动力公司科技成果-电子除垢仪Microsoft Word 文档

1、分类号： 密级：UDC 编号窑街煤电集团动力公司科学研究报告 高频电子除垢阻垢仪在供热系统中的应用研究窑街煤电集团有限公司动力公司2012年10月目 录1 项目背景42 研究要解决的关键问题及技术方法103.1 关键问题分析273.2 应用的关键技术93.3 研究技术成果4 研究的详细内容4.1 主要技术研究内容4.2项目实施计划4.3 技术创新5 实施效果5.1 推广与应用5.2 经济与社会效益分析6 研究结论与建议 1项目背景集中供热系统中二次管网板式换热器受热表面易生成水垢，而水垢一旦生成，一是二次网的出水温度降低，造成换热器的效率降低，二是堵塞换热器板片，严重时会造成供热系统的瘫痪。采

2、用传统的处理方法，一是处理工艺复杂、费用高，二是会排放占补水量25%以上的废水。经调查研究和论证，拟通过应用高频电子除垢阻垢装置，将改变过去变传统的化学防垢工艺为物理防垢工艺，从源头解决板式换热器结生水垢的问题。为此，我们特对“高频电子除垢仪在供热系统中的应用”进行研究。2.研究要解决的关键问题及技术方法2.1关键问题分析截止目前，由我动力公司负责运行的公司供热系统，窑街片区的供暖面积计74万方米，全部由电厂为九座供热站提供热源。多年来，因原有的钠离子交换器年久失修软水产量逐年降低，再加各种因素造成系统失水量大，各供热站换热器结垢现象十分严重，不仅严重影响了供热效果，而且运行过程中消耗的人力物

3、力费用逐年增加。（一）水垢的危害水垢的热阻很大，是碳钢的20200倍，板式换热器的水侧一旦结生水垢，所造成的危害主要有以下七个方面：1. 被动应对结垢问题为应对水垢的结生问题，我公司二次网大部分水系统均采取以下措施：a 使用钠离子交换装置处理供热系统用水；b为防止结生水垢后因板式换热器产能的减低而过于频繁清洗，各系统均不同程度的增加各种板式换热器的有效热交换面积和备份相应的备用板式换热器；c当水垢结生达到一定厚度，板式换热器产能降低到无法满足供热需求时就不得不停运该板式换热器，采用人工清除的方法进行清洗或清理。2 浪费能源和淡水资源由于水垢的热阻很大，一旦在板式换热器水侧传热面生成，板式换热器

4、的热交换效率就会随之降低，为满足供热的要求，不得不采取加大蒸汽的用量，因而浪费了大量的能源和淡水资源。3. 被动进行频繁的清垢作业由于公司大部分为板式换热器，缝隙较小，二次网板面结垢速度非常快，为满足供热的要求就不得不投入了大量的资金和人力资源对其进行频繁的清洗或清理，一个采暖期至少人工除垢2次。4 影响了板式换热器的服役期限a 由于循环水渗入水垢与换热片之间后，会在高温下迅速浓缩而形成强酸或强碱形溶液，形成了对板式换热器的酸碱腐蚀；b板式换热器水侧结生水垢后，还会因其热阻很大而致使板式换热器传热面的热量不能及时交换于循环水中而致使传热面温度升高而加快了腐蚀速率；c无论是采用化学还是物理方法对

5、板式换热器进行清洗和清理，都会对板式换热器造成一定程度的损伤；d无法进行清洗或清理的（列管）湿式表面蒸发空冷因垢层厚度大，其腐蚀速率也就比可经常进行清洗或清理的板式换热器快。由于上述过程不可避免的存在，导致的结果有两种，一是人为地缩短板式换热片的服役期限，将可运行更长时间的板式换热片的服役期限成倍的缩短；二是运行的板式换热器还远未到达服役期时，就因垢层太厚或腐蚀严重而不得不终止服役。5供需矛盾上升水垢一旦在板式换热器水侧生成，装置就已处于带病运行状态，严重的腐蚀会致使系统的薄弱环节形成事故隐患并在短期内发生故障，轻者造成客户端供热温度不够，重者导致板式换热器无法工作，客户端停暖，增加供需矛盾，

6、不利于和谐社会的共建。6 不利于环境保护无论是因结垢增加能耗还是采用制作软水、投放阻垢剂、化学清洗方式防垢和人工除垢都会产生不小的费用，值得注意的是采用酸洗的化学方法产生的废水，还会造成对环境的污染。7 不利于向循环经济模式转变通过综合分析上述所列问题可见，结生水垢是出现上述问题的最直接原因，寻找一种可改变传统被动防垢和结垢的工艺过程，采用具有稳定可靠工作性能和卓越防垢效能的新技术产品，实现主动防垢、从源头解决结生水垢问题，不仅可使本公司各种设备实现长期、稳定可靠运行，使企业达到以尽可能少的资源消耗和环境代价实现最大的经济和社会效益的目的，在实现大量节约资源，减少排放的同时，推动供热企业以“减

7、量化、再利用、资源化”为原则，以低消耗、低排放、高效率为基本特征，符合可持续发展理念的循环经济增长模式。本研究课题正是针对以上所提及的问题，在了解到其可行性，意识到其迫切性、感觉到其重要性的基础上，认识到其立项研究的必要性的。毋庸置疑，结垢的解决，将引发集中供热水处理工艺的变革，这也是立项研究本课题的核心意义所在。2.2 应用的关键技术高频电子除垢阻垢装置具有阻垢、除垢、缓释四大功能1阻垢原理：水分子在高频电磁场的作用下做高周波运动，失去簇集力，使大缔合状的水分子被破解成单个水分子，获得能量的水分子在钙镁离子上吸附形成界面，阻止了钙镁离子向碳酸盐晶面迁移，碳酸盐晶粒的排列受到干扰，形成非晶状的

8、絮状体，从而不会在传热面上附着，粘结成垢，达到阻垢的效果。2 除垢原理：被高频能量激活的水，具有极高的浸润、渗透性，带有高能量的水分子在垢层的微隙中做高周波运动，使水垢松散脱落，原有的微隙被扩大，当水温较高的金属器壁接触时被气化，急速膨胀的水蒸气使垢层龟裂、破碎，被水流带走，经该设备排污口排出而起到除垢的作用。3 缓蚀原理：经高频电场作用后，水分子的电子被激励，电子位能升高，根据能量守恒定律，当被离子化的分子电位能损失、电位下降，可使水分子与器壁的电位差减小甚至消失，电场力作用使水与金属器壁间的相对运动降低或消失，同时限制了水中离子的活动度，器壁金属离解受到抑制，因而对设备起到缓蚀的作用。被高

9、频电磁场作用过的水，在器壁金属表面不能形成原电池反应，有效阻止了化学腐蚀和电化学腐蚀。4 杀菌、灭燥作用：带高频电场能的水分子可以破坏原始胚芽的生成，有效地抑制了微生物的生长；高频电磁场还具有损伤生物大分子、破坏歧化酶的能力，起到杀菌、灭藻的功能。3.研究的详细内容3.1 主要技术研究内容 （一）设备性能1. 替代传统的化学水处理方法，对二次网板式换热器二次水侧循环水进行连续有效处理，使板式换热器的二次水侧（传热面）不结生水垢，不但不再对板式换热器进行化学清洗，而且保持板式换热器的热交换效率，达到节能、节水目的。2. 有效防止二次热网板式换热器二次水侧（传热面）结生水垢，具有明显的防垢和除垢功

10、能，即应用于水循环系统的新设备中时能够防垢、阻垢，应用于水循环系统的原有设备中时能够除垢。 （二）水处理过程及安装要求1.设备的水处理过程：水流经水处理室被高频电磁场作用后，水分子及各种离子与金属器壁界面的电位差减小甚至消失，使得钙镁离子被水分子包围，碳酸钙难以在传热或受热面上附着、粘结成垢而起到阻垢的作用；被高频能量激活的水，具有极高的浸润、渗透性，带有高能量的水分子在垢层微隙中做高周波的运动，使水垢松散脱落，原有的微隙被扩大，当水与温度较高的金属器壁接触时被汽化，急速膨胀的水蒸汽使垢层龟裂、破碎，经该设备排污口排出而起到除垢的作用。 2. 该设备应安装于供热二次管网水系统二次水侧的回水管水

11、泵出口与板式换热器入水口的中间部位，保证循环水经过电子除垢阻垢仪被处理后，再进入板式换热器。3. 所应用的技术设备须符合中国化工行业HG/T31331998电子式水处理器技术条件，并保证除垢和阻垢率90%。3.1 项目实施计划对我公司从2009年开始已对1号、2号3号6号等4个供热站配置“高频电子除垢阻垢仪”。费用预算项目产品名称规格型号数量(台)单价（万元）费用合计（万元）埃可牌系列高频电子除垢阻垢仪300Z21428250Z21326总 计41083.2 技术创新1、 理论创新：根据现场实验与论证提出了水系统所需功率值与水处理量、水质硬度之间的数学关系表达式。依此数学公式可针对不同水系统实

12、际的水处理量、水质硬度设定与系统除垢阻垢所需的高频电功率，确定了开环与闭环不同水系统功率需求的修正系数。本项目产品可依据本项创新，能够按照实际水处理量、水质硬度、开环或闭环用水方式提供与系统相匹配和相适应的高频电磁能。特别是较大规格的设备，其输出功率是目前了解到的同类产品的28倍（其中通经为100mm以下的为25倍；125mm以上的为38倍，大规格的高15倍以上）。由于能够提供足够的高频电磁能量，使设备在运行中充分地激活水分子，所以可适应任何硬度的水，即使水达到饱和硬度也能够获得理想的除垢阻垢效果。 技术创新：如图所示：攻克了高频大功率能量传输困难的难题，设备采用分体的形式，即：在线运行的水处

13、理器和产生高频电磁能的电控器分别置放（电控器置放于环境条件较好的地方），高频电能通过匹配传输网络，将电控器产生的高频电磁能馈送到换能器，避免了运行中恶劣环境条件对电控器内部电子器件造成损害和侵蚀而致使其失效 结构创新：如下图所示：当水处理量大、水质硬度高时，设备采用组合方式。换能器部分由原来的单一水处理室变为多个水处理室组合。同时电控器部分配以相对应的单元电路，既能保证大功率的输出，又提高了能量转换的效率，使设备的运行更加稳定可靠。右上图为本项目组合式产品运行现场。 工艺创新A 根据被处理的水的作用时间与形态变化关系分析，在满足输出功率的前提下，通过实际应用验证，对水的作用时间确定为1-1.5

14、秒左右较为合理。本项目产品的特殊工艺设计，不仅保证了被作用水在水处理室内滞留时间1秒，而且还能保证水能被高频电磁场均匀的作用，使被处理过的水（含部分碱溶液）达到不在板式换热器的器壁上板结成垢所需的阈值。下图为用紫外分光光度计测得的水被作用不同时间后，透光率的变化曲线。B 水处理室切线连接的结构可使流经水处理室的液体形成旋流，既保证了对液体的作用时间，又使能量作用更加均匀。图中为本项目产品（左侧）与同类产品（右侧）的对比。 本项目产品还拥有的理论和技术创新为：应用电子传感、高频电子、自动控制和机械设计等技术，采用“动态跟踪自动变频调谐”自创新技术对“埃可牌高频电子除垢阻垢装置”进行持续改进，攻克

15、了由于处于运行状态的循环水系统的水在不断的被蒸发，水中所含其它物质的浓度也不断发生变化造成电参数的变化，由于电参数的变化改变了电子除垢阻垢装置水处理室的本振频率，造成电子除垢阻垢装置整体运行失谐，匹配状态被破坏，电子除垢阻垢装置的运行效率降低，除垢阻垢功能降低甚至消失的技术难题。经过创新改进后的本项目产品具有了“动态跟踪自动变频调谐”功能、除垢阻垢效果更为显著、工作性能更加稳定可靠，技术水平有望达到国际领先。通过以上创新，使本项目产品较同类产品更为适合任何水质硬度、水流量以及水质变化频繁且幅度高的水系统，即使达到饱和硬度的水也能够获得理想的除垢阻垢效果。4.实施效果多年来，各换热站大多使用树脂

16、交换器，年久失修软水产量本就紧张，再加各种因素造成失水量又过大，各供热站结水垢现象十分严重，不仅运行费用居高不下，而且严重影响了供热效果，供需矛盾激化的情况时有发生，在一定程度上影响了我公司的社会形象。针对上述存在的实际状况，在20072008冬季供热开始时，我们经过市场实地考察和分析研究，初步选定由兰州盛源科技有限责任公司生产的GDS300Z型“埃可牌系列高频电子除垢阻垢仪”和由东北某公司生产的饶线式 防垢仪，为进一步验证上述装置的实际功效， 将上述两种装置分别配装于局机关换热站和三中换热站，对上述进行两种装置进行实际运行验证，验证过程同样都补加自来水 。 配装于三中供热站的“绕线式防垢仪”

17、（见图片1）由于在采暖初就投入运行，故未考核除垢功能；运行70天所结垢如下图由于局机关供热站配装GDS300Z型“埃可牌高频电子除垢阻垢仪”（见下图片左）时，采暖系统已运行了20多天，所以在安装的同时开启所控两台板式换热器中的板式换热器A进行观察可见，板式换热器二次网侧传热板板面的高温端上已结有厚度约为0.050.3mm厚的水垢（高温区较厚,低温区较薄）（见照片右）。 2008年1月9日，“埃可牌高频电子除垢阻垢仪”投入运行40多天，动力厂供热车间对部分板式换热器进行清除水垢时，对所控两台板式换热器中的另一台（板式换热器B）开启进行观察可见，仅在传热板的高温区250mm的区域内有0.030.1

18、5mm厚的水垢且有20%左右已开始从板式换热器传热板的表面剥离，而250mm以下部位基本未见水垢生成，只是降低了板式换热器传热板表面的光亮程度而呈灰白色（见下图照片）。运行70天所结垢净水冲洗如下图根据“高频电子除垢阻垢仪”投入运行前开启所控两台板式换热器A的观察结果可判定：“埃可牌高频电子除垢阻垢仪”具有明显的除垢阻垢功能的结论。4.2经济社会效益（一）经济效益比较分析在对我公司采暖供热系统的上述4个供热站配装应用“高频电子除垢阻垢仪”，占窑街矿区供热系统的30左右在一个采暖期内可实现以下经济效益：1、减少工业盐100吨，节约资金约10万元。2、减少水水处理工4人，节约工资费用12万元。3、减少软化器维护保养及树脂费用6万元 。4、延长不锈钢换热片及胶垫的寿命，节约换热片100片，节约费用8万元5、由于不需要生产软化水