超聲波除垢技術(shù)在電廠凝汽器的應(yīng)用

引言

目前大部分發(fā)電廠的凝汽器清洗一般采用化學(xué)清洗（酸性）、膠清洗或者停機(jī)后機(jī)械清洗的方法。采用上述方法不但會(huì)浪費(fèi)高繁重的人力，還有可能造成凝汽器銅管的表面受損，破壞生態(tài)環(huán)境。另外在幾次的清洗之后水垢還會(huì)重新產(chǎn)生，反復(fù)造成電廠燃煤的損失，增加生

產(chǎn)經(jīng)營(yíng)成本。

1．超聲波除垢原理和特性簡(jiǎn)介

本方法的實(shí)質(zhì)就在于借助于專用的除水垢機(jī)器，使在凝汽器水室流動(dòng)的循環(huán)水中產(chǎn)生超聲波振動(dòng)，在超聲波振動(dòng)下循環(huán)冷卻水中產(chǎn)生了許多真空氣泡。這些氣泡的周?chē)?，如同許多的結(jié)晶中心，在水中開(kāi)始形成硬鹽，形成細(xì)小的沙狀物。受熱表面上的振動(dòng)使金屬與水之間產(chǎn)

生高速微流和空化效應(yīng)，即超聲波在形成氣泡后突然破裂(閉合)的瞬間能產(chǎn)生超過(guò)1000 個(gè)大氣壓力， 這種連續(xù)不斷產(chǎn)生的瞬間高壓強(qiáng)烈沖擊物件表面，破壞垢類生成和在管壁沉積的條件，阻礙了這些沙狀物在管壁上的沉淀。使循環(huán)冷卻水中尚未結(jié)晶的鹽及已結(jié)晶后難溶解的鹽形成懸浮的狀態(tài)，不存留在設(shè)備的管壁表面，被冷卻水流帶走，通過(guò)排污排除，以達(dá)到防垢之目的。

2．現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用分析

以某電廠135MW 機(jī)組配套的N-8000-1 型凝汽器為例進(jìn)行分析：

2.1 相關(guān)數(shù)據(jù)采樣見(jiàn)表一:  

                                 表一某凝汽器有關(guān)參數(shù)

2.2 結(jié)垢現(xiàn)狀：鈣鎂離子，硬垢，結(jié)垢速度較快。

2.3 冷卻水源：循環(huán)水，取自于京杭大運(yùn)河。

2.4 水垢形成機(jī)理分析： 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)主要存在的污垢問(wèn)題是水垢、腐蝕、菌藻及污垢所形成的復(fù)合垢，形成因素也是多方面的。一方面，循環(huán)冷卻水是一個(gè)敞開(kāi)式的循環(huán)系統(tǒng)，在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，由于受天氣和環(huán)境的影響，空氣中的灰塵、雜質(zhì)、細(xì)菌和可溶性固體通過(guò)冷卻塔進(jìn)入系統(tǒng)中，久而久之，就會(huì)沉積在換熱器的換熱表面上，形成污泥。另一方面，在高溫季節(jié)，循環(huán)冷卻水水溫一般在30~40℃之間，其溫度和PH 值都適合大多數(shù)微生物的繁殖生長(zhǎng)，并且隨著循環(huán)冷卻水的不斷循環(huán)蒸發(fā)，水中的營(yíng)養(yǎng)源也隨之增加，更促使微生物大量繁殖。微生物與污泥摻混在一起，形成生物粘泥，并最終形成生物垢。更為嚴(yán)重的是隨著高溫冷卻水通過(guò)冷卻塔不斷的向大氣中蒸發(fā)散熱，塔池內(nèi)的冷卻水不斷被濃縮， 水中的一些微溶或難溶碳酸鹽類物質(zhì)如CaCO3、MgCO3等結(jié)晶析出而附著于凝汽器銅管換熱面上，形成質(zhì)地較為堅(jiān)硬的水垢。

3．除垢機(jī)器應(yīng)用技術(shù)方案

3.1 USP 除垢機(jī)器數(shù)量選擇

3.1.1 除垢能力計(jì)算：現(xiàn)以某USP-400 機(jī)器的相關(guān)參數(shù)為例分析，1 個(gè)換能器可以去除100-150 m2 換熱面積的水垢，鑒于該凝汽器銅管的結(jié)垢為硬垢，所以取下限，取1 個(gè)換能器可以去除100m2 換熱面積的水垢，一臺(tái)機(jī)器帶2 個(gè)換能器，即一臺(tái)USP-400 機(jī)器能除200 m2 換熱面積的水垢。

3.1.2 設(shè)備數(shù)量選擇： 該N-8000-凝汽器的總換熱面積是8000m2，需要USP-400 機(jī)器的數(shù)量8000 m2÷200 m2/臺(tái)=40 臺(tái)。即一臺(tái)凝汽器共需USP-400 型機(jī)器40 臺(tái)。

3.2 機(jī)器安裝

3.2.1 換能器的分布位置示意圖見(jiàn)附圖一：

              附圖一USP 機(jī)器換能器安裝位置示意圖

3.2.2 主機(jī)：

共40 臺(tái)主機(jī)， 每臺(tái)主機(jī)分別安裝在前、后換能器對(duì)應(yīng)的位置附近。用戶需將每臺(tái)防垢裝置的電源線AC220V±10%2A 接至主機(jī)。

3.3 預(yù)測(cè)效果

3．3．1 一般條件下：

⑴如安裝防垢裝置前未經(jīng)過(guò)任何防、除垢處理，投入使用后，垢層不再增加，原有垢層逐漸脫落，直至實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)垢化運(yùn)行。

⑵如安裝防除垢裝置前化學(xué)清洗除垢，投入使用后即可達(dá)到動(dòng)態(tài)無(wú)垢化運(yùn)行。

3．3．2 實(shí)現(xiàn)了在線防垢和除垢同步進(jìn)行， 不再需要停產(chǎn)進(jìn)行化學(xué)清洗和用其它方法除垢。

3．3．3 由于傳熱表面產(chǎn)生的高速微渦，破壞了介質(zhì)的隔熱層，提高了傳熱效率，保持系統(tǒng)暢通，降低循環(huán)水泵電耗。

3．3．4 減少了由于結(jié)垢而造成的垢下腐蝕及氧化銹蝕， 保證了設(shè)備運(yùn)行的安全性，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。

3．3．5 使用期間不需任何維護(hù)工作。

4．綜合經(jīng)濟(jì)效益分析

4.1 端差對(duì)效益的影響

以135MW 機(jī)組為例，裝配N(xiāo)－8000－1 型凝汽器，正常運(yùn)行中凝汽器端差控制在6℃以內(nèi)，運(yùn)行一段時(shí)間后，凝汽器端差就升高到9℃左右，嚴(yán)重影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。造成端差大的主要原因是循環(huán)水中的污泥、微生物和溶于水中的碳酸鹽析出附在凝結(jié)器銅管水側(cè)產(chǎn)生水垢，形成很大的熱阻，使傳過(guò)同樣熱量時(shí)傳熱端差增大，凝結(jié)器排汽溫度升高，真空下降。根據(jù)N－8000－1 型凝汽器熱力計(jì)算說(shuō)明書(shū)查得：其設(shè)計(jì)傳熱端差為4℃。經(jīng)測(cè)試機(jī)組的平均傳熱端差為9 ℃左右，較設(shè)計(jì)值大5 ℃。根據(jù)公式tz ＝ t1＋ △t＋ δt，式中：tz：凝汽器排汽溫度?！鎡1：循環(huán)水入口溫度，取20 ℃，△t：循環(huán)水在凝汽器中的溫升，取13 ℃，Δt：凝汽器端差，取9℃，則： tz＝42.14 ℃。對(duì)應(yīng)的排汽壓力，Pk′＝-0.0085 MPa。由于端差增大5 ℃，使汽輪機(jī)熱耗率增加1.69％，供電煤耗增加8.31g ／ kW·h（標(biāo)煤）。經(jīng)計(jì)算，機(jī)組發(fā)電煤耗率增加8.31g ／ kW·h（標(biāo)煤），年多耗標(biāo)準(zhǔn)煤9700 噸，標(biāo)煤按700 元/T 計(jì)算，折合人民幣約679 萬(wàn)元，對(duì)電廠的經(jīng)濟(jì)效益影響很可觀。

4.2 真空對(duì)效益的影響

根據(jù)《電廠凝汽器》介紹的實(shí)驗(yàn)數(shù)值：真空每降低1％，影響汽輪機(jī)熱耗率增加0．86％，真空降低2％，影響熱耗率增加1．72％，影響供電煤耗增加6．97 g ／ kW·h（標(biāo)煤）。凝汽器真空每下降1kPa，汽輪機(jī)汽耗會(huì)增加1.5%～2.5%。以135MW 機(jī)組為例，真空每下降1kPa，煤耗增加3.4g/kWh。正常情況下，一般真空都會(huì)下降4kPa，煤耗增加13.6g/ kWh。根據(jù)等效焓降法計(jì)算真空度每提高1%， 標(biāo)準(zhǔn)煤耗下降3.4 g / kWh。若135MW 機(jī)組滿負(fù)運(yùn)行則可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤1.84t/h 以上， 標(biāo)煤按700元/T 計(jì)算，則可節(jié)約人民幣1285 元/h，若每年發(fā)電按5000 小時(shí)計(jì)算，每年可節(jié)約發(fā)電成本640 萬(wàn)元。N-8000-1 型凝汽器的節(jié)能效果可以參照上述內(nèi)容計(jì)算，按照135MW 機(jī)組N－8000－1 型凝汽器節(jié)能的1/2計(jì)算，每年可節(jié)約發(fā)電成本320 萬(wàn)元。

5．結(jié)論

超聲波除垢技術(shù)的應(yīng)用不僅僅具有技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的意義，而且具有積極的社會(huì)意義，是構(gòu)建節(jié)約型社會(huì)的一種有效技術(shù)手段。