郭常明

摘要：超聲波技術以其除垢、防垢、防腐、提高換熱效率、殺菌滅藻、環保節能等杰出的性能在電廠凝汽器清洗方面得到應用并將得到大面積推廣。

關鍵詞：超聲波；防除垢

目前大部分發電廠的凝汽器清洗一般采用化學清洗（酸性）、膠球清洗或者停機后機械清洗的方法。采用上述方法不但會浪費人力、物力，還可能造成凝汽器銅管的表面受損，而且破壞生態環境。另外在清洗之后水垢還會重新產生，反復造成電廠燃煤的損失，增加生產經營成本。

一、KSD超聲波防除垢原理和特性簡介

KSD超音頻脈沖防垢、除垢設備的防垢除垢機理是純物理特性。超音頻脈沖電信號功率放大后經磁致轉換器產生加速度是重力加速度3000倍的超音頻脈沖機械振動，由于轉換器安裝在凝汽器外殼上并正對管板，振動就由管板傳給管束上，造成水中垢質不易附著在管壁上，起到防垢作用。另外當超聲波由結垢的熱交換管金屬外表面向里傳播時，即會引起板結在金屬換熱界面上的垢質跟隨金屬同步振動，但由于垢質性態和彈性阻抗和金屬不同，垢質與金屬之間會在相鄰界面上形成剪切作用，導致板結在金屬管上的垢質疲勞、裂紋、疏松、破碎而脫落，起到除垢作用。同時，受到超聲波激振的液體介質，能將其中的溶解氧包圍封鎖，這就切斷了微生物進行生命活動所需的氧氣，從而達到了殺菌滅藻的目的。

二、現場應用分析

以某熱電廠2臺25MW機組配套的N-2000-2型凝汽器為例進行分析：

1、相關數據采樣:

2、結垢現狀：鐵離子、鈣鎂離子，硬垢，結垢速度較快。垢質成分分析結果如下：

3、冷卻水源： 4月--10月取自涼水塔（補水為深井水）；11月--次年3月為供暖回水。

4、成垢的原因分析：循環冷卻水系統主要因為當地水質硬度非常大，又風沙大，運行不久塔內就會沉積大量的灰塵和泥垢。另外，由于積水池有限，塔內沉積的泥土、雜質等來不及沉淀就回到循環水中，這些泥垢在凝汽器銅管內壁附著，致使銅管結垢。冬春季利用循環水供熱，供暖回水水溫一般在 40~50℃之間，熱用戶暖器中的鐵銹以及難溶鹽類物質如CaCO3、MgCO3 等由于水溫高而結晶析出附著于凝汽器銅管換熱面上，形成質地較為堅硬的水垢。另一方面，循環冷卻水水溫和 PH 值都適合大多數微生物的繁殖生長，并且隨著循環冷卻水的不斷循環蒸發，水中的營養源也隨之增加，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。

三、防除垢設備應用技術方案

1、KSD防除垢設備數量選擇

1、防垢、除垢能力計算：現以KSD 設備的相關參數為例分析，1個轉換器可以去除50 -80m2換熱面積的水垢，鑒于該凝汽器銅管的結垢為硬垢，所以取下限，取1個轉換器可以去除50m2換熱面積的水垢，一臺機器帶6個轉換器，即一臺KSD機器能除300 m2換熱面積的水垢。

2、設備數量選擇： 該N-200-2凝汽器的總換熱面積是2000 m2，需要KSD主機的數量2000 m2÷300 m2/臺≈6臺。即一臺凝汽器共需KSD型主機6臺。

2、機器安裝

（1）主機：

N-2000-2凝汽器共配備6臺主機，每臺主機分別安裝在凝汽器基礎附近。用戶需將每臺防除垢裝置的電源線AC220V±10%接至主機。

（2）轉換器：

每臺凝汽器安裝6臺KSD防除垢主機箱，共配置36只轉換器。其中：前管板處18只；后管板處18只。轉換器位置均布凝汽器管板整個弧段。轉換器焊在凝汽器的殼體并正對管板位置上，這樣轉換器直接和凝汽器殼體緊密連接，以減少能量的損失。

四、預測效果

1、一般條件下：

⑴如安裝防除垢裝置前未經過任何防、除垢處理，投入使用后，垢層不再增加，原有垢層逐漸脫落，直至實現動態無垢化運行。

⑵如安裝防除垢裝置前先進行徹底的化學清洗除垢，投入使用后即可達到動態無垢化運行。

2、實現了在線防垢和除垢同步進行，不再需要停產進行化學清洗和用其它方法除垢。

3、由于傳熱表面產生的高速微渦，破壞了介質的隔熱層，提高了傳熱效率，保持系統暢通，降低循環水泵電耗。

4、減少了由于結垢而造成的垢下腐蝕及氧化銹蝕，保證了設備運行的安全性，延長了設備的使用壽命。

5、使用期間不需任何維護工作。

五、綜合經濟效益分析

1、端差對效益的影響

現以某熱電廠25MW機組為例，裝配N－2000－2型凝汽器，正常運行中凝汽器端差控制在5℃以內，運行一段時間后，凝汽器端差就升高到9℃左右，嚴重影響機組經濟運行。

造成端差大的主要原因是循環水中的污泥、微生物和溶于水中的碳酸鹽以及供暖水中的鐵銹析出附在凝結器銅管水側產生水垢，形成很大的熱阻，使傳過同樣熱量時傳熱端差增大，凝結器排汽溫度升高，真空下降。

根據N－2000－2型凝汽器熱力計算說明書查得：其設計傳熱端差為5℃。經測試機組的平均傳熱端差為9 ℃左右，較設計值大5 ℃。

根據公式tz ＝ t1＋ △t＋ δt，

式中：tz：凝汽器排汽溫度。℃

t1：循環水入口溫度，取20 ℃，

△t：循環水在凝汽器中的溫升，取13 ℃，

Δt：凝汽器端差，取9℃，

則： tz＝42.14 ℃。對應的排汽壓力，Pk′＝-0.085 MPa。

由于端差增大5 ℃，使汽輪機熱耗率增加1.69％，供電煤耗增加8.31g／kW·h（標煤）。

經計算，機組發電煤耗率增加8.31g／kW·h（標煤），年多耗標準煤1795噸，標煤按800元/T計算，折合人民幣約144萬元，對電廠的經營影響很大。按此計算，若KSD防除垢設備運行10年，可為電廠節約1440萬元的生產經營費用。

2、真空對效益的影響

以某熱電廠為例，機組為2臺25MW機組，1號機組安裝了KSD除防垢設備，2號沒有安裝，運行中兩臺機組真空相差較大，今年2月一般相差最低4%最高10%，1號機組真空在94KPa，2號機組真空不到90KPa。熱耗一般在13000kj/kwh。保守估算真空相差2%計算，根據《火電廠節能工程師培訓教材》介紹的實驗數值：真空每降低1％，影響汽輪機熱耗率增加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（標煤）。每臺機組可節省的熱量為13000*1.72%=223.6kj/kwh

1、節省熱量每年多發電創造的產值為：（13604-熱量轉化為電能的系數）

330天*24h/天*25000kw/h*223.6kj/kwh=44272800000kj

44272800000kj/13064kj/kwh*0.4=135.5566442萬元

2、每年清洗銅管兩次，每次費用10萬元，共20萬元。

每年多創效益135+20=155萬元

KSD防除垢設備每臺投資76萬元，運行6個月節約的成本就可收回購置該設備的全部費用。KSD防除垢設備設計壽命在10年以上，本公司產品質保2年終身免費維護，本產品不遇外界損壞，故障率極低，電耗低，每臺主機的功率只有240w，該設備的應用不僅有技術和經濟上的意義，而且具有積極的社會意義，也是構建節約型社會的一種有效技術手段。

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