凝汽器超声波除垢技术的工业应用分析

马梦晨

（中国计量大学量新学院,杭州 310018）

凝汽器超声波除垢技术的工业应用分析

马梦晨

（中国计量大学量新学院,杭州 310018）

分析电厂汽轮机凝气器上污垢的形成与危害，超声波除垢技术的原理及其在凝汽器上的工业应用，优化凝汽器端差增加真空度，增强换热效果提高电厂的经济效益。

凝汽器；超声波除垢技术；换热器；污垢；端差；经济性

0 引言

凝汽器是汽轮机组中的一个重要的换热设备（换热器） , 其作用是将汽轮机的排汽冷却凝结成水, 形成高度真空 ,使进入汽轮机的蒸汽能膨胀到远低于大气压力而多作功。凝汽器真空降低会使蒸汽的有效焓降减小, 影响汽轮机组安全运行, 而导致凝汽器真空恶化的最常见的原因是凝汽器铜管水侧的结垢。凝汽器结垢危害很大, 严重影响热力设备的换热效率, 增加能耗，而且影响机组的安全经济运行。

1 凝汽器结垢的危害

凝汽器中循环冷却水存在的污垢只要是由污泥以及难容性碳酸盐如碳酸钙等结晶析出附着于汽轮机凝汽器的铜管换热面上形成的复合型硬质水垢。

工业电厂中凝汽器结垢的危害主要有以下三方面：

增加能耗。因为水垢的导热系数小而且有一定的厚度，由导热定律可知，其削弱了传热。水垢增大了热阻，根据公式为传热量为热阻，当传同样多的热量时会使Δt温差增大，从而使端差增大，真空度会降低引起汽耗率增加。垢层还会使高温蒸汽在凝汽机中冷却效果变差，排气的温度升高，也使真空度下降从而增加了热耗率和汽耗率。而且垢层存在减少了凝汽器中冷却水与冷凝器有效的换热面积，以上这些都会致使能耗增加，降低凝汽器传热效率，造成能源浪费。

增加成本，影响电厂的经济效益。为了除垢要增加设备 人力物力的投入，而且影响电厂的正常运营以及除垢设备后期维护运营等都会直接增加运行成本，严重降低经济效益和运行效益，对社会民生都有一定影响。

降低凝汽器的使用寿命并且存在安全隐患。真空度降低，必须增加蒸汽流量来保障输出不变，因此增加了设备载荷，严重的甚至会损害机组设备。

2 现有的凝汽器除垢技术方法

现在工业生产中应用较多的传统凝汽器除垢方法主要有：化学清洗方式（酸洗和碱洗）、人工清洗、胶球清洗、高压水射流清洗。这些方法都存在一定的弊端，人工清洗会耗费大量的人力、财力，而且会影响机组运行造成一定的经济损失；酸洗碱洗会产生污染液体，并且会对凝汽器造成损害腐蚀凝汽器；胶球清洗对硬质水垢效果不佳，并且回收率低成本较高；高压水射流清洗则会对设备造成一定的损害。所以以上四种方法都存在缺点，影响电厂运行和电厂的经济效益。

相较之以上四种凝汽器除垢方法，新发展起来的超声波除垢技术的弊端就少了很多，兼顾了经济性和除垢效果，且不会影响汽轮机组的正常运行，所以超声波除垢技术前景广阔。

3 超声波除垢装置原理及其主要优势

现有超声波 防除垢装置 由三部分组成：大功率超声波发生器 、换能器和信号传输线。由超声波电源产生大功率超声频交流信号，该信号驱动换能器产生高频振动，之后通过变幅杆放大振动，使凝汽器的冷凝水中产生很多微小的空化气泡，这些气泡破裂时会连续产生高温高压冲击壁面上的水垢，阻碍污垢生成并且使污垢软化脱落最终达到去除水垢的作用。因为超声波在不同介质中传播的速度不同，因此在壁面垢层中有传播速度差，这会使垢层与壁面交界处中产生剪切力，正是因为这个剪切力的存在会使附着在凝汽器内壁上的垢层被脱落。除此之外超声波也会引起水垢的附着能力减弱，从而逐渐脱落，达到去除垢层的效果。此外，产生的超声波还会引起水垢分子（比如难溶性碳酸盐）的振动和换热铜管壁上铜原子振动，使水垢分子不易结合并且使其从凝汽器的换热铜管壁上脱落，也起到一定的除垢效果。

下面分析超声波除垢技术与其他几种凝汽器除垢技术相比的优点：

不管在凝汽器的铜管壁上是否结垢，超声波除垢技术产生的超声波都可以增强凝汽器的传热，提高换热效率。因为产生的大量的微小空化气泡在传输过程中会增强热铜管壁面与冷却水之间的热对流，所以加强了凝汽器铜管的传热。

超声波引起的震荡波不仅可以除垢还可以防垢，这是其他传统清洗方式不具备的优点。

超声波除垢技术不会影响汽轮机组的正常运行，因为超声波发生器安装在凝汽器外即可，清洗凝汽器内铜管上的垢层时凝汽器可以正常运行，这就避免了停止机组清洗带来的经济和时间上的不必要浪费。节省清洗费用，减少酸洗碱洗带来的环境污染，环保性好。

图1 原理示意图

4 超声波除垢技术工业应用分析

4.1 凝汽器安装超声波除垢装置后对发电机组效率影响的分析

以北方某电厂为例，凝汽器在安装超声波除垢装置前：热耗量为26772850，

通过以上数据分析出：热耗降低了6.7%，热效率提高了2.1%，每小时发电煤耗降低1.3%，每个月（按30天）可节省大约362吨煤。

所以实际工业中电厂的凝汽器安装超声波除垢装置后，不仅提高了机组的热效率还节约燃料，提高了经济性。

4.2 凝汽器安装超声波除垢装置后对端差和真空的影响分析

凝汽器真空对整个汽轮机组运行有重要影响，与生产安全也息息相关，所以对于凝汽器真空的研究和分析是不可或缺的。然而端差是影响真空的一个重要因素。

凝汽器端差计算公式为：

5 超声波除垢效果的简单评价方法

通过实验测得未应用超声波除垢技术前凝汽器铜管的总传热系数,在测得应用超声波除垢装置后的总传热传热系数，比较总传热系数提高了多少，从而可以算出一年节约的成本。再与其他除垢方式进行对比，发现超声波除垢技术的优势明显。

[1]徐志明,张艾萍,张仲彬,黄健.凝汽器超声波防除垢效果在线评价方法研究[J].

[2]李涛.凝汽器超声波防除垢及强化换热的技术研究[J].

[3]姜延朔,李一明.超声波防除垢技术的工业应用[J].

[4]张浩,王建建,于宗,张新磊.凝汽器真空低的影响因素及改善Impact factors and improvements of low condenser vacuum[J].

[5]李勇,曹丽华,张欣刚.汽轮机凝汽器真空应达值的确定方法及其应用[J].

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

马梦晨（1996-）,男,山东招远人,本科,研究方向：能源与动力工程。