超聲波防垢除垢技術(shù)在電廠凝汽器的應(yīng)用

郭常明

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

關(guān)鍵詞：超聲波；防除垢

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(tài)環(huán)境。另外在清洗之后水垢還會重新產(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(shè)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(jīng)磁致轉(zhuǎn)換器產(chǎn)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(zhuǎn)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(zhì)不易附著在管壁上，起到防垢作用。另外當(dāng)超聲波由結(jié)垢的熱交換管金屬外表面向里傳播時，即會引起板結(jié)在金屬換熱界面上的垢質(zhì)跟隨金屬同步振動，但由于垢質(zhì)性態(tài)和彈性阻抗和金屬不同，垢質(zhì)與金屬之間會在相鄰界面上形成剪切作用，導(dǎo)致板結(jié)在金屬管上的垢質(zhì)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(zhì)，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(xiàn)場應(yīng)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(guān)數(shù)據(jù)采樣:

2、結(jié)垢現(xiàn)狀：鐵離子、鈣鎂離子，硬垢，結(jié)垢速度較快。垢質(zhì)成分分析結(jié)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(huán)冷卻水系統(tǒng)主要因為當(dāng)?shù)厮|(zhì)硬度非常大，又風(fēng)沙大，運行不久塔內(nèi)就會沉積大量的灰塵和泥垢。另外，由于積水池有限，塔內(nèi)沉積的泥土、雜質(zhì)等來不及沉淀就回到循環(huán)水中，這些泥垢在凝汽器銅管內(nèi)壁附著，致使銅管結(jié)垢。冬春季利用循環(huán)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(zhì)如CaCO3、MgCO3 等由于水溫高而結(jié)晶析出附著于凝汽器銅管換熱面上，形成質(zhì)地較為堅硬的水垢。另一方面，循環(huán)冷卻水水溫和 PH 值都適合大多數(shù)微生物的繁殖生長，并且隨著循環(huán)冷卻水的不斷循環(huán)蒸發(fā)，水中的營養(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。

三、防除垢設(shè)備應(yīng)用技術(shù)方案

1、KSD防除垢設(shè)備數(shù)量選擇

1、防垢、除垢能力計算：現(xiàn)以KSD 設(shè)備的相關(guān)參數(shù)為例分析，1個轉(zhuǎn)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(jié)垢為硬垢，所以取下限，取1個轉(zhuǎn)換器可以去除50m2換熱面積的水垢，一臺機器帶6個轉(zhuǎn)換器，即一臺KSD機器能除300 m2換熱面積的水垢。

2、設(shè)備數(shù)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(shù)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(chǔ)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(zhuǎn)換器：

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

四、預(yù)測效果

1、一般條件下：

⑴如安裝防除垢裝置前未經(jīng)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(xiàn)動態(tài)無垢化運行。

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

2、實現(xiàn)了在線防垢和除垢同步進行，不再需要停產(chǎn)進行化學(xué)清洗和用其它方法除垢。

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。

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)備運行的安全性，延長了設(shè)備的使用壽命。

5、使用期間不需任何維護工作。

五、綜合經(jīng)濟效益分析

1、端差對效益的影響

現(xiàn)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(nèi)，運行一段時間后，凝汽器端差就升高到9℃左右，嚴(yán)重影響機組經(jīng)濟運行。

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以及供暖水中的鐵銹析出附在凝結(jié)器銅管水側(cè)產(chǎn)生水垢，形成很大的熱阻，使傳過同樣熱量時傳熱端差增大，凝結(jié)器排汽溫度升高，真空下降。

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

根據(jù)公式tz ＝ t1＋ △t＋ δt，

式中：tz：凝汽器排汽溫度。℃

t1：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 ℃。對應(yīng)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(biāo)煤）。

經(jīng)計算，機組發(fā)電煤耗率增加8.31g／kW·h（標(biāo)煤），年多耗標(biāo)準(zhǔn)煤1795噸，標(biāo)煤按800元/T計算，折合人民幣約144萬元，對電廠的經(jīng)營影響很大。按此計算，若KSD防除垢設(shè)備運行10年，可為電廠節(jié)約1440萬元的生產(chǎn)經(jīng)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(shè)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(jù)《火電廠節(jié)能工程師培訓(xùn)教材》介紹的實驗數(shù)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(biāo)煤）。每臺機組可節(jié)省的熱量為13000*1.72%=223.6kj/kwh

1、節(jié)省熱量每年多發(fā)電創(chuàng)造的產(chǎn)值為：（13604-熱量轉(zhuǎn)化為電能的系數(shù)）

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(chuàng)效益135+20=155萬元

KSD防除垢設(shè)備每臺投資76萬元，運行6個月節(jié)約的成本就可收回購置該設(shè)備的全部費用。KSD防除垢設(shè)備設(shè)計壽命在10年以上，本公司產(chǎn)品質(zhì)保2年終身免費維護，本產(chǎn)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(shè)備的應(yīng)用不僅有技術(shù)和經(jīng)濟上的意義，而且具有積極的社會意義，也是構(gòu)建節(jié)約型社會的一種有效技術(shù)手段。

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