毕业设计（论文）汽轮机凝汽器铜管结垢的原因分析与处理

1、汽轮机凝汽器铜管结垢的原因分析与处理汽轮机凝汽器铜管结垢的原因分析与处理摘 要能源工业是国民经济发展的基础工业，经济的持续发展与能源稳定高效供给是密不可分的，电力工业作为国民经济的先行产业，在能源工业中起着举足轻重的作用，而凝汽器又是电厂中的重要设备之一，它的正常运行将节约大量能源。本文针对火力发电机组凝汽器结垢的现状，通过分析总结结垢形态的形成机理及环境因素，提出了有效的防护方案，从理论和实验上研究了凝汽器铜管结垢的内在原因。研究发现，该凝汽器铜管的结垢主要是碳酸钙结垢，结垢的根本原因在于系统所用循环水质问题。选用除垢能力和抗结垢能力高的凝汽器冷却管胶球清洗系统可以提高系统的抗结垢能力，从而

2、在一定程度上解决结垢腐蚀问题。随着科学技术的不断发展,新的防垢除垢技术不断推出。本文从凝汽器结构及其作用出发，分析了凝汽器结垢的机理及凝汽器结垢对机组热经济性和安全性的影响，对应得出几种凝汽器的清洗方法。主要有，高压水射流清洗法、胶球清洗法、静电水处理法、高频电磁场水处理法、加酸法、二氧化碳法等。关键词： 凝汽器；结垢；防垢；机械清洗；化学清洗abstractenergy industry is the key to the development of national economy. sustained economic development has close relationshi

3、p with high-effect and stable energy supply. as the antecedent industry of national economy, power industry plays a very important role in energy industry. and steam condenser is one of the most important equipments of power station; it can save a large number energy without any troubles.the paper i

4、ntroduces the situation of fouling in the steam condenser, and according to analysis the reason that fouling form and other environmental factors, propose some effective solutions to prevent the fouling. in addition, the paper has studied some reasons inside of fouling forming of steam condenser fro

5、m theory and practice. i find that the main part of fouling is calcium carbonate rooting from water circulating in the system. if we choose the condenser cooling pipe rubber ball clean system which has strong effective to remove the fouling. it can improve the efficacy of anti-fouling of system. the

6、reby it solves the fouling corrosion. with the science and technology uninterrupted growth, the new antifouling technology develop. the main body of the paper implement structure and their effect sets off from to curdling , analytical curdle the vapor implement forms dirty mechanism and curdle impac

7、t of vapor implement fouling over hot economy of aircraft crew and security, corresponding reach several kinds curdling vapor implement washing method. such as high-handed water jet washes, glue ball washes, static electricity water treatment, high frequency electromagnetic field water treatment, ad

8、ds pedantic, carbon dioxide etc. keywords: steam condenser; fouling; antifouling; machined cleaning; chemical cleaning 目 录引 言.1第一章 凝汽器设备.21.1 凝汽设备的组成与作用 .21.1.1 凝汽设备的组成 .21.1.2 凝汽设备的作用 .31.2 凝汽器的运行 .41.2.1 凝汽器的汽阻 .41.2.2 凝汽器的水阻 .41.2.3 凝结水过冷 .4第二章 凝汽器铜管结垢原因分析.62.1 凝汽器水侧污垢的类型 .62.2 水垢 .62.2.1 水垢的组成及特

9、性 .62.2.2 水垢的形成过程 .72.2.2.1 碳酸钙垢、碳酸镁垢的形成过程 .72.3 粘泥垢 .82.3.1 粘泥附着机理 .92.3.2 淤泥堆积机理 .10第三章 凝汽器结垢危害.113.1 凝汽器冷却水管结垢的危害 .113.2 凝汽器结垢对凝汽器性能的影响 .123.2.1 凝汽器结垢对端差的影响 .123.2.2 凝汽器结垢对汽轮机功率的影响 .14第四章 凝汽器除垢.154.1 机械清洗 .154.1.1 高压水射流清洗 .154.1.1.1 高压水射流清洗技术简介及其发展趋势 .154.1.1.2 高压水射流冲击下垢体的破坏 .164.1.2 胶球连续清洗技术 .17

10、4.1.2.1 胶球清洗技术简介及其发展趋势 .174.1.2.2 胶球清洗技术的原理 .174.1.2.3 胶球清洗系统的主要问题 .184.1.2.4 胶球清洗系统的运行 .194.1.3 静电水处理法 .204.1.3.1 静电水处理法的简介 .204.1.3.2 静电水处理器的结构 .214.1.3.3 静电水处理法的机理 .224.1.4 高频电磁场水处理技术 .234.1.4.1 处理设备及物理原理 .234.1.4.2 高频电磁场防垢原理 .244.1.4.3 高频电磁场除垢原理 .254.2 化学清洗 .254.2.1 加酸法 .264.2.2 二氧化碳法 .26第五章 凝汽器

11、阻垢.285.1 换水处理 .285.2 净水滤网处理 .285.3 阻垢剂处理 .285.4 软化处理 .295.4.1 离子交换软化法 .295.4.2 石灰软化法 .305.5 超声波防垢器的防垢 .315.5.1 空化效应 .315.5.2 活化效应 .325.5.3 剪切效应 .325.5.4 抑制效应 .325.6 加酸处理 .32结论.34参考文献.35谢 辞.37内蒙古工业大学本科毕业论文1引 言凝汽器是汽轮发电机组的重要设备之一。它的设计、制造和运行质量的优劣，直接对机组运行的安全性、经济性产生很大影响。凝汽器的主要作用，一是在汽轮机排汽口建立并保持高度真空；二是回收汽轮机排

12、汽凝结的水作为锅炉给水，构成一个完整的循环。而凝汽器通过与循环冷却水进行热交换，使汽轮机的排汽凝结成水，从而降低汽轮机背压，使凝汽器保持较高的真空度。凝汽器冷却表面的污脏或结垢，是凝汽器运行中容易出现的问题，污垢的存在导致流体与换热壁面之间的传热热阻增加，管内对流传热系数下降，传热恶化，端差增大，所以应采取措施抑制污垢的生成和清除已生成的污垢。国内最常见的清洗方法是胶球在线清洗和人工停车清洗，随着科学技术的不断发展,新的防垢除垢技术不断推出。由于污垢的存在导致凝汽器端差增大，真空度降低，汽耗增大，机组经济性和安全性降低。每年都需对凝汽器进行清洗，清洗通常采用酸洗法和高压清洗法，不仅耗大量的人力

13、、物力，而且对铜管的磨损较大，降低了凝汽器铜管的使用寿命。为了减少铜管结垢的不良影响，在凝汽器的运行过程中，应严格控制操作条件，采取在线机械清洗等技术抑制污垢的生成；而对于那些无法避免的污垢在停机期间采取酸洗和高压清洗相结合的除垢方法，以最大限度地降低污垢对凝汽器设备性能的影响。2第一章 凝汽器设备1.1 凝汽设备的组成与作用1.1.1 凝汽设备的组成凝汽式汽轮机的凝汽设备通常由表面式凝汽器,抽气设备,凝结水泵,循环水泵以及这些部件之间的连接管道组成。如图 11。循环水泵循环冷却水凝汽器抽气器轴封加热器疏水补水热井凝结水泵疏水扩容器图 1-1 凝汽设备组成 排汽离开汽轮机后进入凝汽器，凝汽器内

14、流入由循环水泵提供的冷却工质，将汽轮机乏汽凝结为水。由于蒸汽凝结为水时，体积骤然缩小，从而在原来被蒸汽充满的凝汽器封闭空间中形成真空。为保持所形成的真空，抽气器则不断的将漏入凝汽器内的空气抽出，以防不凝结气体在凝汽器内积聚，使凝汽器内压力升高。集中3在凝汽器底部的凝结水，则通过凝结水泵送往除氧器方向作为锅炉给水。 凝汽器大都采用水作为冷却工质。按供水方式的不同，有一次冷却供水和二次冷却供水。供水来自江、河、湖、海等天然水源，排水仍排回其中的，称为一次冷却水，或开式供水。供水来自冷却水塔或冷却水池等人工水源，排水仍回到冷却水塔（水池）循环使用的，称为二次冷却供水，或闭式供水。在特别缺水的地区，则

15、可采用空气作为冷却介质1。本文主要介绍开式供水和闭式供水系统的结垢。表面式凝汽器在火电站和核电站中得到广泛的应用，图 12 为表面式凝汽器结构示意图。前水室前水室冷却水出口冷却水入口蒸汽入口冷却管后水室凝结水集水箱图 12 表面式凝汽器结构示意图凝汽器运行时，冷却水从前水室的下半部分进来，通过冷却水管（换热管）进入后水室，向上折转，再经上半部分冷却水管流向前水室，最后排出。低温蒸汽则由进汽口进来，经过冷却水管之间的缝隙往下流动，向管壁放热后凝结为水。1.1.2 凝汽设备的作用汽轮机装置中的凝汽设备是起了一种热力学中“冷源”的作用，降低冷源的温度就能提高循环的热效率。因此，凝汽设备的第一个作用是

16、：在汽轮机的排汽口建立并保持高度真空，使进入汽轮机的蒸汽能膨胀到尽可能低的压力，从而增大机组的理想比焓降，提高其热经济性。近代汽轮机的设计排气压力一般都在40.00290.0069mpa 的范围内2。凝汽设备的第二个作用是将排汽凝结而成的凝结水作为锅炉的给水，循环使用。锅炉给水不洁净将使锅炉结垢和腐蚀，使新汽夹带盐分，汽轮机通流部分结垢将会严重，影响电厂的安全经济运行。凝汽器洁净的凝结水正好可大量用作锅炉的给水。1.2 凝汽器的运行 凝汽器的运行好坏对汽轮机组运行的安全性和经济性是十分重要的。凝汽器压力升高 1kpa，会使汽轮机的汽耗率增加 1.5%2.5%。凝结水的含氧量也和过冷度有关，当过

17、冷度增大，则含氧量升高，将影响蒸汽的品质；同时，凝结水的过冷度增加 1%，机组煤耗率将增大 0.13%。循环水泵的耗电量是比较大的，一般占机组发电量的 1.2%2%，因此，凝汽器的经济运行对节省厂用电也是有意义的。对凝汽器运行的主要要求是保证达到最有利的真空，减小凝结水的过冷度和保证凝结水品质合格3。1.2.1 凝汽器的汽阻凝汽器的汽阻是指空气抽气口处的压力与凝汽器蒸汽入口处的压力差。由于汽阻的存在将使凝结水的过冷度和含氧量增大，还会使凝汽器蒸汽入口处压力升高，汽轮机运行经济性降低，因此应力求减小凝汽器的汽阻值。1.2.2 凝汽器的水阻冷却水在凝汽器内的循环通道中所受到的阻力称为水阻，凝汽器中

18、的水阻主要包括冷却水在冷却水管内的流动阻力，冷却水进入和离开冷却水管时产生的局部阻力，以及冷却水在水室中和进出水室时的阻力三部分。水阻的大小对循环水泵的选择、管道布置均有影响，水阻越大，循环水泵的功耗也越大，一般应通过技术经济比较来合理确定，大多数双流程凝汽器的水阻在50kpa 以下，单流程凝汽器的水阻一般不超过 40kpa25。1.2.3 凝结水过冷除了凝汽器的真空下降外，凝汽器的另一个严重的工作不正常现象是凝结水的过冷。凝结水的温度应该是凝汽器压力下的饱和温度，当凝结水的温度低于凝汽器5压力下的饱和温度时，即为凝结水过冷，所低的度数称为过冷度。由于凝结水过冷，表明蒸汽冷凝过程中，传给冷却水

19、的热量增大，冷却水带走了额外的热量，降低了汽轮机组的热经济性。此外，凝结水的含氧量也与凝结水的过冷度有关，凝结水含氧量过高往往是因为凝结水过冷而产生的结果。6第二章 凝汽器铜管结垢原因分析凝汽器是汽轮发电机组的重要辅机之一，其设计、制造、系统连接、运行环境、运行方式等是影响其工作性能的主要因素。而凝汽器工作性能的好坏将直接影响整个装置的经济性和安全性。凝汽器的换热过程是：汽轮机排汽在冷却水管（俗称铜管）表面上放出汽化潜热（称为汽侧放热），热量从铜管外壁传导到内壁，再由内壁对冷却水放热（水侧放热）。传热的强弱与汽侧和水侧的放热系数有关，也与铜管的导热系数有关，当铜管表面沉积有污垢时，将严重削弱凝

20、汽器的换热能力。在冷却水量不变的情况下，凝汽器真空将会缓慢下降，影响机组出力，降低机组热效率。在凝汽器的传热过程中，人们对凝汽器的汽侧放热和水侧的对流换热都作了很深入的研究，但对管壁上污垢层对换热影响的研究还不是很多，而一般污垢的导热系数都很小，即使污垢层厚度不大，也会导致传热系数降低。例如厚度仅为 0.2mm的钙盐沉积层，就会使纯净蒸汽凝结传热系数降低 20%25%4。所以，研究污垢热阻对传热的影响，找出清除污垢的最佳方法以及最佳时机就显得非常重要。如何使污垢的影响降到最低，从而提高电厂的效益，也就成为摆在我们面前的一项紧迫的任务。2.1 凝汽器水侧污垢的类型污垢的形成是一种极其复杂的热量、

21、动量和质量交换过程，而且污染现象遍及自然过程。各种工业过程和日常生活中，由于各个领域各个部门的污垢形态和影响不完全相同，因而术语很不统一，也没有确切的、公认的命名和分类方法。一般说来，凝汽器管侧（即管内壁）污垢可以粗略地分为两大类：水垢和粘泥垢5。2.2 水垢2.2.1 水垢的组成及特性汽轮机组凝汽器大多采用双流程抽气凝汽器，循环水从下部经过一次往返从凝汽器上部排出。这样，温度较低的循环水由下部流过铜管与蒸汽进行热交换，再流经凝汽器上部高温部分排出。由于上管簇布置较密及流程损失等原因，循环水流经7凝汽器上部管簇时水温逐渐升高，流速变缓，使凝汽器汽侧高温蒸汽不能被及时冷凝，导致凝汽器上部管簇温度

22、较高。而镁、钙离子溶解度随着温度升高而降低(析出)，导致凝汽器结垢，且上部结垢比下部严重得多。冷却水的水垢，一般都具有固定晶格和反常溶解度（即溶解度随温度升高而减小）的难溶或微溶盐类。如：碳酸钙、碳酸镁、磷酸钙或磷灰石、硫酸钙、氢氧化镁或硅酸镁、硅酸钙或二氧化硅、氧化铁等，其中碳酸钙和碳酸镁约占水垢总量的80%90%。它们主要沉积在温度较高的换热面上，冷却水系统的其它非换热面部位，则很少有水垢生长5。2.2.2 水垢的形成过程随空气及其他原因进人循环冷却水系统中的各种沙子，泥土等，作为碳酸钙结晶析出的晶核与碳酸钙一起沉积在传热表面上。凝汽器结垢以碳酸钙和碳酸镁为主要成分，碳酸镁容易水解生成碱式

23、碳酸镁，进而形成溶解度更低的氢氧化镁。在天然水中，钙的含量大于镁，所以碳酸盐垢的主要成分为碳酸钙，有少量的碳酸镁和氢氧化镁。2.2.2.1 碳酸钙垢、碳酸镁垢的形成过程在循环式冷却系统中，由于冷却水循环使用，不断蒸发和浓缩，使含盐量逐渐增加，浓缩倍率如经常超标，碱度不断上升, ph 不断上升，超过设计控制指标浓缩倍率和碱度,导致重碳酸盐不断分解，碳酸钙、碳酸镁的浓度超过饱和极限浓度而沉淀，化学反应方程式为： （2-1）3 2()ca hco322cacocoh o （2-2）3 2322()mg hcomgcocoh o 造成凝汽器铜管内结垢。补充水中含有重碳酸盐、硫酸盐、氯化物、硅酸盐，以及

24、钙离子、镁离子等，一方面在冷却器进行热交换过程中水因蒸发而产生损失，循环水中的盐类被浓缩；另一方面循环水中溶解的重碳酸盐如 ca(hco), mg(hco)不稳定，当循环水与热交换器表面接触时一部分重碳酸盐受热分解发生以下反应: （2-3）2hco2co +co+h o在碱性条件下:823 2332()22ca hcoohcacocoh o (2-4)部分二氧化碳被空气带走，碱性物质 co 增多，ph 值上升,若不对循环冷却水进行处理,当循环水浓缩超过饱和 ph 值时，碳酸钙处于过饱和状态而从水中结晶析出,沉积在传热表面形成水垢。循环冷却水系统中形成的水垢主要是碳酸钙()。3caco碳酸盐水垢

25、一般为白色片状物。当含有金属氧化物时，会带有颜色。如有铁锈时，呈粉红色或红褐色。它难溶于与冷水，也难溶于热水，但易溶于无机强酸，如盐酸、硝酸和高氯酸等6。2.3 粘泥垢以微生物(细菌、霉菌、藻类等微生物群)和共粘在一起的粘质物(多糖类、蛋白质等)为主体，混有泥砂，无机物等，形成软泥性的污物，称为粘泥。 粘泥可分为附着型粘泥和堆积型淤泥两种。一般地说，附着型粘泥，其灼烧减量超过 25%，含有大量的有机物(以微生物为主体)。堆积型淤泥，其灼烧减量在 25%以下，相对微生物含量比较低，泥砂等无机成分较多。当然，在灼烧减量中，还包括微生物以外的有机物量。因此要准确判别，还应测定蛋白质量(仅微生物含有)

26、7。粘泥附着型污垢和淤泥堆积型污垢的发生部位见表 2-1。表 2-1 粘泥垢发生部位表发生部位发生部位粘泥类型粘泥类型热交换器管内热交换器管内粘泥附着型粘泥附着型水池底部水池底部淤泥堆积型淤泥堆积型池壁池壁粘泥附着型粘泥附着型冷却塔冷却塔填料填料粘泥附着型粘泥附着型在决定粘泥的处理方法时，必须了解构成粘泥的微生物种类、性质和特点参见表 227。9表 22 粘泥性质特点表微生物种类微生物种类特点特点蓝藻类蓝藻类绿藻类绿藻类藻类藻类硅藻类硅藻类细胞内含有叶绿素，利光能进行碳酸同化作用，在冷却塔下部接细胞内含有叶绿素，利光能进行碳酸同化作用，在冷却塔下部接触光的场所常见触光的场所常见菌胶团状细菌菌胶

27、团状细菌是块状琼脂，细菌分散于其中，在有机物污染的水系中常见是块状琼脂，细菌分散于其中，在有机物污染的水系中常见丝状细菌丝状细菌称做水绵，在有机物污染的水系中呈棉絮状集聚称做水绵，在有机物污染的水系中呈棉絮状集聚铁细菌铁细菌氧化水中的亚铁离子，使高铁化合物沉积在细胞周围氧化水中的亚铁离子，使高铁化合物沉积在细胞周围硫细菌硫细菌污水中常见，一般在体内含有硫磺颗粒，使水中的硫化氢等氧化污水中常见，一般在体内含有硫磺颗粒，使水中的硫化氢等氧化硝化细菌硝化细菌将氨氧化成亚硝酸盐的细菌和使亚硝酸盐氧化成硝酸盐的细菌，将氨氧化成亚硝酸盐的细菌和使亚硝酸盐氧化成硝酸盐的细菌，在循环水系统中有氨的地区繁殖在循

28、环水系统中有氨的地区繁殖细菌类细菌类硫酸盐还原菌硫酸盐还原菌使硫酸盐还原成硫化氢使硫酸盐还原成硫化氢藻菌类（水霉菌）藻菌类（水霉菌） 在菌丝中没有隔膜，全部菌丝成为一个细胞在菌丝中没有隔膜，全部菌丝成为一个细胞真菌类真菌类不完全菌类（绿不完全菌类（绿菌类）菌类）在菌丝中有隔膜在菌丝中有隔膜2.3.1 粘泥附着机理一般认为，水中的微生物附着在某个固体表面上，对利用营养成分是有利的，所以微生物有附着固体表面生长的倾向。热交换器上附着粘泥的模式如图 2-1 所示7。这种附着形态也在水中的悬浮物表面进行，生成微生物絮凝物，这种絮凝物附着在金属表面，并使粘泥附着加速进行。图 2-1 粘泥附着模式图10（

29、a）微生物在固体表面附着；（b）微生物周围生成粘性物质；（c）粘着性物质发生粘结作用，附着无机悬浊物志；（d）附着重新进行粘泥附着过程分为三个时期，即附着初期、对数附着期和稳定附着期。稳定附着期是指粘泥附着速度与水流引起的粘泥剥离速度处于平衡状态。2.3.2 淤泥堆积机理冷却水中的悬浮物，出于微生物生成的粘质物的作用，而使其絮凝化。生成絮凝物，在低流速部位，它会沉降而形成淤泥。人们把有微生物参与的絮凝现象称为生物絮凝。此外无机物相互间的絮凝作用也是淤泥堆积的原因。但在冷却水系统中，通常以生物絮凝为主。11第三章 凝汽器结垢危害3.1 凝汽器冷却水管结垢的危害凝汽器管结垢的主要危害是降低汽轮发电

30、机组的效率，结垢严重还将影响汽轮发电机的出力。当凝汽器结垢 0.5mm 左右，可使真空度由 90%以上降到 85%以下，使发电煤耗升高 15- 20g/(kwh)。对于一台年运转 7000 h、负荷率为 90%的 300mw机组来说，每年将多耗标准煤约 2.8- 3.8 万吨，以现煤价 500 元/吨计，约合人民币1400- 1890 万元；如果水垢厚度达 1 mm,则不仅每年多耗煤量 5 万多吨，而且将影响 10%的发电出力8。凝汽器铜管结垢还将导致脱锌(黄铜)、脱镍(白铜)和点蚀27。清洁的凝汽器管可使用 15 年以上，如果结垢而不及时消除可使其在 3 年内穿透。凝汽器铜管泄漏是火电厂水质

31、故障的根源，一旦凝汽器管腐蚀穿孔，带压力的冷却水就会漏入负压的凝结水中。而凝结水占锅炉给水的 95%左右，它遭受污染后将引起锅炉结水垢，产生酸腐蚀(冷却水为海水时)或碱腐蚀(冷却水为淡水时)，还会造成过热器和汽轮机结垢，严重危害电厂的安全运行。对于凝汽器，一般管内流体的流动总是处于旺盛湍流状态。根据管内流体受迫流动换热理论，液体在管内流动分为 3 层:即层流边界层、过渡流层和紊流区，并由于流体的粘性而使各层流动速度 v 不同。层流边界层紧贴附于管壁，流速非常缓慢，循环水中的 caco3等杂质最易滞留在管内壁上形成污垢；此外，层流边界层虽然很薄，但仅依靠导热方式进行换热，热阻很大，严重影响传热效

32、果。冷却水管内污垢的导热系数很小，大大地增加了传热热阻，造成传热系数降低，严重削弱凝汽器的换热能力，使循环冷却水吸热不良，减缓了汽轮机排汽的凝结速度，致使排汽压力和温度均升高。而排汽温度的升高又导致有更多的热量需要循环水带走，使循环水温度升得更快。循环冷却水温度升高后又进一步恶化真空，增大端差，形成恶性循环。表面上看很容易判断为是由于冷却塔冷却效果不良所致，其实循环冷却水温度高的原因在冷却塔冷却效果一定的情况下是凝汽器真空低直接导致的。水侧污垢不仅使凝汽器清洁率下降和冷却而积减少，还增加了冷却水流动阻力，从而改变了冷却水流量，进一步了降低了凝汽器真空。所以，凝汽器水侧污垢是导致真空恶化的最主要

33、的原因。12真空降低使蒸汽的有效焓降减小，会影响汽轮机组运行的安全性和经济性。运行经验表明：凝汽器真空每下降 1 kpa，汽轮机汽耗会增加 1.5%2.5%，真空过低时会限制机组出力，严重时要停机清洗，影响汽轮机组的经济效益。而且真空过低，会使低压缸、排汽缸温度升高，引起汽轮机轴承中心偏移，严重时会增大汽轮机组的振动；当真空降低时，为保证机组出力不变，必须增加蒸汽流量，从而导致轴向推力增大，致使推力轴承过负荷，影响汽轮机组的安全运行。同时，沉积物下腐蚀是凝汽器铜管腐蚀的主要形态。沉积物造成铜管表而不同部位上的供氧差异和介质浓度差异，导致局部腐蚀。凝汽器铜管因腐蚀壁而变得粗糙而使污垢易于附着，又

34、进一步加速了沉积物下腐蚀，形成恶性循环。铜被氧化生成的 cu2+及 cu-离子倾向于水解生成氧化亚铜，并使溶液局部酸化，加剧了腐蚀的发展，严重时造成针型腐蚀穿孔，导致铜管及管板泄漏，循环冷却水泄漏到汽侧，造成凝汽器满水，严重威胁着汽轮机组的运行安全，也直接影响发电厂的经济效益。凝汽器冷却水管内壁形成污垢的速度很快，据有关资料介绍，凝汽器冷却水管清洗 24h 后，清洁系数就会从 1.00 变为 0.692，实际传热系数由 2.93kw/（m2）降低到 1.98（m2） ，致使排汽温度从 31.5上升到 35.5。而 0.1mm 厚污垢的热阻足以让 1mm 厚铜管的导热热阻被忽略不计。如此短的积垢

35、时间和低的传热效率，导致凝汽器长期处于低效率运行中4。因此，无论从保证火电厂的效率和出力方面考虑，还是从防止凝汽器铜管腐蚀，进而防止锅炉结垢、腐蚀方面考虑，及时地清除凝汽器积垢是电厂涵待解决的一个问题。3.2 凝汽器结垢对凝汽器性能的影响凝汽器冷却表面结垢，使传热系数 k 降低，致使传热端差增大。由于铜管内侧污脏、结垢，致使铜管堵塞，将使冷却水通流面积减小，水流阻力增大，冷却水量减少。在一定的蒸汽负荷下，冷却水温升将超过正常值，这些都将引起真空下降，降低机组运行的经济性。3.2.1 凝汽器结垢对端差的影响图 3-1 中曲线 1 表示凝汽器内蒸汽凝结温度的变化，在主凝结区基本不变，stst在空冷

36、区下降较多。曲线 2 表示冷却水由进口处的温度逐渐吸热上升到出口处的w1t13温度，冷却水温升，与之差称为凝汽器的端差。w2tw1w2t = t-tstw2t图 3-1 蒸汽和水的温度沿冷却表面的分布一一凝汽器总传热面积；ca一一空气冷却区面积sa由凝汽器热平衡方程式求得：t （3-1）ccc1ww2w1wq =1000d (h -h ) =1000d (h-h) = 4187dt式中：q凝汽器的传热量, kj/ h； , 进入凝汽器的蒸汽量和冷却水量，t/ h；cdwd，凝汽器中的蒸汽比焓和凝结水比焓，kj/ kg；chc1h，冷却水流出和进入凝汽器的比焙，kj/ kg。w1hw2h在低温范

37、围内，水的比焓、在数值上约等于水温、，则由上式可得：w2hw1hw2tw1t （3-2）11-4.187/4.187ccccwchhhhtddm 式中：m凝汽器的冷却倍率，可见，主要决定于循环倍率 m，凝汽器正常运行时，一定，故主要决定tcd14于冷却水量；因凝汽器铜管结垢，致使冷却水量减少，增大，真空下降，机组的t经济性降低。传热器端差的公式可由传热方程式推导得： （3-3）qcmkat式中:k一凝汽器的总体传热系数，kj/ (h) ；2m冷却水管外表面总面积，；ca2m蒸汽和冷却水之间的对数平均传热温差，。mt可由图 1 看出，由于面积较小，故一般假设蒸汽凝结温度沿整个面积不castsa变

38、，此时为：mt （3-4）1212()()lnlnswswmswswttttttttttttt 联立公式(3-1)(3-3)(3-4)，解得： （3-5）41871wcdttkae可见，传热端差与、k 、q、有关,在运行时，已定，因此传热系tcawdca数 k 是影响的主要因素。k 越大，越小，越小，真空较高凡影响 k 的因索，ttst都影响，从而影响真空的好坏。的大小主要取决于 k，即凝汽器冷却表面的清t洁程度。凝汽器冷却表面结垢或变污会妨碍传热，引起升高，使凝汽器压力升高，t机组效率下降9。3.2.2 凝汽器结垢对汽轮机功率的影响如前所述凝汽器结垢使汽轮机端差增大，降低凝结器的真空，影响到

39、汽轮机的热降和功率，端差对汽轮机功率的影响主要是因为它影响了末级叶片的功率。故应重视凝结器铜管结垢问题，端差超过允许值后，必须对凝汽器进行清洗，否则会直接影响汽轮机的真空，降低汽轮机的功率。15第四章 凝汽器除垢凝汽器尽管采用了良好的设计，有效的循环冷却水处理技术，但凝汽器在运行一段时间后，凝汽器的管侧还是存在不同程度的污染，使凝汽器的传热效率降低，流动阻力增大，甚至发生故障或堵塞。因此，凝汽器被污染到一定程度，就需要进行清洗，以除去换热面上的污垢，恢复凝汽器的性能。从换热面上清除污垢的方法，根据工作原理分为机械清洗法和化学清洗法两类。4.1 机械清洗机械清洗是靠流体的流动或机械作用提供一种大

40、于污垢粘附力的力而使污垢从换热面上脱落。机械清洗的方法可以分为两类:一类是强力清洗法，如喷水清洗、喷砂清洗，刮刀、钻头除垢等；另一类是软机械清洗，如钢丝刷清洗和胶球清洗等。对于不同的污垢应采用不同的机械清洗方法。机械清洗是工业中常用的除垢方法，软质污垢可直接用刷子刷洗，硬质污垢可使用高压泵进行清洗。用这种方法可以除去化学清洗方法不能除去的炭化污垢和硬质污垢。下面对几种机械清洗方法进行介绍。4.1.1 高压水射流清洗4.1.1.1 高压水射流清洗技术简介及其发展趋势 高压水射流清洗技术是 20 世纪 70 年代末 80 年代初发展起来的一门科学，它是利用高压水发生设备产生高压水10，通过喷嘴将压

41、力能转变为高度聚集的水射流动能完成清洗工艺的技术。高压水射流是以水作介质，通过高压发生装置，使它获得巨大能量后，用一种特定的流体运动方式，从一定形状的喷嘴中以很高的喷射速度喷射出来的能量高度集中的一股水流。这股水流由于它的速度很高，本身又具有一定的质量，因此它具有很高的动能，它像一连串弹丸一样发射出去，可以完成很多复杂的工艺任务。由于高压水射流打击固体物料的独特机理，在一定条件下，在一些用金属刀具无法发挥效能的场合，高压水射流便显示独特的优点。它对固体表而的破坏，不仅仅是正向的打击作用，而且还有切向的冲击作用。当射流射向固体壁面后，即转为切向流，16这种高速切向流挟带最初被剥离下来的破碎物一起

42、冲刷其表面，从而提高了清洗和除垢效果。此外，当固体表面有裂隙时，射流就产生“水楔”作用，扩大裂缝，加速了裂缝的发展，有助于污垢层的剥落。当水射流的打击力大于所除物质的破碎能力时，就可以达到清洗除垢效果。4.1.1.2 高压水射流冲击下垢体的破坏 在高压水射流或高速液滴打击下，固体的破坏形式十分复杂，垢体的破坏取决于垢体本身的性质和液滴冲击速度等因素。在液滴高速冲击下，垢体的破坏现象主要是在拉力作用下的脆性破坏以及剪力作用下的塑性破坏11。根据破坏发生的位置及应力作用方式可以分以下几种破坏形式:1固体表面的破坏 在高速液滴冲击下，固体表面的破坏不仅在脆性物体内产生，而且也发生在那些应变率低，有一

43、定延伸性的物体内。冲击开始时，受压区内的压力分布是均匀的，但液体径向流动开始后压力急剧下降，压缩波被反射后形成强大的径向拉力，当拉力值超过物体的破裂强度时，物体就产生裂缝。固体表面的破坏主要表现为出现表面的浅坑和裂纹，裂纹包括环形裂纹及其周围的短而细的发散性裂纹。2固体表面的剪力破坏 液体以很高的速度在物体表面作径向运动时，物体表面受剪力破坏。剪力破坏形式很多，如表面出现液体流变的痕迹，小坑或挤压、颗粒边界抬高或出现裂纹等。在高压水射流作用下，被打击区域在强大压缩波的作用下处于绝对受压状态，直到液体向外做径向流动后，作用在同一液体接触面的压力才由水锤压力降到喷嘴的滞止压力。液体在固体表面作径向

44、流动的速度相当快，在流动过程中产生很大的剪切力而使固体受到破坏。对于有一定孔隙率的物体，在压力作用下，物体内的孔隙水也有很高的压力，使得孔隙介质颗粒间的连接力减弱，加速了固体的破坏。根据实验室试验和工业性试验证明: 1)高压水射流旋削清垢技术是一项快速高效清除电站凝汽设备结垢的实用新技术。在我国现有的几百家坑口电站和中、小型火力发电厂中使用这一技术将使我国电站检修技术提高到一个新水平。 2)高压水射流旋削清垢技术，由于采用了自动喷射推进的方式，大幅度降低了检修工人的劳动强度，缩短了检修时间，降低了检修成本，受到现场工程技术人员的普遍欢迎。173)高压水射流旋削清垢技术，大幅度提高了凝汽器表面的

45、洁净度，因此，从根本上改善了凝汽器铜管表面的传热性能，提了凝汽系统的真空度，因而，使整机系统的效率提高了 2%以上12。4.1.2 胶球连续清洗技术为了节省停机清洗的劳力和费用，延长机组运行周期、节约维修费用，现己研究出了各种在线机械清洗装置。胶球连续清洗技术就是一种机械在线清洗防垢技术。4.1.2.1 胶球清洗技术简介及其发展趋势胶球连续清洗早在 50 年代初期国外电厂己有应用。1958 年后，国内不少电厂也进行过实验，但由于系统的设计、安装以及胶球质量等问题未能很好地解决，大都停止使用。近年来随着技术的不断发展，凝汽器胶球连续清洗技术的关键设备收球网和二次滤网己更新换代多次，技术更加成熟，

46、使得胶球清洗技术广泛应用于电站的冷凝器中13。 胶球清洗装置是电厂辅机的主要设备，它不仅可以清洗凝汽器铜管表面的污垢，降低凝汽器端差，提高凝汽器真空，改善机组的热经济性，而且还可以防止凝汽器铜管结垢，以及结垢所产生的铜管腐蚀，起到延长铜管使用周期的作用。4.1.2.2 胶球清洗技术的原理胶球连续清洗是利用特制的海绵胶球，在汽轮机组运行中，不断反复地通过凝汽器铜管，使铜管内的附着物、沉积物、有机物、淤泥等被胶球冲刷掉，保持铜管的换热系数，同时海绵胶球扰动管壁附近的层流水层，使传热性能提高，从而有效地保持汽轮机较高的真空，降低发电汽耗及煤耗。胶球表面有特制的表面粗糙度得以缓和地清洗管壁而不磨蚀管子

47、正反面，若要除去大量结垢可用特制的碳化硅摩擦球清洗。凝汽器的前、后水室和胶球清洗装置构成为凝汽器胶球清洗系统。胶球清洗装置由胶球泵、装球室、收球网和管道及其附件组成。该系统的功用是:用胶球清洗凝汽器冷却管内壁的污垢，以保证凝汽器有高的换热效率，使凝汽器保持汽轮机经济运行所必需的真空，从而保证整个热力系统的高效，提高机组的出力。胶球清洗装置已成为凝汽器不可缺少的辅助设备。 18根据国内外电厂运行经验统计14，火电机组正确使用凝汽器胶球清洗系统可提高机组出力 1%一 3%。以 2 台 300mw 机组为例，按年平均运行 6000h，平均负荷为 75%额定功率，每度电 0.2 元计算，若有 1%的出

48、力提高，则 1 年增加收益为:2300000600075%0.21%=540000 元/年足见经济效益十分可观。电力系统统计资料表明，胶球连续清洗装置的投运，煤耗可降低 0.6%。因此，是电厂节能降耗增加经济性的有效措施之一。4.1.2.3 胶球清洗系统的主要问题下面对凝汽器胶球清洗系统的几个主要问题进行简略的论述。1收球率 装球室内的胶球，由胶球泵输送，从凝汽器进水管加入，随循环水流动，在凝汽器前、后水室压差作用下，胶球流经冷却管，擦洗管子内壁，同时胶球前面形成喷射水流，清除泥沙、藻类和杂物等污垢，最后经循环水排水管上的收球网收集，返回胶球泵入口。在清洗过程中，如此循环，胶球反复擦洗冷却管。

49、一旦清洗周期结束，胶球被收集在装球室内。一直以来电厂就以收球率作为衡量胶球清洗系统的重要性能指标。影响收球率的因素是多方面的，诸如胶球质量、各部件的选型及其内部关键零件的装配尺寸、输球管路及其附件设计是否合理、循环水的水质、循环水的参数、凝汽器水室的结构以及运行方式等。胶球质量是影响收球率最主要的因素。2胶球胶球是清洗冷却管的直接作用物，它的优劣直接影响收球率和清洗效果，即胶球清洗装置的性能。胶球分为硬球和软球两种，前者已少见，而属于后者的海绵橡胶球是当今国内外电厂中使用最为普遍的一种，国内已有多个制造这种球的厂家，但产品质量均未过关，究其原因是:不讲究质料配方；密度偏小；硬度不合适；易膨胀；

50、制造工艺粗糙；同一批球的尺寸误差很大；品种单一，根本无法满足使用要求15。海绵橡胶球的湿态直径应比冷却管的内孔直径大 1- 2mm,胶球浸水后胀大则直径难以控制，过小无清洗作用，过大则堵管。球的膨胀量要控制在 0 0. 5mm。胶球的密度应控制在一细小范围内(即密度为 1.001.18g/cm3)16，使水深数米的不同水位高度均分布有球，使得密度较小的球能达到顶部的管子，密度较大的球则清洗19中下部的管子。胶球的硬度也要作为一个参数指标加以重视。这就要求橡胶、海绵等的成份含量应有优化配方，并经实验确定。现有国产胶球的橡胶含量偏高，且胶球表面覆盖着一层橡胶薄膜，水难以浸入球内。3设备1）收球网收

51、球网是胶球清洗装置中回收胶球的关键部件，它应设计成能够确保不失球的同时，用较短的时间和小的水量将胶球送入出球管。国产设备几经改型，现在大功率机组中用得最多的是两块格栅网板成“”形设计的 sf 型，即第二代收球网。它比成“形设计的 sl 型收球网优越。运行时，两块网板下端应与收球网筒体内壁贴紧，同时两块网板上端接合缝距不得大于 7mm，这两点应作为设备制造厂家出厂前装配调试的保证项。网板的材料应选用抗腐蚀和抗磨蚀能力强的不锈钢，如用于江水、河水的材质宜选用 1cr18ni9ti。若采用铬不锈钢(1cr13),则使用寿命难以达到 30 年13。格栅距的大小和格栅迎水角度必须适应不同的水流、水速，设

52、计中还应考虑共振因素。应避免采用焊接制作的格栅，因为它在水流长期冲刷下易变形腐蚀，而用手工固定的格栅有着很强的稳定性，不易变形腐蚀。收球网进出水侧应装设压力表计，显示出压差的大小，用来判断网板的洁净程度，及时进行反洗，确保整个设备的正常使用寿命。操纵格栅网板开、关的执行机构(不论电动还是手动)应灵活可靠，开关标志应正确无误。2）胶球泵胶球泵是输送胶球的专用设备，应保证胶球通过泵后不受到损坏，因此不能用普通的化学泵替代。泵的扬程应适中，不宜过大，也不能太小，应与循环水的参数相匹配。3）输球管路及其附件输球管路设计中应尽量减少 90弯转，以减少胶球进行的路程和阻力。阀门的设置应合理可靠，尤其是装球

53、室入口处应装有球阀或单向阀片，用其防止胶球泵停转时水倒流而失球。4）凝汽器水室凝汽器前、后水室分别是胶球的集聚站和中转站。它们的结构设计应考虑尽量消除集球死区，除了水室设计成弧形的球、柱状腔体外，还可采取增设弧形导流板20(弧形水室不必加导流板)和加装格栅等。4.1.2.4 胶球清洗系统的运行1运行方式国内电厂凝汽器胶球清洗系统运行方式历来采用间断运行(定期运行)。这种方式其实不合理，其出发点无非是为了节省厂用电和省下一笔胶球费用。国外机组多采用连续运行方式，经常不断地清洗冷却管，始终保持它的高清洁度。国内电厂还有一个通病，机组投运初期很长时间对胶球清洗系统不予重视，设备闲置不用，运行数月后发

54、现凝汽器真空下降了，才想起投入胶球清洗装置，不像对抽气装置那样重视，其实这是个误区。正确做法是机组要投运时，随即就应投入胶球清洗装置，不要等到管板上管孔集上杂物，冷却管积垢严重才清洗，台则，胶球难以进入管内，或胶球堵管，使收球率很低。另外，应经常反冲洗收球网的网板，以减少循环水的流动阻力，减轻振动，保证收球网安全运行。建议当采用间断运行方式时，应每个班投运一次每次运行时间为 30 50min15。2投球量 每套胶球清洗系统使用的胶球数量一般为单程被清洗管子数的10%20%。以 300mw 机组为例，单程冷却管数为 5,600 根左右，故一次装球量以6001200 个为宜13。4.1.3 静电水

55、处理法4.1.3.1 静电水处理法的简介静电水处理法是当今世界工业领域的一门新技术。它的工作原理是由于水分子中氢原子位置不对称，而有极性，一般称偶极子。在静电场的作用下，水分子将定向地按正极、负极的顺序呈链状整齐排列。当水中含有溶解盐的离子时，这些阳离子和阴离子将分别被水偶极子包围，也将按正负顺序整齐地排列在水偶极子群中，使之不能自由运动，也就不可能靠近管壁，防止污垢的生成。静电水处理法在美国、日本等工业发达国家被广泛应用于工业水处理。近年来我国北京有色冶金设计总院和南京格林水处理设备厂等单位经多年攻关研制成功21shi 系列，据报道在国内电厂己有应用实例17。在静电场处理后，水将释放出少部分

56、氧。对于无垢的新系统来说，释放的氧将铜管产生微薄的氧化膜，防止腐蚀。而对于己结垢的系统，释放的氧将破坏垢分子间的电子结合力，改变其晶体结构，使坚硬垢变为疏松软垢，通过静电场处理，将增大水偶极子的偶极距，增强其与盐类离子的水合能力，从而提高水垢的溶解速率，这样积垢逐渐剥蚀，乃至成碎屑、碎片脱落，达到除垢目的18。 由此可见，静电水处理技术不改变水中的化学成分，不去除水中离子，只是阻止水中钙离子、镁离子与碳酸根,硫酸根离子结合，不使它们生成盐类，达到除垢、防垢的目的。静电水处理器除能防止水垢生成外，还具有溶垢和杀菌灭藻功能。与其他水处理法堵如化学法相比，具有节电节水，无污染，稳定性好，操作简便、运

57、行费用低等优点。4.1.3.2 静电水处理器的结构静电水处理的核心部分是静电水处理器。静电水处理器又称静电水垢控制器、静电水发生装置。它的结构如 41.图 41 静电水处理器的结构示意图静电水处理器主要由两部分组成:一是供给产生高直流电压和强直流静电场的高压直流电源；二是使水静电化的装置。静电水处理器是将一根绝缘良好的铁芯置于聚四氟乙烯圆筒内作为正极，将镀锌无缝钢管制成的壳体作负极。在正、负极上施22以高电压(3400v)，正、负极之间保持一定距离，以便使水从正、负极之间的腔体中流过。水在腔体中经受了静电场处理后，再进入用水设备。现在使用的静电水处理器的外加电压通常为 34006000v，此时

58、，静电水处理腔体中的平均电场强度为13002500v/m18。4.1.3.3 静电水处理法的机理对于静电水处理器能够阻垢的作用机理，目前的看法是，水是一种偶极分子(见图 42).在静电场的作用下，水分子的偶极矩增大，并按正、负次序整齐排列(见图 43)。此时，溶解在水中的盐类的正、负离子周围被数个偶极分子包围。于是，这些正、负离子也以正、负的次序进入偶极分子群中(见图 44)。这样一来，它们的运动速度和彼此间的有效碰撞就大为减少，从而使器壁上的水垢不易生成。另一方而，由于在静电场的作用下，水分子的偶极矩增大，它与盐类的正、负离子的水合作用和水合能力也就增强，其结果是加大了水垢的溶解度和加快了水

59、垢的溶解速度。因而静电水处理能够阻垢和溶垢。图 42 水偶极子23图 43 静电场中偶极分子的排列图 44 静电场中离子和偶记分子的排列4.1.4 高频电磁场水处理技术自从 1945 年比利时的韦梅朗(t.vermeiren)首次成功地应用磁处理技术防止锅炉水垢形成,并除去了原先沉积的水垢后19。半个多世纪以来,各种水的物理处理技术应运而生,静电处理、高能电子辐射处理、电子处理、恒磁场软化水和超声处理等。高频电磁场水处理技术物理处理设备相对简单、维修操作简便、寿命长、运行费用低且无二次污染。而且实验证明循环冷却水经处理后,有杀灭细菌、降低水的腐蚀性,减少硬垢形成并能除去原先沉积水垢的作用,因此

60、在发电厂循环冷却水处理中具有广泛24的应用前景。4.1.4.1 处理设备及物理原理高频电磁场水处理技术是在静电阻垢和磁场软化水基础上发展起来的一种新型的物理法水处理技术,其设备由高频发生器和水处理器两大部分组成,见图 45,水处理器由绝缘内筒、外筒、绝缘层构成。内筒接正极,外筒接负极。在高频发生器中,电子电路产生高频电磁振荡。当发生器与水处理器相连后,在水处理器中的两固定电极间将感应出随时间周期性变化的等量异号电荷,由于两极上电荷随时间变化,所激发的电场也将随时间变化,根据麦克斯韦电磁理论,随时间变化的电场将在空间激发出随时间变化的磁场,而随时间变化的磁场又激发出随时间变化的电场,由于电场、磁