汽輪機冷凝器水污垢問題與冷凝器自動膠球清洗裝置技術分析？

     汽輪機冷凝器水污垢問題與冷凝器自動膠球清洗裝置技術分析？通過定量計算論證了汽輪機冷凝器管內水垢問題對于保障發電機組運行效率的重要性，闡述了冷凝器自動膠球清洗裝置技術的水垢自動連續清洗及其冷卻強化的工作原理。人工污垢模擬清洗試驗表明足以滿足汽輪機冷凝器自動膠球清洗裝置能力要求，試驗實測的冷卻強化幅度在10%左右。舉例計算了125MW機組冷凝器采用冷凝器自動膠球清洗裝置清洗技術的經濟效益將高達每年數百萬元。

     冷卻水的污垢熱阻很大。即使只有零點幾毫米的水垢就會引起汽輪機運行真空度的顯著下降。30萬kW的機組冷凝器如果水垢0.5mm，可以使汽輪機真空度下降8%以上，相當于鍋爐效率降低10%。如果水垢厚度達到1mm，不僅使發電煤耗增長80g／kW·h，使機組每小時多耗煤24t，還將降低出力20%以上，機組每小時電能減產上萬元。全國火電機組的裝機容量達到1.61億kW以上，且每年新增裝機容量110萬kW以上。因此，研究電廠冷凝器水垢的自動清洗技術具有很大的經濟意義。

1汽輪機冷凝器的水垢問題

1.1無垢傳熱系數K0值的確定

     汽輪機冷凝器管內側的對流傳熱系數按Sieder和Tate關聯式[3]計算：ai=0.023(dp)0.8(以)0.4(1)直排冷卻水的進出口年平均溫度分別為18℃、30℃，銅管中25x1，流速u=1.8m／s。按(1)式算得冷卻水側的對流傳熱系數：aI=6704W／(m2·K)。管外蒸汽冷凝系數，按水平管束膜狀冷凝的Kern公式：a0=0.725(nmAt)1／4(2)無垢時的真空度為92.3%，對應的飽和蒸汽溫度為40.6℃、算得管壁的溫度為36.4℃。垂直方向的單排平均冷凝管數取n=25。計算的a0=7302W／(m2·K)。管外為潔凈的蒸汽，取管外垢阻Rso=0。根據以上計算結果及取值，經計算得：K0=3366W／(m2·K)設計計算方法得到的結果：K=1mxBCw0.5=0.94x1.01x0.85x2705x(1.8)0.5=2929W／(m2·K)采用本文的冷卻強化試驗結果計算得到的傳熱系數為：

K0=4ll7W／(m2·K)按照本文的冷卻強化試驗測值計算的結果遠高于上述兩種計算方法的結果，主要是因為單管試驗的管外測蒸汽冷凝液膜很薄，沒有考慮多排管冷凝的影響，且不考慮污垢影響。理論計算值高于工程設計值，因為工程設計考慮污垢影響，取傳熱面潔凈系數m=0.85，若不考慮其污垢影響反算的結果將是K0=3446W／m2·K。與理論計算結果非常接近，兩者只相差2.4%。在本文的以下分析中，為了使污垢對傳熱系數影響幅度討論的略偏保守，取理論計算值與設計計算值的平均值，即：K0=(3366+2929)x0.5=3l47.5W／(m2·K)1.2無冷凝器自動膠球清洗裝置時污垢對傳熱系數K值的影響凝汽器的水垢太復雜，各廠差別很大。均取污垢層的導熱系數為l.75W／(m·K)。對不同厚度的污垢分別計算的K值及其污垢的影響幅度見表l。上述分析結果非常有力地表明，汽輪機冷凝器對水垢非常敏感，

表1冷凝器不同厚度污垢對傳熱系數的影響幅度

原有污垢厚度6si／(mm) K值(W／(m2·℃))污垢影響下降幅度(%)

0.0 3l48 0.00

0.l 2668 l5.24

0.2 24l5 23.28

0.3 2044 35.07

0.4 l830 4l.87

0.5 l657 47.36

0.5mm厚的水垢就會使冷凝器的傳熱系數下降一半。因此，要維持發電機組穩定高效地運行，必須有自動的連續清洗技術作為保障。

2冷凝器自動膠球清洗裝置清洗技術研究

     在汽輪機凝汽器的冷凝管內安裝一條塑料螺旋冷凝器自動膠球清洗裝置(圖l)。隨管內一定流速的冷卻水的流動而自動旋轉，同時產生振動和擺動。塑料冷凝器自動膠球清洗裝置的兩側邊刃對管內壁的污垢層進行刮掃，并且還有碰撞擠壓的作用，達到自動清洗作用。這種連續清洗技術對原本無垢的傳熱面具有很好的防垢保潔作用。

圖l冷凝器自動膠球清洗裝置的污垢清洗

     為驗證這種自動清洗技術能否滿足汽輪機冷凝器水垢連續清洗的要求，為此用3根電廠冷凝器的銅管中20xlx2000進行螺旋冷凝器自動膠球清洗裝置清洗能力的模擬試驗對比研究。3根銅管內都用同一比例的水泥和碳酸鈣配制的人工污垢涂刷，厚度大約lmm，比實際的冷凝管內污垢堅硬許多。安裝好不同材質(lD、2E、3F)制造的塑料冷凝器自動膠球清洗裝置，開泵通水進行污垢清洗能力試驗。7d后拆卸解剖觀察清洗效果。試驗結果見表2。

表2人工模擬污垢清洗能力試驗結果

冷凝器自動膠球清洗裝置材質 銅管尺寸 人工模擬污垢配制 清洗條件 清洗效果

lD 水泥l6%和 管內流速 不干凈

2E 中20xl 碳酸鈣84% l.50m／s， 很干凈

3F 加乳膠調制 連續運轉7d 干凈

人工污垢清洗模擬試驗表明，冷凝器自動膠球清洗裝置的污垢清洗能力足以滿足汽輪機凝汽器污垢自動連續清洗的要求。

3冷凝器自動膠球清洗裝置的冷卻強化作用

     汽輪機冷凝器管內安裝的塑料螺旋冷凝器自動膠球清洗裝置，不僅有自動清洗作用，而且還有一定的冷卻強化作用，因為冷卻水改變了原先的流動狀態，不再是直線流動，而是作螺旋線流動，增長了冷卻水流動路程。冷凝器自動膠球清洗裝置的兩側對管內壁刮掃的結果，加強了邊界層流體的擾動，同時增強了邊界層流體與主流流體的混合，從而使對流傳熱過程得以強化。

     進行了銅管內安裝冷凝器自動膠球清洗裝置前后的傳熱系數對比試驗，試驗系統如圖2所示。用水泵抽出水池中的冷卻水，經過轉子流量計測出流量后，進入冷凝銅管帶動管內的螺旋冷凝器自動膠球清洗裝置旋轉；冷卻水的進出口溫度由精密溫度計測出；銅管外加熱蒸汽由40kW的蒸汽發生器供給。改變冷卻水的流速，測出冷凝銅管內安裝冷凝器自動膠球清洗裝置前后兩種工況下的傳熱系數。對比試驗的結果如圖3曲線所示。

     從對比試驗曲線可知，安裝冷凝器自動膠球清洗裝置后的冷卻強化幅度范圍為9%-l2%。2冷卻強化對比試驗系統示意圖圖3冷卻強化對比試驗結果

4冷凝器自動膠球清洗裝置技術經濟效益

     評價自動清洗技術對提高真空度的作用，必須以安裝清洗冷凝器自動膠球清洗裝置前后的凝汽器的負荷不變為前提條件。因此，可以按一般傳熱方程式Q=KS△tm=const，根據傳熱系數K值提高后，需要的傳熱溫差減少，計算出相應的蒸汽的冷凝溫度-冷凝壓力隨之降低幅度，得到真空度提高的幅度。計算評價中，設安裝冷凝器自動膠球清洗裝置自動清洗后(清凈無垢時，并且傳熱強化后)凝汽器真空度為93%，冷卻水的進出口年平均溫度為24℃。分別計算出污垢厚度不同的原冷凝器(又無傳熱強化)的真空度和相應的蒸汽冷凝溫度。

     在汽輪機進汽溫度不變的條件下，排汽溫度每降低l0℃，裝置效率可提高3.5%左右；凝汽器壓力每改變l%，中壓汽輪機功率將改變l%，高壓汽輪機將改變0.8%。通過對比安裝自動清洗冷凝器自動膠球清洗裝置前后真空度，得到真空度提高幅度和中壓汽輪機機組出力的增加幅度。計算結果匯集于表3。

表3不同厚度污垢冷凝器機組安裝冷凝器自動膠球清洗裝置后出力增大的幅度

冷凝器原有污垢厚度／mm 安裝冷凝器自動膠球清洗裝置使K值提高的幅度／% 冷凝溫度／℃ 真空度／% 機組出力增 大的幅度／%

0.0 ll.2 38.8 93.0 0.7

0.l 26.4 44.l 90.8 2.2

0.2 34.5 46.6 88.7 4.3

0.3 46.3 5l.5 84.8 8.2

0.4 53.0 55.5 83.8 9.2

0.5 58.5 59.7 80.3 l2.7

術無疑可以產生相當高的經濟效益。

     試以125MW的汽輪機機組冷凝器污垢問題為例進行分析。若采用冷凝器自動膠球清洗裝置技術前的污垢厚度分別為0.1、0.2、0.3、0.4、0.5mm，采用冷凝器自動膠球清洗裝置自動清洗技術后，按高壓汽輪機機組分別可以提高1.76%、3.4%、6.56%、7.36%、10.16%的出力。設機組的年運行時間為70h，每度電的效益為0.15元，則多發電的增產效益分別可以達到每年231、452、574、601、1028萬元。

汽輪機冷凝器管內的水垢會嚴重影響發電機組的運行效率。

     1)冷凝器自動膠球清洗裝置連續清洗技術，不僅能夠滿足汽輪機冷凝器的水垢清洗要求，而且還具有幅度一般在10%以上的冷卻強化功能。

     2)采用冷凝器自動膠球清洗裝置連續清洗技術可以使發電機組獲得相當高的經濟效益。