寧永才 魏家麟 沈曉婧

（1.江蘇省設(shè)備成套有限公司，江蘇 南京210009；2.南京高和環(huán)境工程有限公司，江蘇 南京210009；3.南京中醫(yī)藥大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京210023）

0 引言

目前，我國(guó)火力發(fā)電機(jī)組發(fā)電量占全部發(fā)電量的70%左右，其中凝汽式發(fā)電機(jī)組占有絕對(duì)比例?；鹆Πl(fā)電廠發(fā)電系統(tǒng)是在鍋爐中通過(guò)燃燒燃料產(chǎn)生蒸汽，利用蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)作功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電的系統(tǒng)。根據(jù)我國(guó)大型火力發(fā)電廠各項(xiàng)熱損失的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看，汽輪機(jī)排氣熱損失一般在50%以上，鍋爐、發(fā)電機(jī)、管道等其他熱損失約為10%，系統(tǒng)熱效率僅不到40%，因此減少汽輪機(jī)排氣熱損失是提高電廠整個(gè)熱效率的最主要環(huán)節(jié)。汽輪機(jī)排汽幾乎全部在凝汽器中凝結(jié)成水，送入鍋爐得到循環(huán)利用。凝汽器的換熱性能好壞，直接決定了汽輪機(jī)發(fā)電效率高低，進(jìn)而影響到火力發(fā)電廠整個(gè)系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)性。

1 凝汽器污垢的影響

汽輪機(jī)組運(yùn)行時(shí)必須有大量的冷卻水通過(guò)凝汽器來(lái)冷卻汽輪機(jī)排汽，吸收大量的熱量，保證汽輪機(jī)的正常運(yùn)行?；鹆Πl(fā)電廠多采用井水、河水等天然水作為循環(huán)水，天然水中含有能溶解的鹽類、灰塵、泥砂、微生物等雜質(zhì)，循環(huán)冷卻水的水溫在15～35℃之間，適宜藻類和微生物繁殖。

液體在管道內(nèi)流動(dòng)分為層流邊界層、過(guò)渡流層、紊流區(qū)3個(gè)區(qū)域，并由于流體的黏性各區(qū)域流體具有不同的流動(dòng)速度。層流邊界層是貼附管壁的一個(gè)薄層，流速非常緩慢，水中的CaCO3等污垢最易在此滯留并最終在管內(nèi)壁上形成污垢；層流邊界層僅靠導(dǎo)熱進(jìn)行換熱，其熱阻非常大，即使很薄也會(huì)明顯影響傳熱效果。

凝汽器換熱管內(nèi)壁形成水垢后，污垢的導(dǎo)熱系數(shù)也很小，同時(shí)水垢附著在凝汽器換熱管會(huì)導(dǎo)致?lián)Q熱管堵塞，使凝汽器清潔率下降，減少了冷卻面積，降低了冷卻水的流量，增加了循環(huán)水泵的能耗，因而會(huì)大幅度地增加傳熱熱阻，造成傳熱系數(shù)降低。水垢和沉積物的附著，會(huì)造成換熱管表面不同部位發(fā)生局部腐蝕，嚴(yán)重時(shí)造成腐蝕穿孔，導(dǎo)致銅管及銅板泄露，危及發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行。

換熱效果下降，同時(shí)也會(huì)降低排氣的真空，導(dǎo)致能耗上升，限制機(jī)組出力，影響汽輪機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性，嚴(yán)重時(shí)要降低發(fā)電負(fù)荷或停機(jī)清洗。以200MW汽輪發(fā)電機(jī)組凝汽器為例，根據(jù)一般運(yùn)行試驗(yàn)資料表明，凝汽器真空每下降1kPa，汽輪機(jī)汽耗會(huì)增加1.5%～2.5%。

2 自動(dòng)除垢強(qiáng)化換熱裝置介紹

2.1 裝置原理

無(wú)須對(duì)凝汽器本體作任何改動(dòng)，只需在凝汽器換熱管內(nèi)安裝自動(dòng)除垢強(qiáng)化換熱裝置（圖1），凝汽器投入運(yùn)行后，裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)部分——螺旋紐帶在冷卻水流動(dòng)能帶動(dòng)下，產(chǎn)生自動(dòng)高速旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)動(dòng)的側(cè)刃帶動(dòng)水流對(duì)換熱管壁以周向的剪切力刮掃，使粘泥和成垢物質(zhì)不能附著在管壁，對(duì)管壁有很好的防垢保潔作用，使得管壁光亮如新。

圖1 強(qiáng)化換熱裝置圖

循環(huán)水可以在較高的濃縮倍率下工作，有利于減少冷卻水流量和除垢藥水的使用量，進(jìn)一步節(jié)約除垢成本。管內(nèi)的流線呈螺旋狀，這種速度分布將會(huì)有效地破壞原來(lái)無(wú)紐帶時(shí)所存在的速度邊界層和溫度邊界層，有效地增強(qiáng)流體與管壁的換熱效果，使管內(nèi)流體得到更為充分的混合。裝置工作原理如圖2所示。

圖2 裝置工作原理示意圖

2.2 裝置特點(diǎn)

強(qiáng)化凝汽器換熱管水側(cè)換熱效果（提高真空，降低端差）。減少發(fā)電汽耗0.1kg／kW·h及以上或同樣蒸汽流量下增加發(fā)電量2%～8%，減少補(bǔ)充水量30%以上，減少加藥量30%以上。保持凝汽器換熱管內(nèi)長(zhǎng)期干凈無(wú)垢，無(wú)需清洗，節(jié)約了清洗費(fèi)用。減緩垢下腐蝕，延長(zhǎng)凝汽器換熱管使用壽命。

采用高分子聚合材料制成，耐溫0℃≤T≤100℃，自潤(rùn)滑，耐酸堿腐蝕、耐磨、抗老化，其密度與水的密度相近，能較好地浮動(dòng)在管的中心部位，在運(yùn)行時(shí)可避免與金屬的硬摩擦，使管內(nèi)除垢均勻化，同時(shí)還保護(hù)了金屬表面的氧化膜，較好地延長(zhǎng)了換熱管的使用壽命。

2.3 和膠球清洗裝置的比較

目前，常規(guī)燃煤電廠解決凝汽器結(jié)垢的方法一般是安裝膠球清洗裝置，膠球清洗裝置的運(yùn)行是人為控制定期進(jìn)行的，其凝汽器在停機(jī)時(shí)一般還需要進(jìn)行各種維修。由于凝汽器本體結(jié)構(gòu)的先天性（如局部渦流、流速不均、換熱管管徑不一等），往往造成收球率不高，清洗的效果也差強(qiáng)人意。膠球?qū)τ补傅那逑锤切Ч话?，反而容易使膠球卡塞在換熱管里，造成換熱損失。更重要的是，膠球清洗裝置沒(méi)有在線強(qiáng)化換熱的能力，不能大幅度提高凝汽器的換熱效果，充其量只能使凝汽器的換熱效果達(dá)到換熱管為光管時(shí)的狀態(tài)。

自動(dòng)除垢強(qiáng)化換熱裝置是在凝汽器每根換熱管里安裝，在線連續(xù)清洗和強(qiáng)化換熱，保證了換熱管始終干凈無(wú)垢，大大增強(qiáng)了換熱管內(nèi)壁對(duì)流換熱能力，使凝汽器整體換熱效果增強(qiáng)，遠(yuǎn)高于換熱管為光管時(shí)狀態(tài)，即設(shè)計(jì)狀態(tài)。

自動(dòng)除垢強(qiáng)化換熱裝置還免除了膠球清洗裝置人工操作的隨意性和能耗，減少加藥量，減輕換熱管垢下腐蝕，避免了停機(jī)人工清洗，持續(xù)經(jīng)濟(jì)效益巨大，是膠球清洗裝置的最好替代品。

3 經(jīng)濟(jì)效益分析

某50MW抽凝機(jī)組年運(yùn)行7 000h，上網(wǎng)電價(jià)0.3元／kW·h，標(biāo)煤價(jià)格為500元／t，高壓蒸汽價(jià)格為100元／t，改造前發(fā)電汽耗為4.6kg／kW·h，煤耗降低了8g／kW·h，改造后發(fā)電汽耗為4.4kg／kW·h，同等蒸汽流量下改造后機(jī)組發(fā)電量增加3%。

以同等蒸汽流量下的發(fā)電增量來(lái)計(jì)算改造經(jīng)濟(jì)效益：50 000×3%×7 000×0.3＝315萬(wàn)元／年；以改造前后減少發(fā)電汽耗計(jì)算改造經(jīng)濟(jì)效益：50 000×（4.6－4.4）×7 000×100／1 000＝700萬(wàn)元／年。

上面2種計(jì)算方法得出的經(jīng)濟(jì)效益不一致，是因?yàn)檎羝碗姷母郊又挡灰恢拢磸恼羝D(zhuǎn)化為電能的過(guò)程中能量損失和折舊不斷加大，僅蒸汽轉(zhuǎn)化為電就要損失60%～70%的能源，還沒(méi)有計(jì)算人工、介質(zhì)、折舊等項(xiàng)。一般采用第1種計(jì)算方法計(jì)算改造經(jīng)濟(jì)效益比較公允。此外系統(tǒng)加藥量降低30%以上，補(bǔ)充水量減少一半，人工清洗費(fèi)用也得以大幅降低。

投資回收期與凝汽器改造前具體運(yùn)行狀況密切相關(guān)，改造前凝汽器運(yùn)行狀況越差的，則改造后的運(yùn)行效果會(huì)越好，投資回收期也越短。一般在安裝本裝置后2～8月內(nèi)收回投資。

4 結(jié)語(yǔ)

作為火力發(fā)電廠凝汽器防垢除垢新技術(shù)，自動(dòng)除垢強(qiáng)化換熱裝置可以大大降低凝汽器內(nèi)管道的結(jié)垢速度，提高循環(huán)冷卻水的濃縮倍率，有效減少排污量、用水量和化學(xué)藥劑用量，提高汽輪發(fā)電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，是一種優(yōu)于傳統(tǒng)膠球裝置、高壓沖洗和其他傳統(tǒng)方法的新的除垢裝置，值得推廣應(yīng)用。

對(duì)于工程上的實(shí)際應(yīng)用，不同電廠所采用的循環(huán)泵的特性不同，凝汽器管道的材質(zhì)和長(zhǎng)度也不同，且要考慮火力發(fā)電廠多采用井水、河水作為循環(huán)冷卻水，水中可能含有大量被泵一起輸送的固體雜質(zhì)，則需要在實(shí)際的選型、安裝、運(yùn)行和維護(hù)過(guò)程中分別考慮，以發(fā)揮最大的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益。

［1］岑可法.循環(huán)流化床鍋爐理論設(shè)計(jì)與運(yùn)行［M］.北京：中國(guó)電力出版社，1998

［2］王彩青.火力發(fā)電廠凝汽器銅管的腐蝕與保護(hù)［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2004（30）