凝汽器超聲波除垢技術的工業應用分析

馬夢晨

（中國計量大學量新學院,杭州 310018）

凝汽器超聲波除垢技術的工業應用分析

馬夢晨

（中國計量大學量新學院,杭州 310018）

分析電廠汽輪機凝氣器上污垢的形成與危害，超聲波除垢技術的原理及其在凝汽器上的工業應用，優化凝汽器端差增加真空度，增強換熱效果提高電廠的經濟效益。

凝汽器；超聲波除垢技術；換熱器；污垢；端差；經濟性

0 引言

凝汽器是汽輪機組中的一個重要的換熱設備（換熱器） , 其作用是將汽輪機的排汽冷卻凝結成水, 形成高度真空 ,使進入汽輪機的蒸汽能膨脹到遠低于大氣壓力而多作功。凝汽器真空降低會使蒸汽的有效焓降減小, 影響汽輪機組安全運行, 而導致凝汽器真空惡化的最常見的原因是凝汽器銅管水側的結垢。凝汽器結垢危害很大, 嚴重影響熱力設備的換熱效率, 增加能耗，而且影響機組的安全經濟運行。

1 凝汽器結垢的危害

凝汽器中循環冷卻水存在的污垢只要是由污泥以及難容性碳酸鹽如碳酸鈣等結晶析出附著于汽輪機凝汽器的銅管換熱面上形成的復合型硬質水垢。

工業電廠中凝汽器結垢的危害主要有以下三方面：

增加能耗。因為水垢的導熱系數小而且有一定的厚度，由導熱定律可知，其削弱了傳熱。水垢增大了熱阻，根據公式為傳熱量為熱阻，當傳同樣多的熱量時會使Δt溫差增大，從而使端差增大，真空度會降低引起汽耗率增加。垢層還會使高溫蒸汽在凝汽機中冷卻效果變差，排氣的溫度升高，也使真空度下降從而增加了熱耗率和汽耗率。而且垢層存在減少了凝汽器中冷卻水與冷凝器有效的換熱面積，以上這些都會致使能耗增加，降低凝汽器傳熱效率，造成能源浪費。

增加成本，影響電廠的經濟效益。為了除垢要增加設備 人力物力的投入，而且影響電廠的正常運營以及除垢設備后期維護運營等都會直接增加運行成本，嚴重降低經濟效益和運行效益，對社會民生都有一定影響。

降低凝汽器的使用壽命并且存在安全隱患。真空度降低，必須增加蒸汽流量來保障輸出不變，因此增加了設備載荷，嚴重的甚至會損害機組設備。

2 現有的凝汽器除垢技術方法

現在工業生產中應用較多的傳統凝汽器除垢方法主要有：化學清洗方式（酸洗和堿洗）、人工清洗、膠球清洗、高壓水射流清洗。這些方法都存在一定的弊端，人工清洗會耗費大量的人力、財力，而且會影響機組運行造成一定的經濟損失；酸洗堿洗會產生污染液體，并且會對凝汽器造成損害腐蝕凝汽器；膠球清洗對硬質水垢效果不佳，并且回收率低成本較高；高壓水射流清洗則會對設備造成一定的損害。所以以上四種方法都存在缺點，影響電廠運行和電廠的經濟效益。

相較之以上四種凝汽器除垢方法，新發展起來的超聲波除垢技術的弊端就少了很多，兼顧了經濟性和除垢效果，且不會影響汽輪機組的正常運行，所以超聲波除垢技術前景廣闊。

3 超聲波除垢裝置原理及其主要優勢

現有超聲波 防除垢裝置 由三部分組成：大功率超聲波發生器 、換能器和信號傳輸線。由超聲波電源產生大功率超聲頻交流信號，該信號驅動換能器產生高頻振動，之后通過變幅桿放大振動，使凝汽器的冷凝水中產生很多微小的空化氣泡，這些氣泡破裂時會連續產生高溫高壓沖擊壁面上的水垢，阻礙污垢生成并且使污垢軟化脫落最終達到去除水垢的作用。因為超聲波在不同介質中傳播的速度不同，因此在壁面垢層中有傳播速度差，這會使垢層與壁面交界處中產生剪切力，正是因為這個剪切力的存在會使附著在凝汽器內壁上的垢層被脫落。除此之外超聲波也會引起水垢的附著能力減弱，從而逐漸脫落，達到去除垢層的效果。此外，產生的超聲波還會引起水垢分子（比如難溶性碳酸鹽）的振動和換熱銅管壁上銅原子振動，使水垢分子不易結合并且使其從凝汽器的換熱銅管壁上脫落，也起到一定的除垢效果。

下面分析超聲波除垢技術與其他幾種凝汽器除垢技術相比的優點：

不管在凝汽器的銅管壁上是否結垢，超聲波除垢技術產生的超聲波都可以增強凝汽器的傳熱，提高換熱效率。因為產生的大量的微小空化氣泡在傳輸過程中會增強熱銅管壁面與冷卻水之間的熱對流，所以加強了凝汽器銅管的傳熱。

超聲波引起的震蕩波不僅可以除垢還可以防垢，這是其他傳統清洗方式不具備的優點。

超聲波除垢技術不會影響汽輪機組的正常運行，因為超聲波發生器安裝在凝汽器外即可，清洗凝汽器內銅管上的垢層時凝汽器可以正常運行，這就避免了停止機組清洗帶來的經濟和時間上的不必要浪費。節省清洗費用，減少酸洗堿洗帶來的環境污染，環保性好。

圖1 原理示意圖

4 超聲波除垢技術工業應用分析

4.1 凝汽器安裝超聲波除垢裝置后對發電機組效率影響的分析

以北方某電廠為例，凝汽器在安裝超聲波除垢裝置前：熱耗量為26772850，

通過以上數據分析出：熱耗降低了6.7%，熱效率提高了2.1%，每小時發電煤耗降低1.3%，每個月（按30天）可節省大約362噸煤。

所以實際工業中電廠的凝汽器安裝超聲波除垢裝置后，不僅提高了機組的熱效率還節約燃料，提高了經濟性。

4.2 凝汽器安裝超聲波除垢裝置后對端差和真空的影響分析

凝汽器真空對整個汽輪機組運行有重要影響，與生產安全也息息相關，所以對于凝汽器真空的研究和分析是不可或缺的。然而端差是影響真空的一個重要因素。

凝汽器端差計算公式為：

5 超聲波除垢效果的簡單評價方法

通過實驗測得未應用超聲波除垢技術前凝汽器銅管的總傳熱系數,在測得應用超聲波除垢裝置后的總傳熱傳熱系數，比較總傳熱系數提高了多少，從而可以算出一年節約的成本。再與其他除垢方式進行對比，發現超聲波除垢技術的優勢明顯。

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10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.01.041

馬夢晨（1996-）,男,山東招遠人,本科,研究方向：能源與動力工程。