汽轮机冷凝器水污垢问题与冷凝器自动胶球清洗装置技术分析？

     汽轮机冷凝器水污垢问题与冷凝器自动胶球清洗装置技术分析？通过定量计算论证了汽轮机冷凝器管内水垢问题对于保障发电机组运行效率的重要性，阐述了冷凝器自动胶球清洗装置技术的水垢自动连续清洗及其冷却强化的工作原理。人工污垢模拟清洗试验表明足以满足汽轮机冷凝器自动胶球清洗装置能力要求，试验实测的冷却强化幅度在10%左右。举例计算了125MW机组冷凝器采用冷凝器自动胶球清洗装置清洗技术的经济效益将高达每年数百万元。

     冷却水的污垢热阻很大。即使只有零点几毫米的水垢就会引起汽轮机运行真空度的显著下降。30万kW的机组冷凝器如果水垢0.5mm，可以使汽轮机真空度下降8%以上，相当于锅炉效率降低10%。如果水垢厚度达到1mm，不仅使发电煤耗增长80g／kW·h，使机组每小时多耗煤24t，还将降低出力20%以上，机组每小时电能减产上万元。全国火电机组的装机容量达到1.61亿kW以上，且每年新增装机容量110万kW以上。因此，研究电厂冷凝器水垢的自动清洗技术具有很大的经济意义。

1汽轮机冷凝器的水垢问题

1.1无垢传热系数K0值的确定

     汽轮机冷凝器管内侧的对流传热系数按Sieder和Tate关联式[3]计算：ai=0.023(dp)0.8(以)0.4(1)直排冷却水的进出口年平均温度分别为18℃、30℃，铜管中25x1，流速u=1.8m／s。按(1)式算得冷却水侧的对流传热系数：aI=6704W／(m2·K)。管外蒸汽冷凝系数，按水平管束膜状冷凝的Kern公式：a0=0.725(nmAt)1／4(2)无垢时的真空度为92.3%，对应的饱和蒸汽温度为40.6℃、算得管壁的温度为36.4℃。垂直方向的单排平均冷凝管数取n=25。计算的a0=7302W／(m2·K)。管外为洁净的蒸汽，取管外垢阻Rso=0。根据以上计算结果及取值，经计算得：K0=3366W／(m2·K)设计计算方法得到的结果：K=1mxBCw0.5=0.94x1.01x0.85x2705x(1.8)0.5=2929W／(m2·K)采用本文的冷却强化试验结果计算得到的传热系数为：

K0=4ll7W／(m2·K)按照本文的冷却强化试验测值计算的结果远高于上述两种计算方法的结果，主要是因为单管试验的管外测蒸汽冷凝液膜很薄，没有考虑多排管冷凝的影响，且不考虑污垢影响。理论计算值高于工程设计值，因为工程设计考虑污垢影响，取传热面洁净系数m=0.85，若不考虑其污垢影响反算的结果将是K0=3446W／m2·K。与理论计算结果非常接近，两者只相差2.4%。在本文的以下分析中，为了使污垢对传热系数影响幅度讨论的略偏保守，取理论计算值与设计计算值的平均值，即：K0=(3366+2929)x0.5=3l47.5W／(m2·K)1.2无冷凝器自动胶球清洗装置时污垢对传热系数K值的影响凝汽器的水垢太复杂，各厂差别很大。均取污垢层的导热系数为l.75W／(m·K)。对不同厚度的污垢分别计算的K值及其污垢的影响幅度见表l。上述分析结果非常有力地表明，汽轮机冷凝器对水垢非常敏感，

表1冷凝器不同厚度污垢对传热系数的影响幅度

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

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厚的水垢就会使冷凝器的传热系数下降一半。因此，要维持发电机组稳定高效地运行，必须有自动的连续清洗技术作为保障。

2冷凝器自动胶球清洗装置清洗技术研究

     在汽轮机凝汽器的冷凝管内安装一条塑料螺旋冷凝器自动胶球清洗装置(图l)。随管内一定流速的冷却水的流动而自动旋转，同时产生振动和摆动。塑料冷凝器自动胶球清洗装置的两侧边刃对管内壁的污垢层进行刮扫，并且还有碰撞挤压的作用，达到自动清洗作用。这种连续清洗技术对原本无垢的传热面具有很好的防垢保洁作用。

图l冷凝器自动胶球清洗装置的污垢清洗

     为验证这种自动清洗技术能否满足汽轮机冷凝器水垢连续清洗的要求，为此用3根电厂冷凝器的铜管中20xlx2000进行螺旋冷凝器自动胶球清洗装置清洗能力的模拟试验对比研究。3根铜管内都用同一比例的水泥和碳酸钙配制的人工污垢涂刷，厚度大约lmm，比实际的冷凝管内污垢坚硬许多。安装好不同材质(lD、2E、3F)制造的塑料冷凝器自动胶球清洗装置，开泵通水进行污垢清洗能力试验。7d后拆卸解剖观察清洗效果。试验结果见表2。

表2人工模拟污垢清洗能力试验结果

冷凝器自动胶球清洗装置材质 铜管尺寸 人工模拟污垢配制 清洗条件 清洗效果

lD 水泥l6%和 管内流速 不干净

2E 中20xl 碳酸钙84% l.50m／s， 很干净

3F 加乳胶调制 连续运转7d 干净

人工污垢清洗模拟试验表明，冷凝器自动胶球清洗装置的污垢清洗能力足以满足汽轮机凝汽器污垢自动连续清洗的要求。

3冷凝器自动胶球清洗装置的冷却强化作用

     汽轮机冷凝器管内安装的塑料螺旋冷凝器自动胶球清洗装置，不仅有自动清洗作用，而且还有一定的冷却强化作用，因为冷却水改变了原先的流动状态，不再是直线流动，而是作螺旋线流动，增长了冷却水流动路程。冷凝器自动胶球清洗装置的两侧对管内壁刮扫的结果，加强了边界层流体的扰动，同时增强了边界层流体与主流流体的混合，从而使对流传热过程得以强化。

     进行了铜管内安装冷凝器自动胶球清洗装置前后的传热系数对比试验，试验系统如图2所示。用水泵抽出水池中的冷却水，经过转子流量计测出流量后，进入冷凝铜管带动管内的螺旋冷凝器自动胶球清洗装置旋转；冷却水的进出口温度由精密温度计测出；铜管外加热蒸汽由40kW的蒸汽发生器供给。改变冷却水的流速，测出冷凝铜管内安装冷凝器自动胶球清洗装置前后两种工况下的传热系数。对比试验的结果如图3曲线所示。

     从对比试验曲线可知，安装冷凝器自动胶球清洗装置后的冷却强化幅度范围为9%-l2%。2冷却强化对比试验系统示意图图3冷却强化对比试验结果

4冷凝器自动胶球清洗装置技术经济效益

     评价自动清洗技术对提高真空度的作用，必须以安装清洗冷凝器自动胶球清洗装置前后的凝汽器的负荷不变为前提条件。因此，可以按一般传热方程式Q=KS△tm=const，根据传热系数K值提高后，需要的传热温差减少，计算出相应的蒸汽的冷凝温度-冷凝压力随之降低幅度，得到真空度提高的幅度。计算评价中，设安装冷凝器自动胶球清洗装置自动清洗后(清净无垢时，并且传热强化后)凝汽器真空度为93%，冷却水的进出口年平均温度为24℃。分别计算出污垢厚度不同的原冷凝器(又无传热强化)的真空度和相应的蒸汽冷凝温度。

     在汽轮机进汽温度不变的条件下，排汽温度每降低l0℃，装置效率可提高3.5%左右；凝汽器压力每改变l%，中压汽轮机功率将改变l%，高压汽轮机将改变0.8%。通过对比安装自动清洗冷凝器自动胶球清洗装置前后真空度，得到真空度提高幅度和中压汽轮机机组出力的增加幅度。计算结果汇集于表3。

表3不同厚度污垢冷凝器机组安装冷凝器自动胶球清洗装置后出力增大的幅度

冷凝器原有污垢厚度／mm 安装冷凝器自动胶球清洗装置使K值提高的幅度／% 冷凝温度／℃ 真空度／% 机组出力增 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

术无疑可以产生相当高的经济效益。

     试以125MW的汽轮机机组冷凝器污垢问题为例进行分析。若采用冷凝器自动胶球清洗装置技术前的污垢厚度分别为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5mm，采用冷凝器自动胶球清洗装置自动清洗技术后，按高压汽轮机机组分别可以提高1.76%、3.4%、6.56%、7.36%、10.16%的出力。设机组的年运行时间为70h，每度电的效益为0.15元，则多发电的增产效益分别可以达到每年231、452、574、601、1028万元。

汽轮机冷凝器管内的水垢会严重影响发电机组的运行效率。

     1)冷凝器自动胶球清洗装置连续清洗技术，不仅能够满足汽轮机冷凝器的水垢清洗要求，而且还具有幅度一般在10%以上的冷却强化功能。

     2)采用冷凝器自动胶球清洗装置连续清洗技术可以使发电机组获得相当高的经济效益。