超声波除垢技术在电厂凝汽器的应用

引言

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高繁重的人力，还有可能造成凝汽器铜管的表面受损，破坏生态环境。另外在几次的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。

1．超声波除垢原理和特性简介

本方法的实质就在于借助于专用的除水垢机器，使在凝汽器水室流动的循环水中产生超声波振动，在超声波振动下循环冷却水中产生了许多真空气泡。这些气泡的周围，如同许多的结晶中心，在水中开始形成硬盐，形成细小的沙状物。受热表面上的振动使金属与水之间产

生高速微流和空化效应，即超声波在形成气泡后突然破裂(闭合)的瞬间能产生超过1000 个大气压力， 这种连续不断产生的瞬间高压强烈冲击物件表面，破坏垢类生成和在管壁沉积的条件，阻碍了这些沙状物在管壁上的沉淀。使循环冷却水中尚未结晶的盐及已结晶后难溶解的盐形成悬浮的状态，不存留在设备的管壁表面，被冷却水流带走，通过排污排除，以达到防垢之目的。

2．现场应用分析

以某电厂135MW 机组配套的N-8000-1 型凝汽器为例进行分析：

2.1 相关数据采样见表一:  

                                 表一某凝汽器有关参数

2.2 结垢现状：钙镁离子，硬垢，结垢速度较快。

2.3 冷却水源：循环水，取自于京杭大运河。

2.4 水垢形成机理分析： 循环冷却水系统主要存在的污垢问题是水垢、腐蚀、菌藻及污垢所形成的复合垢，形成因素也是多方面的。一方面，循环冷却水是一个敞开式的循环系统，在系统正常运行时，由于受天气和环境的影响，空气中的灰尘、杂质、细菌和可溶性固体通过冷却塔进入系统中，久而久之，就会沉积在换热器的换热表面上，形成污泥。另一方面，在高温季节，循环冷却水水温一般在30~40℃之间，其温度和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。更为严重的是随着高温冷却水通过冷却塔不断的向大气中蒸发散热，塔池内的冷却水不断被浓缩， 水中的一些微溶或难溶碳酸盐类物质如CaCO3、MgCO3等结晶析出而附着于凝汽器铜管换热面上，形成质地较为坚硬的水垢。

3．除垢机器应用技术方案

3.1 USP 除垢机器数量选择

3.1.1 除垢能力计算：现以某USP-400 机器的相关参数为例分析，1 个换能器可以去除100-150 m2 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 个换能器可以去除100m2 换热面积的水垢，一台机器带2 个换能器，即一台USP-400 机器能除200 m2 换热面积的水垢。

3.1.2 设备数量选择： 该N-8000-凝汽器的总换热面积是8000m2，需要USP-400 机器的数量8000 m2÷200 m2/台=40 台。即一台凝汽器共需USP-400 型机器40 台。

3.2 机器安装

3.2.1 换能器的分布位置示意图见附图一：

              附图一USP 机器换能器安装位置示意图

3.2.2 主机：

共40 台主机， 每台主机分别安装在前、后换能器对应的位置附近。用户需将每台防垢装置的电源线AC220V±10%2A 接至主机。

3.3 预测效果

3．3．1 一般条件下：

⑴如安装防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化学清洗除垢，投入使用后即可达到动态无垢化运行。

3．3．2 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。

3．3．3 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。

3．3．4 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。

3．3．5 使用期间不需任何维护工作。

4．综合经济效益分析

4.1 端差对效益的影响

以135MW 机组为例，装配N－8000－1 型凝汽器，正常运行中凝汽器端差控制在6℃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－8000－1 型凝汽器热力计算说明书查得：其设计传热端差为4℃。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′＝-0.0085 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9700 吨，标煤按700 元/T 计算，折合人民币约679 万元，对电厂的经济效益影响很可观。

4.2 真空对效益的影响

根据《电厂凝汽器》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）。凝汽器真空每下降1kPa，汽轮机汽耗会增加1.5%～2.5%。以135MW 机组为例，真空每下降1kPa，煤耗增加3.4g/kWh。正常情况下，一般真空都会下降4kPa，煤耗增加13.6g/ kWh。根据等效焓降法计算真空度每提高1%， 标准煤耗下降3.4 g / kWh。若135MW 机组满负运行则可节约标准煤1.84t/h 以上， 标煤按700元/T 计算，则可节约人民币1285 元/h，若每年发电按5000 小时计算，每年可节约发电成本640 万元。N-8000-1 型凝汽器的节能效果可以参照上述内容计算，按照135MW 机组N－8000－1 型凝汽器节能的1/2计算，每年可节约发电成本320 万元。

5．结论

超声波除垢技术的应用不仅仅具有技术和经济上的意义，而且具有积极的社会意义，是构建节约型社会的一种有效技术手段。