中央空调除垢处理技术(1)

1、 摘要 随着人们对生活环境,办公环境空气质量和舒适度要求的提高，中央空调系统被越来越广泛地应用于各高大建筑和公共场合。据统计中央空调耗能占高大建筑耗能的%60以上14，能源危机下中央空调节能尤为重要！对中央空调节能可从对系统进行维护和采用节能新技术两方面进行研究.系统维护主要是对空调系统进行风口，管道除垢等。本文主要对空调水系统的除垢技术和变频节能技术进行研究。 在中央空调冷却水系统减少污垢措施方面，本文研究了五种除垢技术：氨基磺酸清洗技术、超声除垢技术、自转纽带自动除垢技术、多相流除垢技术和诱垢载体除垢技术。研究中对技术的原理进行了分析并从技术的本钱，除垢效果，对环境的影响，操作的复杂程度，

2、能否实现在线清洗等方面进行了综合分析，比照各技术的优缺点得出最适合的和适应未来开展需要的技术。中央空调系统节能技术研究方面，本文那么在变频技术方面进行研究，阐述了中央空调系统的操作，分析了变频技术原理，并对通过使用变频技术前后压缩机，风机，水泵的能耗进行计算，得到使用该技术节能率到达%的结论。 关键词：中央空调 冷却水系统 节能 变频 Abstract With the people's living environment and office environment, air quality and comfort requirements improvement ，central

3、 air-conditioning system is more and more widely used with the tall buildings and public places. According to statistics the central air-conditioning energy consumption accounted for tall buildings more than 60%,in energy crisis energy-efficient central air-conditioning is especially important！Energ

4、y-efficient central air-conditioning system can be maintained and the use of new technologies on energy conservation research. In the central air-conditioning cooling water system of measures to reduce dirt, this paper, elaborate the five-scaling technology: amino acid cleaning technology 、ultrasoni

5、c cleaning technology、 Automatic rotation of the bond-scaling technology、Descaling technology of multiphase flow and scale-scaling vector technology. And this paper also research the principles of technical analysis and technical costs, effects, impacts on the environment, the complexity of the oper

6、ation, can achieve the cleaning and so on-line for a comprehensive analysis, comparing the advantages and disadvantages of the technology come to the most appropriate technology. Central air-conditioning system energy conservation technology research, this article in the frequency conversion technol

7、ogy research, described the operation of central air-conditioning system, an analysis of the principle of frequency conversion technology, and technology through the use of frequency before and after the compressor, fan, water pump energy consumption is calculated, The technology used to achieve ene

8、rgy-saving rate of 25.7% conclusion.Key words: Central air-conditioning, cooling water system, energy-saving, inverter目 录1 绪论51.1 空调系统节能的必要性和可行性51.2 空调系统污垢的根本理论61.3 空调系统污垢的分类71.4 空调系统污垢形成过程及影响81.5 空调系统除垢阻垢技术91.6 变频节能技术的开展概况及应用前景9 本文的研究内容及意义102 空调系统减少污垢的措施12氨基磺酸的清洗技术122.1.1 氨基磺酸的性能12氨基磺酸的清洗机理122.1.3

9、清洗操作122.1.4 钝化过程122.1.5 清洗效果132.1.6 氨基磺酸清洗技术小结13超声除垢技术14超声除垢技术14超声波阻垢与除垢机理142.2.3 超声波阻垢机理152.2.4 超声波除垢机理152.2.5 超声波阻垢与除垢技术的应用16超声除垢技术小结17扭带自转自动除垢技术18纽带自动除垢的结构原理182.3.2 除垢纽带的材料研究18塑料纽带的除垢能力试验192.3.4 工业应用与推广202.3.5 塑料纽带除垢技术小结202.4 多相流除垢技术研究212.4.1 液固两相流防除垢技术212.4.2 汽液固三相流防除垢技术222.4.3 多相流除垢技术小结242.5 诱垢

10、载体沉积式除垢技术252.5.l 工程问题的考虑252.5.2 诱垢载体材料的选择252.5.3 诱垢载体沉积式除垢装置的工程设计262.5.4 试验及运行结果27小结28除垢技术小结28除垢技术分析比照表283中央空调系统节能技术研究293.1.变频节能技术原理30变频器与节能30中央空调变频调速系统的控制30系统原理图31系统结构图31冷冻水循环系统的控制323.3.4 冷却水循环系统的控制32变频中央空调系统节能分析353.4.1 几种典型负载与节能关系353.4.2设备参数如下353.4.3设备运行情况353.4.4能耗计算363.4.5节电率373.5 变频技术小结38结论39参考文

11、献40致 谢441 绪论 空调系统节能的必要性和可行性能源是国民经济开展的根底资源。随着我国各行业不断地开展，能源问题在我国日渐突出，而且近期内无法根本解决，节能工作相当艰巨。在现代工厂企业、办公大楼、商厦、酒店等环境中，中央空调系统是不可缺少的，它虽然能给人们提供一个舒适的环境，但是耗电量也相当大。因此，在人们日益重视环保与节能的今天，中央空调的节能问题是人们所期待要解决的关键技术问题。目前我国家用空调拥有量已突破9000万台，年耗电量超过400亿kWh，占总耗电的4020，中央空调系统耗能占高大建筑耗能的60%以上，因此空调耗能是众多能耗当中重要的一局部，因此空调节能尤为重要。变频技术和除

12、垢技术在空调系统中的应用为空调系统的节能提供了可行性。中央空调系统的维护工作在空调节能中起到很关键的作用，对空调水系统换热设备进行阻垢除垢处理能使空调系统拥有更低的机械节旧率和更高的效率。中央空调系统除主机的耗能外风机、冷冻、冷却水泵是第二大耗能设备，由于风机、冷冻、冷却泵的配置是按夏季最大流量(在此根底上还要放大余量)来确定的，而实际使用中由于气候情况，客观流量活动内容等各种因素的变化，所需负荷的不断变化(负荷极少到达最大值)。因此为使中央空调系统温度稳定，需要按工况变化对风机、冷冻、冷却泵进行调节，这就需要有较好的自动控制模块。现在，随着电力电子技术、微电子技术的开展，应用变频调速技术与P

13、LC自动控制系统可以大幅度节约电能和提高系统的自动化程度，并使系统具有运行可靠、结构简化、维护维修方便等优点。现有的中央空调系统按照建筑物最大设计热负荷气温最高负荷最大进行，并且留10-20%余量。然而实际上绝大局部空间空调是不会运行在满负荷状态下的。根据有关统计空调设备97%的时间在70%负荷以下波动运行35，所以实际负荷总不能到达满负荷，特别是冷气需求量比拟少的情况下，主机负荷量低。表现在进出水温差低远达不到设计温差值，系统长期处于低效率状态。随着空调控制技术的开展，主机能在一定范围内根据负荷的变化合理的加载和卸载，且蒸发器和冷凝器内的流量已经允许在一定范围内变化一般为设计流量30-130

14、%21，现在变频调速技术日益成熟，已成为变负荷首选技术。中央空调运用变频调速技术改造可以显著提高空调的运行效率。实践说明变频中央空调可实现10%-30%的节能24。 空调系统污垢的根本理论 空调系统污垢是指流体中的组分或者杂质与换热设备相接触的换热外表上逐渐累积起来的那层固体物质。这层物质是“不需要的多余物质，他通常以混合物的形态存在。污垢是热的不良导体，其导热率一般只有碳钢的十分之一5，一旦换热边外表上有了污垢，按串联热阻的观点，流体与换热外表之间的传热热阻就增加为式中 R-总传热热阻，.K/W -对流传热热系数，W/(.K) -污垢热阻，即污垢层形成的附加热阻，.K/W换热设备的性能取决于

15、传热能力即传热系数的大小，因此产生了很多提高传热系数的方法。但是，入下式所示，由于污垢的附着增厚，导致总传热系数显著降低，使换热设备不能发挥设定性能，因此必须抑制污垢的附着或者将其除去。式中 K总传热系数，W/(.K) 分别为壁面两侧流体对流传热系数，W/(.K) b壁厚，m 壁面材料的热导率，W/(.K)平均传热系数与功率的关系如下列图17所示：1.3 空调系统污垢的分类污垢分类有很多种方法。按换热类型可分为相变换热污垢、无相变换热污垢和带化学反响的换热污垢;也可以按照流体类型分为水容易污垢、石油馏分污垢、烟气污垢等，分类详细准确的且为多数人接受的是Epstein提出的按引起污垢沉积的主要机

16、理分类方法。按此方法，液侧污垢可分为六类（1） 析晶结垢 如碳酸钙，硫酸钙和硅酸镁等负溶解性盐溶液因热外表溶解度降低而随盐类析出沉积；或在流动条件下呈饱和的流动溶液的溶解无机盐沉积在换热面上的结晶体。当流体是冷却水或是蒸发设备中的液体时，这种污垢即成为水垢或锈垢。超过25%的污垢问题与析晶污垢有关。（2） 化学反响污垢 高温下有些有机物或者无机物发生反响，聚合或者焦化而产生的固体沉积在传热外表上；或者在传热外表上而发生的化学反响所产生的污垢传热面不参加反响但可作为反响的催化剂从而导致外表沉积物形成。（3） 微粒型污垢 悬浮于流体中的固体微粒在换热外表上的积聚。这种污垢也包括较大固态微粒在水平换

17、热面上因重力作用而形成的沉淀层，即所谓沉淀污垢和其它胶体微粒的沉积。（4） 腐蚀型污垢 具有腐蚀性的流体或者流体中含有腐蚀性的杂质对换热外表腐蚀产生的腐蚀物积聚所产生的污垢。通常，腐蚀程度取决于流体中的成分，温度和被处理流体的PH值。（5） 生物型污垢 未经处理的海水，河水或湖水其中的藻类等产生的沉积，这是由微生物体和有机物附着于换热器外表所形成的污垢。（6） 凝固型污垢 这是指清洁液体或多组分溶液的低溶解度组分在过冷换热面上凝固而形成的污垢。1.4 空调系统污垢形成过程及影响污垢热阻随时间的变化关系如下列图14: h图 污垢热阻随时间的变化关系污垢形成的根本过程实际上是一个传质过程，由五个根

18、本步骤组成：起始阶段；运输阶段；附着阶段；剥蚀阶段和老化阶段。影响结垢的因素很多，归纳起来主要是流体的性质，流体流速，换热设备参数，流体本体和换热外表的温差。污垢对换热设备的影响主要有三个方面：一是由于污垢层具有很低的传热系数，从而增加了传热热阻，降低了换热设备的传热效率；二是当换热设备外表有结构层形成时，换热设备中流体通道的过流面积将减小，导致流体流过设备时的阻力增加，从而消耗更多的泵功率，使运行本钱增加；三是换热面上结构的聚集，常常引起局部过热或超温而导致机械性能下降，引发事故，也会引起换热面得局部腐蚀乃至穿孔，严重地威胁系统的平安运行。据统计冷疑器的污垢每增加3，热交换效率就降低30，耗

19、电量那么增加58%1 。1.5 空调系统除垢阻垢技术空调除垢技术是利用添加一些化学剂和污垢中的成分反响进行清洗；利用机械接触对污垢造成磨损从而造成污垢脱落进行清洗；利用机械波进行阻垢处理除垢垢处理；利用在流体中参加微粒通过流速带动碰撞管壁从而到达阻垢的目的等。其中化学清洗除垢最常用的是氨基磺酸技术，机械接触除垢技术应用最普片的是超声除垢技术，自传纽带技术和多相流技术。1.6 变频节能技术的开展概况及应用前景 变频空调作为节能产品以其高技术、高性能得到空调行业及用户的关注，日本于1983年首先在世界上推出，得到了迅速的开展，并使变频技术日益完善；到90年代末变频空调占日本市场家用机的90%以上3

20、1，日本各著名公司的家用空调器中变频空调产品占90%以上。 我国空调行业研究变频技术始于1994年，首先在春兰和海尔，后来由美的海信科龙和格力等，各公司都十分重视变频技术的研究和开发。他们引进日本变频技术的同时，积极开发和研究国产变频空调器。我国的变频空调首先由合资公司引进，当然传入的都是早期的初级产品，真正自行研制始于1997年，到现在已初具规模，也有了一定的水平。但变频空调器的市场占有量总在10%左右，而且真正水平高的机种不多，对于实现环境的舒适性调节和空调系统的智能控制方面的研究才刚刚起步，有待于进一步深入和开展变频器主要用于交流电动机(异步电机或同步电机) 转速的调节, 是公认的交流电

21、动机最理想、最有前途的调速方案, 除了具有卓越的调速性能之外, 变频器还有显著的节能作用, 是企业技术改造和产品更新换代的理想调速装置。自20 世纪80年代被引进中国以来, 变频器作为节能应用与速度工艺控制中越来越重要的自动化设备, 得到了快速开展和广泛的应用。在电力、纺织与化纤、建材、石油、化工、冶金、市政、造纸、食品饮料、烟草等行业以及公用工程(中央空调、供水、水处理、电梯等) 中, 变频器都在发挥着重要作用。变频器产生的最初用途是速度控制, 但目前在国内应用较多的是节能。中国是能耗大国, 能源利用率很低, 而能源储藏缺乏。在2003 年的中国电力消耗中, 60% 70% 为动力电, 而在

22、总容量为5. 8 亿kW 的电动机总容量中, 只有不到2 000万kW 的电动机是带变频控制的35。据中国工控网的市场研究报告分析, 在中国, 带变动负载、具有节能潜力的电机至少有1. 8 亿kW32。因此国家大力提倡节能措施, 并着重推荐了变频调速技术。应用变频调速, 可以大大提高电机转速的控制精度, 使电机在最节能的转速下运行。以风机水泵为例, 根据流体力学原理, 轴功率与转速的3次方成正比。当所需风量减少, 风机转速降低时, 其功率按转速的3次方下降。因此, 精确调速的节电效果非常可观。与此类似, 许多变动负载电机一般按最大需求来生产电动机的容量, 故设计裕量偏大。而在实际运行中, 轻载

23、运行的时间所占比例却非常高。如采用变频调速, 可大大提高轻载运行时的工作效率。因此, 变动负载的节能潜力巨大。中国工控网的市场调查显示, 2003年变频器在纺织与化纤行业的市场规模超过了10亿元。此外, 在食品、饮料、包装、造纸、机床、电梯等行业, 国内的企业需要扩大生产规模, 提高生产技术, 变频器的应用前景和开展潜力都不可小觑。   本文的研究内容及意义能源问题已经成为涉及国家平安的战略问题，据统计中央空调耗能占高大建筑耗能的60%以上，空调能耗占全国总能耗的40%，因此空调节能尤为重要。本文主要对空调水系统的除垢技术和变频节能技术进行研究。中央空调冷却水系统减少污垢措

24、施方面，本文研究了五种除垢技术：氨基磺酸清洗技术、超声除垢技术、自传纽带自动除垢技术、多相流除垢技术和诱垢载体除垢技术。研究中对技术的原理进行了分析并从技术的本钱，效果，对环境的影响，操作的复杂程度，能否实现在线清洗等方面进行了综合分析，比照各技术的优缺点得出最适合的技术。 中央空调系统节能技术研究方面，本文那么在变频技术方面进行研究，阐述了中央空调系统的操作，分析了变频技术原理，并对通过使用变频技术前后压缩机，风机，水泵的能耗进行计算，得到使用该技术节能率到达的结论。 本文将对除垢技术进行比照分析，提出最适合以后开展方向的除垢技术；还阐述了中央空调使用变频技术在空调节能的良好效果和重要性，肯

25、定了变频技术在空调节能方面的重要作用.2 空调系统减少污垢的措施2.1氨基磺酸的清洗技术2.1.1 氨基磺酸的性能氨基磺酸的水溶液呈酸性，与金属氧化物、氢氧化物、碳酸应，形成可溶性盐，因此可除去氧化铁锈、水垢等。氨基磺酸易溶于水，并随着水温的升高，溶解度大。在清洗过程中，消耗氨基磺酸质量分数与垢层厚度有关，按理论计算，除去1 g碳酸钙垢需要194 g氨基磺酸。在实际清洗过程中，假设清洗液pH上升至35时，清洗液中的氨基磺酸根本耗尽，需添加氨基磺酸，清洗液才能恢复清洗除垢性能。氨基磺酸清洗液随着清洗液温度的升高，与水垢的反响也越完全。无水的氨基磺酸是白色稳定晶体，它的水溶液稳定性较差 。2.氨基

26、磺酸的清洗机理一般控制情况时的温度不高于60 。氨基磺酸对橡胶塑料、尼龙等均无腐蚀作用，但对金属有一定的腐蚀性，因此在清洗时，针对不同的材质需在清洗液中添加适宜的缓蚀剂为提高清洗效果，在氨基磺酸清洗液中添加具有润湿、渗透、乳化和增溶作用的外表活性剂。供选择的有：TX一10、十二烷基苯磺酸钠等阴离子型或非离子型外表活性剂，质量分数一般取0.1%。因聚丙烯酸不但能吸附硫酸钙 、碳酸钙及粘泥，而且在低pH时有较好的分散作用，可提高钙垢的溶解能力。故在氨基磺酸清洗液中还要参加01左右的聚丙烯酸作为分散剂。2. 清洗操作启动循环泵，让通过系统的冷却水开始循环，同时翻开膨胀水箱的排污阀，当水排放至刚好可以

27、循环时止。这时水箱、管道和系统中的水大约为。在水箱中挂好铜、钢、铝合金试片。启动空调系统，开始升温循环水，同时向水箱中参加苯骈三氮唑2Kg、硫尿、氨基磺酸，消泡剂根据泡沫情况适当滴人，边加边搅拌。由于系统刚停车，机组很热，清洗液温度很快升至60左右，关闭机组上的加热器通过开关电热器来控制清洗温度在60。用pH试纸定时测定清洗液的pH，记录数据。2. 钝化过程当清洗过程已停止时，参加少量NaOH，调清洗液的pH>7，参加含铬酸锂40%的溶液6kg，羟基乙叉二膦酸钠5kg，启动加热器，使清洗液温度升至8O-9O。循环泵继续运行6h后，排尽清洗液。水冲洗至溶液呈中性，取出试片，测算出金属挂片的

28、腐蚀率为铜g(m·h)、钢g(m·h)、铝合金g(m·h)。2. 清洗效果清洗结束后，拆下钢管接头观察，水垢、粘泥根本洗净，原来堵塞的部位畅通，除垢率在95左右；橡胶管没有出现溶胀软化，玻璃转子流量计清晰透明，转子能正确显示冷却水流量，冷却效果恢复正常。铜、钢的外表有一层黑色薄膜，铝合金外表有一层灰色薄膜。清洗效果附图2：清洗效果附图2. 氨基磺酸清洗技术小结除垢方法除垢本钱能否在线除垢是否污染环境清洗效果清洗操作氨基磺酸清洗技术单次除垢本钱低累积本钱大不能在线除垢必须停车后才能应用清洗后残留液污染环境清洗效果好清洗操作简单氨基磺酸清洗污垢处理技术是最传统的减污措

29、施，该技术具有操作简单，单次清洗本钱低，对金属腐蚀性小，可用于以钢、铁、铜、铝合金制成的设备内部的水垢、铁锈进行清洗提高设备热效率。清洗时适当提高清洗液温度、添加适量的外表活性剂和分散剂可提高清洗效果。缺乏之处是这一清洗技术不能连续在线清洗而且清洗后所留下的残留液有污染环境的负面影响必须得经过处理因此而导致清洗本钱高，而且设备长时间使用累计清洗本钱也就相应提高了。 超声除垢技术2.2.1超声除垢技术工业过程中,由于金属腐蚀、无机盐结晶、有机物质聚合、固体颗粒沉积等原因造成的设备、管路内部结垢在所难免。污垢的产生和积累，可能导致管路堵塞、设备腐蚀加剧、换热效率降低等许多问题。阻垢与除垢已成为某些

30、企业保证平安、稳定生产亟待解决的难题。传统的阻垢(如投加阻垢剂)与除垢(如机械清洗、化学清洗)方法，因其对生产过程和时间的影响及相对较大的工作劳动强度，使它们的应用受到一定限制 。采用超声波进行阻垢与除垢是近年来开展迅速的一种技术。所谓超声波是指频率高于20kHz的机械波，它具有传播方向性好、穿透力强、在固体和液体中传播衰减小等优点，已广泛应用于化学、化工、机械、医疗、环保、计量检测等诸多行业。2.2.2超声波阻垢与除垢机理1超声波工作原理：超声波由一系列疏密相间的纵波构成，其振动能量的强度可以用声压 )或声场强度(D表示：式中：P为介质密度；c为波速；A为声波振幅；t=O为声波角频率。当超声

31、波通过液体介质向四周传播时，在液体中与小于共振尺寸的微小气泡产生共振。由于超声波是疏密波，当超声波声压到达一定值时，在波谷的稀疏阶段，气泡内的压强小于原来的静压强，气泡迅速涨大；而在波峰的稠密阶段，气泡又突然被绝热压缩直至爆炸湮灭。这种在超声波作用下液体中小气泡的“形成一长大一爆破过程即为超声空化。超波的声压、压缩波以及空化气泡尺寸随时间的变化过程如下列图8所示。图 超声的空化过程图2超声空化过程超声空化会产生局部高温、高压、液体放电和微射流作用。在超声波作用下，每个空化气泡都是个“热点，它在爆炸时可产生出非同寻常的能量效应，伴随产生速度约110ms的微射流，可在界面之间形成强烈的机械搅拌效应

32、。这种效应能够突破层流边界层的限制，从而强化界面间的化学反响过程和质量、热量传递过程。2. 超声波阻垢机理超声波在溶液中传播时，可引起液体分子间距离的变化使分子内聚力大大减小，从而导致溶液的外表张力和黏度显著降低。以上作用可缩短成垢盐的结晶诱导期，增大其成核速率。这样，成垢盐的阴、阳离子就很容易在溶液主体中直接结合生成晶体。同时，超声波对溶液介质的空化作用，可使液体内产生空穴，其破裂时产生的强大压力峰能够将已析出的成垢盐晶体粉碎成细小的颗粒悬浮于介质中，易于随液流流走 。另外，随着溶液介质的变化超声波的传播会产生一定的速度差，从而在界面上形成剪切应力，导致晶体分子与界面间的结合力减弱，到达防止

33、成垢盐晶体附着在设备或管路的壁上的目的。换热器管路中，应用超声波处理前后垢形的变化经过实验证明由原来的排列紧密变成松散甚至脱落。2. 超声波除垢机理超声波的除垢作用主要是由超声空化作用以及因此而产生的高速微射流冲击作用引起的。超声波的机械效应可以增加固、液界面的湍动程度，在界面上产生浓度差。强化溶液向固体外表的扩散和晶体粒子从固体外表剥离的过程。固体外表上已有的垢受到侵蚀，物理性状得到改变，从而变软、变疏松，容易清洗甚至自行脱落下来。同时，高速微射流使振动气泡外表处在很高的速度梯度和黏滞应力(到达lOOPa以上1下，这种应力也足以破坏固体外表的垢层而使其脱落。超声除垢处理前后效果图7图超声除垢

34、处理前后效果图2. 超声波阻垢与除垢技术的应用1在换热系统中的应用换热系统中的结垢问题相对其他工业过程是最突出的。换热器结垢所引起的投资、运行和维修费用十分巨大。在换热系统的超声波阻垢和除垢方面，国外有较多的应用报道。20世纪80年代印度已经采用超声波技术来防止化肥、磷酸生产浓缩阶段换热器的结垢。同一时期，在硫酸钠的生产中前苏联也开始采用超声波来阻止换热器外表的结垢并发现超声波的振幅对阻垢起着至关重要的作用，超声波振幅一般应大于2pum。近些年来，超声波阻垢技术在国内换热系统中的应用逐渐增加。刘天庆等采用超声波与臭氧联合处理技术对冷却水系统进行了处理，结果说明超声波具有控制污垢增长的效果。吕汉

35、迎将超声波阻垢技术应用于莱钢集团公司的浊水冷却循环系统中后，水冷电缆和变压器冷却器不再需要进行定期的化学清洗除垢，从而延长了水泵和炉体水冷件的使用寿命，降低了电炉的停机时间。孙晓霞等报导了中国石化金陵分公司重油催化裂化装置油浆循环系统换热设备应用超声波防除垢技术的情况。应用结果说明，超声波设备完全能够满足在线运行的工况要求，壳程介质进出口温差提高了35 。在除垢器连续运行的6个月内，油浆循环系统畅通无阻。2在冷却蒸发系统中的应用在工业生产过程中，冷凝器的结垢也较为常见。国内外均有不少关于超声波阻垢和除垢技术在冷凝系统中应用的报导，其中以用于制糖工业的冷凝过程居多。华南理工大学的丘泰球、姚成灿等

36、对阵列式超声波用于减少制糖过程蒸发器，冷凝器结垢进行了深入的研究，研究结果说明，垢层的生成速度大大降低，而且蒸发器，冷凝器的换热速率也得到显著提高，不仅节约了能源，还延长了设备的使用寿命，解决了蒸发罐结垢的老大难问题。卜全民等将超声波技术应用于造纸工业麦草亚铵废液冷凝器的积垢控制，显著提高了废液冷凝器的冷凝强度和传热系数，从而提高了设备的生产能力。李叶萌等也展望了超声波阻垢与除垢技术在真空制盐生产中的应用前景，说明超声波技术在蒸发，冷却系统中的应用范围还将得到不断的扩大。2.2.6 超声除垢技术小结表2.2超声除垢技术分析表除垢技术除垢本钱能否在线除垢是否污染环境清洗效果操作超声除垢技术低能否

37、好需专业人士操作由上表可知，超声波阻垢与除垢技术实现了阻垢与除垢的连续在线操作，而且自动化程度度高，工作性能可靠，不需要添加化学药剂除垢就能实现减污效果，对环境无污染，在各领域的广泛应用更加令这一技术越来越成熟更能说明该技术具有广阔的前景。但是该技术需克制的难关是超声波在除垢过程中是否对人体产生伤害，超声波发生装置在空调系统长管路除垢的技术问题等。2.3扭带自转自动除垢技术 2.纽带自动除垢的结构原理纽带自传自动除垢结构原理图12如下： 图纽带自动除垢结构图在每根传热管内，安装一条纽带在径向纽带与管内壁之间有较大的间隙，可以自由旋转；但是在轴向采用管口轴承和钩头轴将其定位纽带自动除垢的原理是，

38、运行时，传热管内一定流速的液体带动下，纽带自动旋转，纽带的两侧面刮扫热管内壁面上的污垢，到达连续、自动地清洗管内污垢的目的2.3.2 除垢纽带的材料研究传统纽带是一种强化管内传热的根本元件，并且材料均为金属，不仅导热性能好而且成型技术时间长但是，除垢纽带却不能采用金属主要原因是金属纽带与传管内之间有非常小的间隙数据待查，它的密度远大于水或水溶液，传热管大多为卧式，因此在重力作用下势必下沉到最低点运行时，自转的金属纽带与传热管的最低点内壁相接触，就不可防止地会出现除垢、摩擦、磨损、腐蚀四个方面的严重问题；(1) 自转的金属纽带与传热管的最低内壁相接触，就出现传热管内壁的下半周除垢较好，而上半周几

39、乎不除垢，根本失去了它的除垢功能，也就失去了它的主要价值(2) 接触处的摩擦力阻碍金属纽带的自转这就要求传热管内的液体有更高的流速值，才能带动金属纽带自转，从而大大缩小了它的应用范围(3) 接触处的摩擦，长期连续运行的结果，势必会发生管内壁的严重磨损问题要使这种磨损控制在不影响设备使用寿命的范围以内，就当今己有的技术水平而论，是极其困难的，工程上几乎是不可能的(4) 假设管内的传热介质是有腐蚀性的液体，那么接触处的摩擦磨损，会使金属纽带两侧边和管内壁的接触处都裸露出新的金属外表，从而出现无金属氧化膜保护的严重的破坏性的快速腐蚀通过多种方案的探索比拟，经过较长时间的试验研究后，除垢纽带假设采用传

40、统材料 金属是不会有成功的希望的，改用工程塑料研究后，金属纽带所遇到的四大问题几乎都可以得到满意地解决因为工程塑料的密度在10左右，而液体的密度绝大多数也是1左右因此，塑料纽带受到传热液体的浮力几乎等于自身的重量，两者大体上相互抵消这种情况下在流动液体中自转的塑料纽带，能较好地浮动在传热管的中心部位，较好地防止了金属纽带的最低点接触摩擦磨损问题的发生，使传热管上下半周的除垢均匀化由于工程塑料具有优异的耐腐蚀性，能很好地满足大多数或绝大多数传热介质的腐蚀性要求由于工程塑料具有优异的耐磨损性不仅解决了纽带自身的磨损寿命问题，而且它不会损坏金属外表的氧化膜因此较好地解决了传热管的寿命问题当然，采用工

41、程塑料纽带后，也出现了新的难题主要是工程塑料的耐热耐高温问题和制造塑料纽带专用设备的研制困难问题经过几年的试验研究后，已经得到比拟满意地解决，为这一新技术成果的规模生产应用提供了配套的工艺的和专用生产线的成套设备 塑料纽带的除垢能力试验塑料纽带的除垢能力试验，采用5段长度600 mm、 25×2铜管同心串接组装，铜管内装一条塑料除垢纽带铜管内壁有巩固程度不同的污垢通冷却水使纽带连续旋转除垢经过一段时间后，拆开分段检查铜管内壁外表的除垢情况试验结果记录如下表：表塑料纽带除垢能力测试表污垢种类除垢3天除垢15天油污已经除净硫酸钙-水玻璃混垢已经除净水玻璃-水泥制垢根本除净完全除净水玻璃-

42、锈垢已经除净硫酸钙-水泥混制垢未能除净完全除净试验结果说明：塑料纽带的除垢能力强，完全能够满足各种水冷设备的除垢能力要求，也足以满足绝大多数工业生产中其它传热设备的除垢要求。 工业应用与推广1992年开始首次工业应用用户是一家省农药厂，共4O多台冷却、冷凝设备，列管内都是通冷却水由于这批设备的传热管长度都是l 500 mm或2 000 mm，因此即使在当时制造除垢塑料纽带的专用设备尚未研制出来，也能采用手工制造应用几年来还没有要求拆盖清洗，用户反响使用效果好，(注：由于装置生产任务缺乏，断断续续开车至今，无法给出定量的效果数据)由于塑料纽带成型专用机械研制中的关键技术在较长时间里未能突破，因此

43、几年来许多重要的太用户的技改任务也就无法承接，严重障碍了这一成果的工业化应用直到1997年5月，终于成功地研制出第一台根本完善的塑料纽带成型专用机此后，可以比拟快地在氮肥厂、有机台成化工厂、大制药厂、卷烟厂、味精厂、农药厂等等企业中推广应用这一技术可以在各种列管式传热设备(换热器、冷凝器、蒸发器、冷却冷冻结晶器)中推广应用设备结构上立式与卧式均可以对设备的新旧程度没有任何要求，因为在旧设备改造过程中，对设备的本体可以不作任何改变和施工，这在推广应用中具有非常大的简便性对设备的管程数，传热管的管数和直径太小及其长度均没有什么限制因此，该技术适用的范围非常广阔成功应用这一先进技术成果的唯一要求是：

44、传热管内液体的流速不能太低，一般要求正常运行时的流速高于0·60-8 ms如假设传热管内壁比拟光滑，就可以取其较低值；反之，就需取其较高值 如假设管内的液体密度比拟大，那么可以取其较低值；反之，就应该取其较高值 塑料纽带除垢技术小结 表塑料纽带除垢技术分析表除垢方法除垢本钱能否在线操作是够污染环境清洗效果操作纽带自传自动清洗技术除垢本钱低能对环境五污染好无需人工操作由上表可知，扭带除垢技术除垢效果好而且能连续在线除垢对环境无污染，其中扭带的配套生产更是解决了这一技术广泛应用的最大问题，该技术只需要佩戴自传纽带，以后在线除垢不仅加强了换热效果而且还大大的节约了除垢本钱，减少了除垢过程中

45、繁杂的操作过程，而且对人体无害，自传扭带除垢技术将会有更加广泛的应用前景。2.4 多相流除垢技术研究2. 液固两相流防除垢技术20世纪七八十年代开始，研究者开始探索将多相流化床技术引入换热设备的防、除垢过程，取得了显著的效果。从液固流化床换热设备结构的开展过程看，经历了散式流化床、单根及多根下降管的内循环流化床和外循环流化床等多种型式。典型的散式流化床换热设备包括进口段、换热管束和出口段3局部。液体流过管束换热，而固体颗粒在其中保持稳定的流化状态。显然，保持液固流化床换热设备管束内的稳态操作是流化床换热设备设计的重点，它要求管束内液体流速和固体颗粒分布均匀。因此，液体和固体颗粒的均匀分布技术成

46、为液固流化床换热设备的关键。Klaren D G 首先提出了一种由进口段、换热管束和出口段3局部组成的散式流化床换热设备。其中进口段分为液体进口段和固体颗粒分布段，在进口管箱和颗粒流化段之间设有多孔板式液体分布板，同时通过在换热管延伸段开边孔以促进固体颗粒的均匀分布。Klaren D G为了进一步克服流化床换热设备操作上的不稳定性，又开发了一种外循环式流化床换热设备。液体和固体颗粒在下管箱内接触、流化并均匀混合，经分布板进入换热管束，从上管箱流出后经旋液别离器实现固液别离，液体从旋液别离器顶部排出，固体颗粒那么经外循环管返回下管箱中再次循环使用。这种外循环式流化床换热设备的最大优点在于管束内固

47、体颗粒分布均匀，系统操作稳定。2. 汽液固三相流防除垢技术进入70年代，学者们在池内沸腾传热研究的根底上，开始探索将惰性固体颗粒引入纯洁液体的沸腾传热过程，Gabor I D等 将固体颗粒参加到沸腾的水中，发现由于固体颗粒在加热外表处的存在，使汽泡更容易别离。Jone S W 等 证实了加热外表处固体颗粒层形成了气体通道，以及壁面上所产生的汽泡和形成的自然对流导致壁面处的颗粒层流化。其他学者的研究结果均说明，固体颗粒的存在不仅可以强化传热，而且还可以有效地改善沸腾传热的滞后特性 。这些早期对含固体颗粒的池沸腾过程的研究，为汽液固三相流防、除垢技术的应用奠定了必要的理论和实验根底。在工程实际中，

48、沸腾液体不可能是纯洁的，因而换热壁面上必然会一定程度地结垢。固体颗粒对换热面结垢的影响成为研究的重点。刘中良等 利用饱和硫酸钙溶液为沸腾工质，考察了引入固体颗粒(直径051mm的玻璃珠)后池沸腾换热外表上的结垢特性。研究结果说明：由于传质系数增大和局部加热面温度的升高，长期运行时反而使结垢过程加快。究其原因，可能主要是在池沸腾液体中参加固体颗粒后，固体颗粒的运动速度很低，与垢层之间的作用力很小缺乏以破坏垢层所至。80年代末到90年代初，我国的一些研究者将固体粒子参加到管内汽液两相流动蒸发沸腾系统中，并对固体粒子强化流动沸腾传热及防、除垢效果进行了初步研究，但其机理和模型与池沸腾有很大不同，有关

49、这方面的研究报道极少。李修伦等 镐 在汽液两相流动沸腾系统中参加玻璃球形成汽液固三相流沸腾传热系统，并对其传热性能进行了研究。研究说明：与两相流动沸腾传热系数相比，汽液固三相流动沸腾传热系数提高约两倍，同时玻璃球的参加还有很好的防垢效果，大大提高了沸腾传热过程的稳定性。他们认为，玻璃球的参加增加了汽化核心，破坏了传热边界层，增强了液体的湍动程度，从而有效地强化了传热；玻璃球频繁撞击加热壁面，防止了垢层的产生。李修伦等 采用铜粒子代替玻璃球，对上述汽液固三相流沸腾传热过程进行了进一步的研究，发现其强化传热效果大为提高。这主要是因为铜粒子的密度、导热系数和比热均比玻璃球高造成的。在上述研究的根底上

50、，张利斌等 参照快速流化床的根本原理，开发了一种新型的汽液固三相循环流化床蒸发设备，实现了固体颗粒的别离和再循环，满足了工业生产的实际需要。他们以饱和盐卤为工质，采用饱和水蒸气加热，考察了参加不同固体颗粒(玻璃球、陶瓷球、钛粒和钢球)的情况下，这种新型蒸发器的强化传热和防、除垢性能。李秀伦对上述蒸发设备的强化传热和防、除垢性能做了进一步研究，对固体颗粒种类的选择、固体粒子的磨损情况以及系统的压降等进行了研究，并提出了最优工艺参数范围。他认为：固体颗粒对流动沸腾传热过程的强化效果不仅与其密度、比热和导热系数等物性参数有关，还与工质对固体颗粒的润湿性能有关。多相流防除垢技术需要解决的问题综合分析以

51、上研究者对换热设备多相流防、除垢的研究，笔者认为仍须解决以下几个关键问题：a针对不同的物料特性，适中选择固体颗粒种类。不同的固体颗粒的物性不同，其对垢层的破坏作用和强化传热的效果也同。因此，选择固体颗粒时，应综合考虑固体颗粒的种类、形状、密度及导热系数等因素，颗粒既要有较高的机械强度和良好的韧性，在流动中不被撞坏，磨损量要足够小，以防流体流动不稳定和能耗过大，又要有良好的强化传热和防、除垢性能。选择粒子时，同时要考虑颗粒在特定的工况下，是否能够且容易被流化，流化的程度如何，在管内能否均匀分布；颗粒密度要适当，对管壁的碰撞力要足够大但对壁面的磨损量要小。b选择适当的固体粒子参加量，以到达既能防、

52、除垢又不使流动阻力剧增的效果。参加颗粒较多时，颗粒与管壁接触时机增多，碰撞频繁，扰动边界层能力提高，有利于防、除垢。但是颗粒参加量过大，可能引起流动阻力大为增加。C多相流防除垢技术的关键是要使换热设备中数量很多的上升换热管中的工况尽可能一致，同时上升管和循环管的结构和循环速度直接影响到固体粒子的流化程度和强化传热及防、除垢效果。d.循环速度加大，将使颗粒获得的动能加大，颗粒与壁面间的碰撞力增大，强化传热和防、除垢效果增强。但随着循环速度的增大，颗粒与液体间的摩擦损失加大、压降增加，能耗增大，所以存在一个适宜的液体循环速度。e对固体颗粒防、除垢机理做进一步研究。换热设备中的防、除垢问题，是涉及多

53、相流体力学、相变传热学、化学反响、结晶动力学甚至化学动力学、统计力学乃至外表科学等多学科的根底理论知识的一个极其复杂的研究课题。因此，对于不同类型的结垢，需要对其形成过程及规律进行更加深入的探讨，建立固体颗粒防、除垢模型，这需要改良现有实验方法，完善实验手段，以指导工程应用。f固体颗粒在多相流中的运动规律具有非线性系统的特性，因此研究换热设备的多相流防、除垢过程时，这种非线性性质应该引起研究者足够的重视。阻力要适宜，才能实现有效可靠的颗粒循环。因此，要尽量使固体粒子均匀分布，以防止无颗粒或颗粒较少的管内结垢而影响正常运行，这就需要在物料人口处设置液体和颗粒分布装置。有关分布装置的研究将是一个很

54、有价值的研究课题。 2. 多相流除垢技术小结表两相流与多相流除垢技术比照表：除垢技术优点缺点两相流除垢技术管程流体流动阻力增加不大，不仅强化了传热，而且成功地实现了在线防、除垢，运行相当稳定。较难实现固体颗粒的正常循环多相流除垢技术实现了固体颗粒的别离和再循环，满足了工业生产的实际需要; 实现了在线防、除垢，运行相当稳定。随着循环速度的增大，颗粒与液体间的摩擦损失加大、压降增加，能耗增大，所以存在一个适宜的液体循环速度。表多相流除垢技术分析表除垢技术除垢本钱能否在线操作是否污染环境清洗效果操作两相流除垢技术低能无污染清洗效果好而且能加强换热简单三相流除垢技术低能无污染清洗效果更佳,增强换热效果

55、更佳复杂由上两表可知，多相流技术比两相流技术更好，而多相流除垢防垢措施不但能防止污垢的形成,而且能除垢同时因为固体颗粒的参加而强化了传热增加了换热效率可以说是一举三得，但是因为该技术有对流速的限制因此有一定的局限性。当前的着力研究应该会令该技术逐渐走向成熟打破对流速要求的局限。2.5 诱垢载体沉积式除垢技术根据结晶学原理，水溶液中溶质的量大于其溶解度时，假设有诱发成核因素，如水中的其它固体粒或器壁，那么可成核析出晶体。我们在挂片实验中发现，光亮的试片外表很难生成垢层，而原有的管壁却极易成垢。这说明，尽管从热力学上说，已经具有了成垢的趋势但在什么地方成垢，那么与动力学因素有关。理论上哪种外表上析

56、出晶体时的自由能最低，那么该处最易成垢。在水中新生回相核需要的自由能高，因而最困难。光滑外表较之粗糙外表析出的自由能要高一些，所以成垢过程也就相对困难一些。同时不同材料，其外表析出的自由能也不相同锈蚀的外表较新加工的外表就容易成垢。在水壶中放入棉纱球垢将优先在棉纱球上生成，也是同样的道理因此，我们设想在地热利用设备之前，设计一种装置，提供析晶自由能更低的外表，使垢集中结在该设备中，使其后的地热利用设备不再结垢，然后将这装置定期翻开，加以清理。我们将提供析晶自由能更低的外表材料称为诱垢体，并将这一技术定名为诱垢载体沉积式除垢。2.5.l 工程问题的考虑载体法除垢装置需要串联在系统供水管网中。位于井泵之后，换热设备之前，它的可靠运行将是整个系统处于正常状态的保证这就要求对其进行可靠的工程设计。从全系统的平安运行考虑该装置必须满足以下要求：(1)地热水流经该装置时的阻力不可过大，以保证系统运行所要求的流量范围。(2)该装置必须承受相应的压力，以保证系统的平安运行。(3)该装置热损失不能过大，以保证地热能的利用率。2. 诱垢载