超声波防垢除垢技术在电厂凝汽器的应用

郭常明

摘要：超声波技术以其除垢、防垢、防腐、提高换热效率、杀菌灭藻、环保节能等杰出的性能在电厂凝汽器清洗方面得到应用并将得到大面积推广。

关键词：超声波；防除垢

目前大部分发电厂的凝汽器清洗一般采用化学清洗（酸性）、胶球清洗或者停机后机械清洗的方法。采用上述方法不但会浪费人力、物力，还可能造成凝汽器铜管的表面受损，而且破坏生态环境。另外在清洗之后水垢还会重新产生，反复造成电厂燃煤的损失，增加生产经营成本。

一、KSD超声波防除垢原理和特性简介

KSD超音频脉冲防垢、除垢设备的防垢除垢机理是纯物理特性。超音频脉冲电信号功率放大后经磁致转换器产生加速度是重力加速度3000倍的超音频脉冲机械振动，由于转换器安装在凝汽器外壳上并正对管板，振动就由管板传给管束上，造成水中垢质不易附着在管壁上，起到防垢作用。另外当超声波由结垢的热交换管金属外表面向里传播时，即会引起板结在金属换热界面上的垢质跟随金属同步振动，但由于垢质性态和弹性阻抗和金属不同，垢质与金属之间会在相邻界面上形成剪切作用，导致板结在金属管上的垢质疲劳、裂纹、疏松、破碎而脱落，起到除垢作用。同时，受到超声波激振的液体介质，能将其中的溶解氧包围封锁，这就切断了微生物进行生命活动所需的氧气，从而达到了杀菌灭藻的目的。

二、现场应用分析

以某热电厂2台25MW机组配套的N-2000-2型凝汽器为例进行分析：

1、相关数据采样:

2、结垢现状：铁离子、钙镁离子，硬垢，结垢速度较快。垢质成分分析结果如下：

3、冷却水源： 4月--10月取自凉水塔（补水为深井水）；11月--次年3月为供暖回水。

4、成垢的原因分析：循环冷却水系统主要因为当地水质硬度非常大，又风沙大，运行不久塔内就会沉积大量的灰尘和泥垢。另外，由于积水池有限，塔内沉积的泥土、杂质等来不及沉淀就回到循环水中，这些泥垢在凝汽器铜管内壁附着，致使铜管结垢。冬春季利用循环水供热，供暖回水水温一般在 40~50℃之间，热用户暖器中的铁锈以及难溶盐类物质如CaCO3、MgCO3 等由于水温高而结晶析出附着于凝汽器铜管换热面上，形成质地较为坚硬的水垢。另一方面，循环冷却水水温和 PH 值都适合大多数微生物的繁殖生长，并且随着循环冷却水的不断循环蒸发，水中的营养源也随之增加，更促使微生物大量繁殖。微生物与污泥掺混在一起，形成生物粘泥，并最终形成生物垢。

三、防除垢设备应用技术方案

1、KSD防除垢设备数量选择

1、防垢、除垢能力计算：现以KSD 设备的相关参数为例分析，1个转换器可以去除50 -80m2换热面积的水垢，鉴于该凝汽器铜管的结垢为硬垢，所以取下限，取1个转换器可以去除50m2换热面积的水垢，一台机器带6个转换器，即一台KSD机器能除300 m2换热面积的水垢。

2、设备数量选择： 该N-200-2凝汽器的总换热面积是2000 m2，需要KSD主机的数量2000 m2÷300 m2/台≈6台。即一台凝汽器共需KSD型主机6台。

2、机器安装

（1）主机：

N-2000-2凝汽器共配备6台主机，每台主机分别安装在凝汽器基础附近。用户需将每台防除垢装置的电源线AC220V±10%接至主机。

（2）转换器：

每台凝汽器安装6台KSD防除垢主机箱，共配置36只转换器。其中：前管板处18只；后管板处18只。转换器位置均布凝汽器管板整个弧段。转换器焊在凝汽器的壳体并正对管板位置上，这样转换器直接和凝汽器壳体紧密连接，以减少能量的损失。

四、预测效果

1、一般条件下：

⑴如安装防除垢装置前未经过任何防、除垢处理，投入使用后，垢层不再增加，原有垢层逐渐脱落，直至实现动态无垢化运行。

⑵如安装防除垢装置前先进行彻底的化学清洗除垢，投入使用后即可达到动态无垢化运行。

2、实现了在线防垢和除垢同步进行，不再需要停产进行化学清洗和用其它方法除垢。

3、由于传热表面产生的高速微涡，破坏了介质的隔热层，提高了传热效率，保持系统畅通，降低循环水泵电耗。

4、减少了由于结垢而造成的垢下腐蚀及氧化锈蚀，保证了设备运行的安全性，延长了设备的使用寿命。

5、使用期间不需任何维护工作。

五、综合经济效益分析

1、端差对效益的影响

现以某热电厂25MW机组为例，装配N－2000－2型凝汽器，正常运行中凝汽器端差控制在5℃以内，运行一段时间后，凝汽器端差就升高到9℃左右，严重影响机组经济运行。

造成端差大的主要原因是循环水中的污泥、微生物和溶于水中的碳酸盐以及供暖水中的铁锈析出附在凝结器铜管水侧产生水垢，形成很大的热阻，使传过同样热量时传热端差增大，凝结器排汽温度升高，真空下降。

根据N－2000－2型凝汽器热力计算说明书查得：其设计传热端差为5℃。经测试机组的平均传热端差为9 ℃左右，较设计值大5 ℃。

根据公式tz ＝ t1＋ △t＋ δt，

式中：tz：凝汽器排汽温度。℃

t1：循环水入口温度，取20 ℃，

△t：循环水在凝汽器中的温升，取13 ℃，

Δt：凝汽器端差，取9℃，

则： tz＝42.14 ℃。对应的排汽压力，Pk′＝-0.085 MPa。

由于端差增大5 ℃，使汽轮机热耗率增加1.69％，供电煤耗增加8.31g／kW·h（标煤）。

经计算，机组发电煤耗率增加8.31g／kW·h（标煤），年多耗标准煤1795吨，标煤按800元/T计算，折合人民币约144万元，对电厂的经营影响很大。按此计算，若KSD防除垢设备运行10年，可为电厂节约1440万元的生产经营费用。

2、真空对效益的影响

以某热电厂为例，机组为2台25MW机组，1号机组安装了KSD除防垢设备，2号没有安装，运行中两台机组真空相差较大，今年2月一般相差最低4%最高10%，1号机组真空在94KPa，2号机组真空不到90KPa。热耗一般在13000kj/kwh。保守估算真空相差2%计算，根据《火电厂节能工程师培训教材》介绍的实验数值：真空每降低1％，影响汽轮机热耗率增加0．86％，真空降低2％，影响热耗率增加1．72％，影响供电煤耗增加6．97 g／kW·h（标煤）。每台机组可节省的热量为13000*1.72%=223.6kj/kwh

1、节省热量每年多发电创造的产值为：（13604-热量转化为电能的系数）

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

44272800000kj/13064kj/kwh*0.4=135.5566442万元

2、每年清洗铜管两次，每次费用10万元，共20万元。

每年多创效益135+20=155万元

KSD防除垢设备每台投资76万元，运行6个月节约的成本就可收回购置该设备的全部费用。KSD防除垢设备设计寿命在10年以上，本公司产品质保2年终身免费维护，本产品不遇外界损坏，故障率极低，电耗低，每台主机的功率只有240w，该设备的应用不仅有技术和经济上的意义，而且具有积极的社会意义，也是构建节约型社会的一种有效技术手段。

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