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1、一、 凝汽器成垢原因及除垢方法概述凝汽器是凝汽式汽輪機的的重要組成部分之一，其工作狀況直接影響到整套發電設備的熱經濟性和運行穩定性。凝汽器在汽輪機的熱力循環中起到冷源作用，降低汽輪機的排汽壓力和排汽溫度就可以減少汽輪機冷源損失，提高循環熱效率。降低排汽參數的有效辦法是將排汽引入凝汽器，使排汽凝結為水。凝汽器真空度、排汽溫度和端差是衡量汽輪機凝汽器工作狀況的重要指標參數。以300MW機組為例，凝汽器真空每下降1kPa，汽輪機汽耗會增加1.5%2.5%；若機組運行不當，使排汽壓力比正常值升高1千帕，則機組效率降低1.2%以上，若使排汽溫度降低5，機組效率將提高1%以上。真空過低時會限制機組出力，嚴2、重時要停機清洗，影響汽輪機組的經濟效益；端差每升高1，機組單位煤耗將升高1克以上，當端差過高已經影響機組正常帶負荷時，端差每升高1，機組單位煤耗將升高3.5克以上；通過以上數據可見真空度、排汽溫度、端差是影響機組經濟性的重要指標，也反應出汽輪機凝汽器的重要性。影響凝汽器真空度、排汽溫度、端差的因素有很多也比較復雜，包括凝汽器的熱傳導特性、凝汽器熱負荷、換熱管清潔度、冷卻水溫、冷卻水量、冷卻水壓以及冷卻水系統特性等。對于一臺已經投入運行的抽汽凝汽汽輪機機組，凝汽器的冷卻面積、冷卻水量、熱負荷等已經基本固定，冷卻水系統特性、冷卻方式、冷卻水溫也受到發電廠地理位置的影響、季節氣候等因素限制而基本無法3、人工調節。所以提高并保持換熱管的清潔度是保持凝汽器真空度、排氣溫度、端差的最有效途徑。凝汽器水側的臟垢是導致凝汽器參數惡化的最重要和最常見的原因。水垢是一種與水的硬度密切相關的結晶體，當水被加熱或蒸發時，水垢就會形成。污垢的形成是一種極其復雜的熱量、動量和質量交換過程，而且污染現象遍及自然過程。電廠多采用井水、河水作為循環水，水中含有能溶解在水中的鹽類、灰塵、泥沙、微生物等雜質，循環水系統的冷卻水由于蒸發損失、風吹損失等不斷濃縮，雜質在水中的比例也不斷增高，因此，污垢的形成概率也高。水垢會阻塞凝汽器換熱管管道或者附著沉淀在熱傳導表面，導致傳熱系數變大、熱阻增加，使凝汽器的換熱效率降低，降低凝汽4、器的使用率，不能及時的把汽輪機的所有排汽冷卻成水，導致真空度下降、排汽溫度升高、端差變大。對于凝汽器的結垢問題，在汽輪機檢修時可以采用人工清洗、人工機械清洗、高壓水清洗、化學清洗等辦法，雖然可以解決部分結垢問題，但是都是在凝汽器已經結垢并且長期運行之后才停機除垢，汽輪機凝汽器在長周期帶著垢的狀況下運行產生了大量能量損失，嚴重影響汽輪機效率，影響汽輪機的經濟性。對于正在運行的機組，解決凝汽器的結垢問題，可以采用反沖洗、加阻垢劑、膠球清洗的辦法在線除垢；1、 反沖洗操作方便，安全可靠，可不停機進行，但是僅能沖去生物黏泥等松軟的污垢，清洗不徹底；2、 加除垢緩蝕劑通過化學吸附，組織結晶成長或抑制晶體5、析出，但原水水質對阻垢效果有影響，需要經常添加除垢緩蝕劑以及排污，費用較高；3、 膠球清洗：不停機自動清掃，效果較好，但是要外加設備和動力，收球率低，無法去除鈣鎂等無機鹽形成的鹽垢，沉積物夠下腐蝕現象普遍；所以幾種在線除垢方法都達不到徹底除垢的目的，增加運行成本，還要等停機時采用機械和化學方法徹底解決除垢問題，但是隨著機組的投運，凝汽器很快又將結垢，機組繼續在凝汽器結垢的狀態下低效率運行。二、在線式超聲波除垢系統概述針對汽輪機凝汽器結垢問題嚴重，導致能源浪費和污染環境，以及有效除垢方法缺乏的現狀，遼寧杰夫來國際科技發展有線公司通過國內國際上除垢技術的研究對比，獨家引進了俄羅斯軍工技術超聲波在線6、除垢系統，該系統可以廣泛應用與各種熱交換設備，具有明顯的除垢和阻垢效果，在提高生產效率的同時，實現節能環保目標，給用戶帶來巨大的經濟效益和社會效益。在線式超聲除垢技術，是利用超聲波作用于管道內的流體介質，使其發生一系列的物理和化學變化以達到除垢、防垢目的。前蘇聯時期，該技術最先用于海軍艦船動力系統的蒸汽動力裝置，其主副鍋爐的結垢一直是影響艦船鍋爐壽命的主要原因，而且爐壁內壁腐蝕主要是由水垢引起的。水垢是一種鹽類物質，具有較強的腐蝕作用，造成管道內壁的大量腐蝕，甚至被腐蝕穿孔。一艘艦船的主副鍋爐一般使用三至四年就必須更換，每次需要幾百萬美元的經費，為了延長鍋爐的使用壽命，通常的處理方法有化學軟化7、法、離子交換軟水法，以及除鹽、除氧、加磷酸鹽等方法，雖然這些措施在一定成都上緩解了海軍艦船熱交換循環系統的結垢情況，但由于各種原因，效果總是不盡人意，在經過大批的科技人員的長期研制之后，終于發明了超聲防垢、除垢技術，并被前蘇聯海軍大量采用，之后大大減輕了水垢的附著，對艦船延長壽命、降低油耗、節約經費、保持艦船動力性能有重要意義。在軍工取得巨大的使用效果之后，這項技術已形成專利產品，隨之應用于一些重要工業領域：核電、火力發電、石油化工、冶金礦山等。其中在發電廠凝汽器上的應用取得巨大成功，達到真正有效的除垢、防垢功能。三、 超聲波防垢和除垢的原理超聲波在線除垢系統利用超聲波聲能預防在換熱器表面形成8、沉積物。在外殼和溶液介質間發生物理化學反應。由金屬表面向水中釋放空化氣泡，形成大量結晶中心。在這些結晶中心的作用下，硬質鹽類在沒有解除設備內壁前，開始直接在水中晶化，水冷卻流出換熱設備。超聲波振動促使液體中空化氣泡打入換熱器內壁水垢的毛孔和裂縫中?？栈瘹馀莸奈⑿捅颇軌蚴乖O備表面沉積水垢脫落。超聲波在線除垢和防垢依靠空化效應、活化效應、剪切效應，以及抑制效應達到防垢、除垢效果。1). 空化效應超聲波的輻射能使冷卻水產生大量的空穴和氣泡，也就是液體拉裂而形成無數極微小的局部空穴。當這些空穴和氣泡破裂或相互擠壓時產生一定范圍的強大的壓力，能使液體里的成垢物質粉碎，懸浮于液體介質中，使之生成的垢層破9、碎，易于脫落。 超聲波的空化作用是在液體中的細小雜質溶解氣體或固體物質的微粒周圍發生的。水中的垢物微粒起到空化核的作用，引發空化作用，并在空化產生的能量作用下被粉碎、細化?？栈构肝镂⒘５捏w型改變，使垢物微粒團間聚合力降低。經超聲波處理后的硬度鹽微粒在成垢條件下只能析出疏散粉末狀垢物，不在沉積板結超聲波的空化作用是其發揮防垢、除垢效果的主要作用。超聲空化是功率超聲在液體介質中引起的一種特有的物理過程，是一個復雜的非線性聲學問題。超聲空化是這樣產生的。存在于液體中的微氣泡（空化核）在聲場的作用下振動。當聲壓達到一定值時，氣泡將迅速膨脹，然后突然閉合。在氣泡閉合時產生沖擊波，最終崩潰。這種微小氣泡10、震動、膨脹、閉合、崩潰等一系列動力學過程稱為超聲空化。2). 活化效應超聲波在液體介質中通過空化作用，可以是水分子裂解為H+和OH-。而OH-與成垢物質離子可形成諸如CaoH，MoH+等配合物，從而增加水的溶解能力，使其溶垢能力相對提高。3). 剪切效應因為超聲波輻射在垢層和管壁上，吸收和傳播速度不同，從而產生速度差。在垢層與管壁界面上形成相對剪切力，導致垢層產生疲勞而松脫。4). 抑制效應超聲波改變了管道內液體的物理、化學物質，縮短了成垢物質的成核誘導期，刺激了微笑晶核的生成。這些晶核有很強的爭奪水中離子的能力，能抑制粒子在壁面處成核和長大，使既定結構的晶粒長大，因此見笑了粘附于管壁上成垢離11、子的數量，從而減小了積垢的沉積速率。四、 在線式超聲波除垢系統技術特點1、 在線運行：在不影響機組負荷和正常運行情況下，實時防垢2、 強力阻垢：在空化效應、活化效應、抑制效應下，新垢不再生成。3、 除垢徹底：在空化效應、剪切效應的作用下，沉積垢類逐漸膨脹、粉碎、松脫，直至徹底清除。4、 殺死和抑制生物活性物質：殺死在水中活性細胞，切斷供氧來源，從而抑制生物生長，防止生物淤泥形成。5、 提高換熱效率：在空化效應作用下，加速了冷卻水內部熱交換，提高了換熱效率6、 防止換熱管腐蝕：由于空化效應，金屬 裂縫和水中的氧在壓力的作用下，進入空化氣泡中，起到除氧作用，減少收氧腐蝕，同時由于清除了老垢，消除了12、夠累對換熱器腐蝕7、 徹底消除滑雪除垢法對環境的污染。五、 包三電廠凝汽器運行現狀包三電廠采用的是東汽N18000型單殼體雙流程凝汽器。凝汽器參數表：序 號名 稱單 位數 值1殼體設計壓力及管側設計壓力MPa(g)0.1/0.252凝結器管子總有效面積184003傳給循環水的凈熱負荷KJ/S3921184循環水量t/h365155管內平均循環水流速m/s2.36設計清潔系數0.97循環水設計進水溫度208循環水允許最高進水溫度339管子總水阻KPa(g)6610凝結器管子材料：頂部圓周段TP316L主凝結段TP316L空冷區TP316L11凝結器管子尺寸：管徑壁厚250.7/0.5有效長度m113、0.915單根長度m11.04512管板材質、厚度Q235BTP316L13殼體材質、厚度Q235B、2514管板支撐板材質Q235B厚度16間隔750數量塊6015凝結器熱井容積m310016凝結器外形尺寸長寬高17凝結器與汽輪機排氣聯接不銹鋼膨脹節18總重kg380000水室（每個）kg7300凝結器（不充水）kg340000凝結器（運行時）kg650000凝結器（滿水時）kg120000019防腐措施 水室內壁采用涂環氧煤瀝青20凝結器管子數量：頂部圓周段根780主凝結段根17569空冷區根1171合計:根19520備注：循環水溫升10度5月20 實測凝汽器數據：循環水入口溫度循環水出口14、溫度排汽溫度端差負荷真空162634.48.4186MW84.33KPa凝汽器設計值：入口溫度端差14714305304從以上數據中可以看出凝汽器已經有結垢現象，在循環水入口溫度為16時，凝汽器端差應為5，而實測溫度8.4，比設計值高3.4度，現在是春季，循環水溫度較低，以現狀的端差比設計值高3.4度計算，單位能耗將增加3.4克以上，當夏季是循環水溫度上升，端差將繼續惡化，損失將是巨大的。六、 在線式超聲波除垢系統改造方案為了解決凝汽器結垢問題，我公司的設計方案如下：1、 在凝汽器前入水口、前水室安裝12套在線式超聲波除垢系統，每側各安裝6套，每套各包含6個超聲波發生器探頭和一個脈沖電源；2、15、 在凝汽器后水室安裝12套，每側安裝6套，每套各包含6個超聲波發生器探頭和一個脈沖電源；具體安裝方案示意圖如下：七、 安裝超聲波除垢系統能達到如下效果：1、提高熱傳導系數：不銹鋼管內壁形成污垢的速度很快，根據文獻，凝汽器不銹鋼管清掃24h后，清潔系數從1.0變為0.692，實際傳熱系數由2.93kW/(m2)降到1.98 kW/(m2)，而0.1mm厚污垢的熱阻足以讓0.5mm厚的不銹鋼管的導熱熱阻被忽略不計。如此短的積垢時間和低的傳熱效率，導致凝汽器長期處于低效率運行中。2、提高凝汽器真空度：真空每降低1，影響汽輪機熱耗率增加086，真空降低2，影響熱耗率增加172，影響供電煤耗增加697 16、gkWh（標煤）。凝汽器真空每下降1kPa，汽輪機汽耗會增加1.5%2.5% 3、降低排汽溫度：污垢的導熱系數很小，大大地增加了傳熱熱阻，造成傳熱系數降低，使循環冷卻水吸熱不良，減緩了排汽的凝結速度，致使排汽壓力升高、排汽溫度升高。而排汽溫度的升高又導致有更多的熱量需要冷卻水帶走，使循環冷卻水溫度升得很快。冷卻水溫度升高后又進一步惡化真空，形成惡性循環。表面上看很容易判斷為是由于冷卻塔冷卻效果不良所致，其實冷卻水溫度高的原因在冷卻塔冷卻效果一定的情況下是凝汽器真空低直接導致。4、使端差更接近設計值：N18000型凝汽器，正常運行中，循環水入口溫度1430時凝汽器端差控制在5以內，運行一段時間后17、，凝汽器端差就升高到9左右，在夏季高溫是端差將上升到10以上，嚴重影響機組經濟運行。 安裝在線式超聲波除垢系統之后，凝汽器不再結垢，端差將接近設計值，使機組在最經濟的狀態下運行，使電廠單位能耗降低4度以上，節約大量能源。5、保護金屬免受腐蝕：水動力強度降低的現象，在管壁表面和水垢的裂縫中，那里在一般條件下（無超聲波）存有空氣中的氧氣，在超聲波振動的作用下，它很容易從裂縫中排出來，清除管壁氧氣，起到除氧作用；是一種清除鋼管受氧腐蝕的設備。超聲波的脈沖長期地作用于管的內壁表面，在微小裂縫附近使其更易變形的部分發生變化，借助于這些變形把裂縫的邊緣封住，把水從設備里排出的時候里面不會滲入氧氣。管子的內18、壁變得光滑了，而且微小裂縫的面積會迅速減小，減少了對管道的腐蝕。消除了換熱器中的損壞，由此保護金屬表面免受磨蝕。這種防腐蝕的作用取代了對管道表面的鈍化。6、殺菌滅藻：當超聲波使液體介質內許多微小的氣泡破裂時，會產生能量極大的沖擊波，把水體中的細菌細胞擊碎，破壞了細胞膜的離子通道，改變了細胞的生存環境，使其喪失生存能力而死亡。同時激勵后的水分子能將水中溶解氧包圍封鎖，切斷了微生物進行生命活動所需氧的來源，從而達到了較好的殺菌滅藻效果，同時也防止了生物污泥的產生。八、 經濟效益分析1、節煤效果顯著根據端差和真空度的效益核算，一臺300MW發電機組，單位能耗節約5克煤，按機組每年運行6000小時計算19、，每年節約標煤9000噸，按內蒙標煤300元計算，將每年節約270萬元人民幣，加上凝汽器的酸洗費用，化學添加劑的費用，人工費用，設備維修費用，其他費用按100萬元；僅一年的直接費用就節約370萬元以上，十年就是3700萬元，可見凝汽器結垢問題造成的浪費是十分驚人的。所造成的環境污染及治理費用更是無法用價值估算的。2、 成本回收期短改造N18000型凝汽器需要24套超聲波除垢系統，每套系統單價約15萬元，24套約360萬，改造后一年內可收回成本。3、降低運行費用水垢一般在凝汽器、熱交換設備的管壁表面的生成，厚度取決于水的硬度、水處理的質量及專業人員的技術水平。有以下幾種處理方法：化學處理、物理處20、理、水的磁化處理。在一個處理周期內（1-10年），各項處理費用和處理效果與本設備相對比，都是非常昂貴的，且處理效果不如本設備，并需要專業的技術人員。 根據檢修規程要求，熱交換設備的內表面的水垢厚度在0.5mm以上就要清洗，所以，水垢的清除以及降低其生長速度就產生了以下費用：1、采用水處理設備所產生的設備折舊和消耗材料的直接費用。 2、定期做化學或物理清冼的費用。 3、由于垢下腐蝕而導致銅管損壞，由此產生的計劃外材料更換及維修費用。 4、化學廢物回收利用所產生的費用，由于污染周圍的環境而產生的罰款。 5、 冷凝器、熱網加熱器、換熱器等熱交換設備因結垢可能影響系統參數降低，嚴重時可能造成系統全停，21、由此而造成各項直接或間接損失。 使用化學方法對水進行預處理，必然增加處理費用，即使是質量最好的水處理也不能阻止內表面水垢的增長。如果水的硬度很高，水垢的增層速度就快，所以必須定期清洗熱轉換設備，由此，必然發生定期清洗費用。 采用超聲波的方法杜絕了有害廢水對周圍環境的污染，用這種方法清洗1立方米的價格，大約算來要比化學處理低200-250倍。 使用本機器，只是一次投資，幾乎很少的運行費用（每小時用電1KW/時），使用有效期大于10年，并不再發生定期清洗換熱器、凝汽器設備的費用。綜上所述，用于購買使用在線式超聲波除垢系統的成本，在工作以后的12個月內就會全部收回投資。不僅降低了對鋼鐵的腐蝕，還可以提高凝汽器、熱交換設備的工作效率。在降低生產成本的同時，不僅有技術和經濟上的意義，而且更具有社會意義，是構建節約型社會的一種技術手段和裝備。