馬夢(mèng)晨

（中國計(jì)量大學(xué)量新學(xué)院,杭州 310018）

凝汽器超聲波除垢技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用分析

馬夢(mèng)晨

（中國計(jì)量大學(xué)量新學(xué)院,杭州 310018）

分析電廠汽輪機(jī)凝氣器上污垢的形成與危害，超聲波除垢技術(shù)的原理及其在凝汽器上的工業(yè)應(yīng)用，優(yōu)化凝汽器端差增加真空度，增強(qiáng)換熱效果提高電廠的經(jīng)濟(jì)效益。

凝汽器；超聲波除垢技術(shù)；換熱器；污垢；端差；經(jīng)濟(jì)性

0 引言

凝汽器是汽輪機(jī)組中的一個(gè)重要的換熱設(shè)備（換熱器） , 其作用是將汽輪機(jī)的排汽冷卻凝結(jié)成水, 形成高度真空 ,使進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽能膨脹到遠(yuǎn)低于大氣壓力而多作功。凝汽器真空降低會(huì)使蒸汽的有效焓降減小, 影響汽輪機(jī)組安全運(yùn)行, 而導(dǎo)致凝汽器真空惡化的最常見的原因是凝汽器銅管水側(cè)的結(jié)垢。凝汽器結(jié)垢危害很大, 嚴(yán)重影響熱力設(shè)備的換熱效率, 增加能耗，而且影響機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1 凝汽器結(jié)垢的危害

凝汽器中循環(huán)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(jié)晶析出附著于汽輪機(jī)凝汽器的銅管換熱面上形成的復(fù)合型硬質(zhì)水垢。

工業(yè)電廠中凝汽器結(jié)垢的危害主要有以下三方面：

增加能耗。因?yàn)樗傅膶?dǎo)熱系數(shù)小而且有一定的厚度，由導(dǎo)熱定律可知，其削弱了傳熱。水垢增大了熱阻，根據(jù)公式為傳熱量為熱阻，當(dāng)傳同樣多的熱量時(shí)會(huì)使Δt溫差增大，從而使端差增大，真空度會(huì)降低引起汽耗率增加。垢層還會(huì)使高溫蒸汽在凝汽機(jī)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(huì)致使能耗增加，降低凝汽器傳熱效率，造成能源浪費(fèi)。

增加成本，影響電廠的經(jīng)濟(jì)效益。為了除垢要增加設(shè)備 人力物力的投入，而且影響電廠的正常運(yùn)營以及除垢設(shè)備后期維護(hù)運(yùn)營等都會(huì)直接增加運(yùn)行成本，嚴(yán)重降低經(jīng)濟(jì)效益和運(yùn)行效益，對(duì)社會(huì)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(shè)備載荷，嚴(yán)重的甚至?xí)p害機(jī)組設(shè)備。

2 現(xiàn)有的凝汽器除垢技術(shù)方法

現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較多的傳統(tǒng)凝汽器除垢方法主要有：化學(xué)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(huì)耗費(fèi)大量的人力、財(cái)力，而且會(huì)影響機(jī)組運(yùn)行造成一定的經(jīng)濟(jì)損失；酸洗堿洗會(huì)產(chǎn)生污染液體，并且會(huì)對(duì)凝汽器造成損害腐蝕凝汽器；膠球清洗對(duì)硬質(zhì)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(huì)對(duì)設(shè)備造成一定的損害。所以以上四種方法都存在缺點(diǎn)，影響電廠運(yùn)行和電廠的經(jīng)濟(jì)效益。

相較之以上四種凝汽器除垢方法，新發(fā)展起來的超聲波除垢技術(shù)的弊端就少了很多，兼顧了經(jīng)濟(jì)性和除垢效果，且不會(huì)影響汽輪機(jī)組的正常運(yùn)行，所以超聲波除垢技術(shù)前景廣闊。

3 超聲波除垢裝置原理及其主要優(yōu)勢(shì)

現(xiàn)有超聲波 防除垢裝置 由三部分組成：大功率超聲波發(fā)生器 、換能器和信號(hào)傳輸線。由超聲波電源產(chǎn)生大功率超聲頻交流信號(hào)，該信號(hào)驅(qū)動(dòng)換能器產(chǎn)生高頻振動(dòng)，之后通過變幅桿放大振動(dòng)，使凝汽器的冷凝水中產(chǎn)生很多微小的空化氣泡，這些氣泡破裂時(shí)會(huì)連續(xù)產(chǎn)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(dá)到去除水垢的作用。因?yàn)槌暡ㄔ诓煌橘|(zhì)中傳播的速度不同，因此在壁面垢層中有傳播速度差，這會(huì)使垢層與壁面交界處中產(chǎn)生剪切力，正是因?yàn)檫@個(gè)剪切力的存在會(huì)使附著在凝汽器內(nèi)壁上的垢層被脫落。除此之外超聲波也會(huì)引起水垢的附著能力減弱，從而逐漸脫落，達(dá)到去除垢層的效果。此外，產(chǎn)生的超聲波還會(huì)引起水垢分子（比如難溶性碳酸鹽）的振動(dòng)和換熱銅管壁上銅原子振動(dòng)，使水垢分子不易結(jié)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(shù)與其他幾種凝汽器除垢技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)：

不管在凝汽器的銅管壁上是否結(jié)垢，超聲波除垢技術(shù)產(chǎn)生的超聲波都可以增強(qiáng)凝汽器的傳熱，提高換熱效率。因?yàn)楫a(chǎn)生的大量的微小空化氣泡在傳輸過程中會(huì)增強(qiáng)熱銅管壁面與冷卻水之間的熱對(duì)流，所以加強(qiáng)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(tǒng)清洗方式不具備的優(yōu)點(diǎn)。

超聲波除垢技術(shù)不會(huì)影響汽輪機(jī)組的正常運(yùn)行，因?yàn)槌暡òl(fā)生器安裝在凝汽器外即可，清洗凝汽器內(nèi)銅管上的垢層時(shí)凝汽器可以正常運(yùn)行，這就避免了停止機(jī)組清洗帶來的經(jīng)濟(jì)和時(shí)間上的不必要浪費(fèi)。節(jié)省清洗費(fèi)用，減少酸洗堿洗帶來的環(huán)境污染，環(huán)保性好。

圖1 原理示意圖

4 超聲波除垢技術(shù)工業(yè)應(yīng)用分析

4.1 凝汽器安裝超聲波除垢裝置后對(duì)發(fā)電機(jī)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(shù)據(jù)分析出：熱耗降低了6.7%，熱效率提高了2.1%，每小時(shí)發(fā)電煤耗降低1.3%，每個(gè)月（按30天）可節(jié)省大約362噸煤。

所以實(shí)際工業(yè)中電廠的凝汽器安裝超聲波除垢裝置后，不僅提高了機(jī)組的熱效率還節(jié)約燃料，提高了經(jīng)濟(jì)性。

4.2 凝汽器安裝超聲波除垢裝置后對(duì)端差和真空的影響分析

凝汽器真空對(duì)整個(gè)汽輪機(jī)組運(yùn)行有重要影響，與生產(chǎn)安全也息息相關(guān)，所以對(duì)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(gè)重要因素。

凝汽器端差計(jì)算公式為：

5 超聲波除垢效果的簡單評(píng)價(jià)方法

通過實(shí)驗(yàn)測得未應(yīng)用超聲波除垢技術(shù)前凝汽器銅管的總傳熱系數(shù),在測得應(yīng)用超聲波除垢裝置后的總傳熱傳熱系數(shù)，比較總傳熱系數(shù)提高了多少，從而可以算出一年節(jié)約的成本。再與其他除垢方式進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)超聲波除垢技術(shù)的優(yōu)勢(shì)明顯。

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

馬夢(mèng)晨（1996-）,男,山東招遠(yuǎn)人,本科,研究方向：能源與動(dòng)力工程。