 京 电子工 业 出版 社 ． 2 0 0 7 0 7 ． 编辑 刘 宇萍