凝汽器自动 除垢强化换热装置-说明书-1.doc

北京天地宽广科技发展有限公司

凝 汽 器
自动除垢强化换热装置

王孔昌 13969109806

凝汽器自动除垢强化换热装置

前言：
汽轮机是火电厂的重要设备，通过汽轮机，蒸汽的热能转化为机械能，为发电机发电提供动力。凝汽器是汽轮机的附属设备，在凝汽器里汽轮机排汽转化为凝结水，体积缩小，压力降低，汽轮机进出蒸汽焓差增大，做功能力提高。凝汽器也为系统水汽循环提供了必要条件。凝汽器工作性能的好坏直接影响到系统的热经济性。衡量凝汽器工作性能的指标主要有端差和真空。
凝汽器是一个表面式换热器，在壳程里流动的是汽轮机排汽和凝结水，管程里流动的是冷却水。冷却水吸收蒸汽热量后蒸汽凝结成水，冷却水温度升高后排出凝汽器。表面式换热器存在换热管结垢的问题，凝汽器也不例外。凝汽器铜管内壁结垢会严重影响换热效果，大大降低系统的热经济性。凝汽器结垢影响主要体现在端差升高和真空降低。在系统来说主要是发电汽耗增加，煤耗增加，经济效益下降。
水垢的形成：
汽轮机组运行时必须有大量的冷却水通过凝汽器来冷却汽轮机排汽，循环冷却水的水温在15℃—35℃之间，适宜藻类和微生物繁殖。循环使用中，大量的水分被蒸发，而补充水中又含有杂质和盐类化物，冷却水的盐类不断浓缩，水中的碳酸氢钙浓度越来越高游离CO2-却不断挥发，使Ca（HCO3）2分解为CaCO3而析出形成水垢：
Ca（HCO3）2= CaCO3↓+CO2↑+H2O
碳酸盐水垢的产生严重影响了金属的传热效果，循环水温又适合藻类和微生物繁殖生长，脱落下的藻类易发生粘垢，致使循环冷却水水质不断恶化。
循环水在凝汽器铜管内流动，吸收大量的热量，保证了汽轮机正常运行。根据流体力学原理，液体在管道内流动分为层流和紊流两种基本现象。层流边层是紧靠管壁的一层，流速很慢，水中的CaCO3和粘垢最易滞留在管内壁上，形成水垢。
水垢的危害：
1、 凝汽器铜管内壁形成水垢后，换热效果下降，导致真空下降，能耗上升，严重时要降低发电负荷或停机清洗。据有关资料介绍，水冷设备换热器中水垢厚度为2.16mm时，传热系数平均下降51%，设备运行效率下降50%，而形成水垢的时间仅25天。如此短的积垢时间和低传热效率，导致凝汽器长期处在低效率中运行。
2、增加了冷却循环水系统的水流阻力，降低了冷却水的流量，增加了循环水泵的能耗。
3、由于水垢的热导率很低，因而急剧降低了凝汽器的传热系数，导致凝汽器真空降低，按照不同汽轮机的试验资料，真空度每降低1%，汽耗增加1～1.5%,当蒸汽流量不变，将降低汽轮机组的出力。据有关资料介绍，水冷设备换热器中水垢厚度为2.16mm时，传热系数平均下降51%，设备运行效率下降50%，而形成水垢的时间仅25天。
凝汽器结垢对真空度的影响
机组容量(Mw)
水垢厚度(mm)
真空降低(kpa)
真空度降低(%)
汽耗增加（%）
100
1.2～2.0
26.7 ～ 33.3
3 ～ 5
3 ～ 7.5
50
0.8～1.2
20.0 ～ 40.0
2 ～ 4
2 ～ 6
注：真空度降低1%，汽耗增加1～1.5%,当蒸汽量不够，降低汽轮机出力1～2% 。
4、水垢的附着，特别是粘泥的附着，会在附着物下部发生局部腐蚀甚至破裂和穿孔。水垢的附着凝汽器铜管会导致铜管堵塞，严重影响设备运行。
5、凝汽器铜管的损坏会造成凝汽器的严重泄露，情况严重或处理不当会造成锅炉水冷壁管的爆破，严重危及锅炉的安全运行。

装置原理：
在凝汽器铜管内安装本装置后，当汽轮机组运行时，无需外加动力，利用水的流速驱动本装置的旋转部件长期在铜管内不停地快速旋转，改变管内水的流动状态，强化换热。同时，破坏水垢和粘泥的形成机理，使水垢和粘泥不能在管壁上滞留，排除了结垢的可能。
装置特点：
采用高分子聚合材料制成，耐温0℃≤T≤100℃，自润滑，耐酸碱腐蚀，耐磨，抗老化，其密度与水的密度相近，能较好地浮动在管的中心部位，在运行时可避免与金属的硬摩擦，使管内除垢均匀化，同时还保护了金属表面的氧化膜，较好地解决了铜管的使用寿命。
装置安装：
自动除垢强化换热装置安装简单，不需对凝汽器本体作任何改动。
使用寿命及质量保证：
本装置设计使用寿命5年，无条件质保2年，质保期内出现产品质量问题免费更换。

适用范围：
所有的开式循环和直流冷却系统都能安装本装置，解决凝汽器的结垢和换热效率低下的难题，大幅度提高发电经济效益。
装置作用：
1、强化凝汽器换热管水侧换热效果（提高真空，降低端差）。
2、保持凝汽器换热管内长期干净无垢，无需清洗，提高设备寿命及有效运行时间。。
3、减缓垢下腐蚀，延长凝汽器换热管使用寿命。
4、减少发电汽耗0.1kg/kwh及以上,减少补充水量50％左右，减少加药量50％左右。
投资回收期：
用户在安装本装置后2～6月内收回投资。
安装、运行注意事项：
1、 在安装技术改造产品前甲方必须对凝汽器铜管进行彻底清洗，以免因存留水垢损坏改造装置和影响改造运行效果。
2、 凝汽器的循环水中无塑料袋，杂物，烂草，大的水生物等杂物。
3、 装置自安装完毕投入运行，循环水水质要保持安装改造前之状态，不能擅自改变，更不能突然停止加药。具体的加药量和循环水水质要在运行中摸索，循序渐进，以机组整体经济效益最大为依据。
4、 循环水量尽量维持在额定量，装置的自清洗和强化换热效果会更好，使凝汽器的换热性能处于最佳状态。因此提高真空取得的经济效益远大于因加大循环水量而增加的泵耗。
5、 定期检查各级滤网，及时清除杂物，减小流动阻力，保证循环水水质。

改造前：凝汽器铜管内壁水的流动呈现层流状态

装 置 原 理 图

改造后：凝汽器铜管内壁水的滞流层消失呈现紊流状态
本装置和胶球清洗装置的比较
胶球清洗装置的运行是人为控制的，是定期进行的。由于凝汽器本体结构的先天性（如局部涡流、流速不均、铜管管径不一等），使胶球的运动呈现概率性和习惯性，有的铜管长期或始终得不到清洗，凝汽器整体清洗效果不好，胶球回收率不高。胶球对硬垢无能为力，反而会使胶球卡塞在铜管里，造成换热损失。更重要的是胶球清洗装置没有在线强化换热的能力，不能大幅度提高凝汽器的换热效果，充其量只能使凝汽器的换热效果达到铜管为光管时的状态。
自动除垢强化换热装置是在凝汽器每根铜管里安装，在线连续清洗和强化换热，保证了铜管始终干净无垢，大大增强了铜管内壁对流换热能力，使凝汽器整体换热效果增强，远高于铜管为光管时状态，即设计状态。
自动除垢强化换热装置还免除了胶球清洗装置人工操作的随意性和能耗，减少加药量，减轻铜管垢下腐蚀，免除头疼的停机人工清洗，持续经济效益巨大，是当前取代胶球清洗装置的最佳产品。

自动除垢强化换热装置
真空KPa
其他清洗装置
时间

凝汽器自动除垢强化换热装置与其它清洗方式的比较
清洗方式
自动除垢强化换热装置
胶球清洗
化学清洗
高压水枪
机械清洗
在线除垢能力
强
弱
无
无
无
在线强化换热
强
无
无
无
无
保护氧化膜
是
是
否
是
否
腐蚀铜管
减缓
腐蚀
腐蚀
腐蚀
腐蚀
维持效果时效
长
较长
短
短
短
需要外力
否
否
是
是
是
发电负荷
增加
维持
增加
增加
增加
发电汽耗
减少
维持
增加
增加
增加

端差
减少
维持
增加
增加
增加
真空
增大
维持
减小
减小
减小
阻垢剂量
减少50％
持续
持续
持续
持续
补充水量
减少50％
持续
持续
持续
持续
操作难度
易
较易
困难
困难
困难

各种清洗方式的优缺点

优 点
缺 点
反冲洗
操作方便，安全可靠，可不停机清洗
仅冲掉泥沙、生物黏泥等松软物质，对硬垢无能为力
加阻垢缓蚀剂
通过化学吸附，阻止结晶成长或抑制晶体析出
原水水质对阻垢效果影响较大，需要经常添加阻垢缓蚀剂，加强排污，费用较高
人工机械清洗
不产生化学废液。
需停机清洗。劳动强度大，清洗不彻底
高压水枪清洗
对铜管损伤小，安全可靠
需停机清洗，仅冲掉泥沙、生物黏泥等松软物质，对硬垢无能为力
胶球清洗
不停机清洗，效果较好
需外加设备和动力，收球率低，无法去处钙、镁硬垢，沉积物垢下腐蚀严重
化学清洗
清洗彻底，结合高压水枪可除去生物黏泥钙、镁硬垢
对铜管造成腐蚀破坏，周期长，需镀膜，费用高，化学废液污染环境
自动除垢强化换热装置
运行安全，强烈扰动层流边界层，既能防止污垢形成，又能强化换热
成本略高于胶球清洗装置

北京首钢超群电力有限公司
1#机组凝汽器安装自动除垢强化换热装置前后
热 力 性 能 试 验 报 告

1 项目来源
北京首钢超群电力有限公司1#机组在2006年5月份的大修中，对凝汽器进行了改造，安装了自清洗强化换热装置。为评价1#机组凝汽器自清洗强化换热装置的运行效果，为机组运行提供依据，北京首钢超群电力有限公司对1#汽轮机组进行热力性能试验及凝汽器性能试验。
2 试验目的
应首钢公司要求，对1#汽轮机组进行热力性能试验及凝汽器性能试验，测取有关热力参数及循环水系统的主要运行参数，评价凝汽器改造的效果，为机组经济运行提供依据。
3 设备概述
3.1汽轮机技术规范
C60-8.83/1.27 汽轮机主要技术规范：
调节方式：喷嘴调节 额定功率：60MW
最大功率：63MW 主蒸汽流量：373.29t/h
主蒸汽压力：8.83MPa 主蒸汽温度：535℃
工业抽汽压力：1.275 MPa 设计背压：0.0061 MPa
设计冷却进口水温：20℃ 给水温度：199.2℃
额定工业抽汽量：200 汽耗（抽/冷）：6.219/3.709kg/kwh
热耗（抽/冷）：5905/9723.6kj/kwh
3.2凝汽器技术规范
凝汽器为对分、双道制、表面式结构，冷却水从下部的两个接管口流入前水室，流经第一道的铜管进入后水室，转折后，经过第二道铜管进入前水室上部排出凝汽器。其主要技术参数如下：
型号：N-3500型 型式：单壳体双流程
冷却面积：3500m2 冷却水流量：8455m3/h
冷却水温度：20℃ 铜管尺寸：Φ25×1×7170mm
铜管根数：6280
3.3试验结果的计算
△t：循环水进出水温差 δt：凝汽器端差 A：凝汽器换热面积3500m2
1#凝汽器改造前
1#机组2006年5月12日1:00～24:00抽汽回热运行工况
平均功率N=4.45KW 主蒸汽流量G1=210.29t/h 凝结水流量D2=91.75t/h 排汽温度Tc=42.67℃ 表计真空=-0.091MPa（排汽温度对应标准真空=0.093MPa） 循环水进水温度t1=19.38℃ 出水温度t2=27.86℃ 凝汽器端差δt=16.58℃ 抽汽发电汽耗=4.73kg/kwh
根据热平衡原理，凝汽器内蒸汽放热与循环水吸热相等：
凝汽器循环水实际流量为D：
D＝520*91.75/(27.86-19.38)＝5626t/h＝1563 kg/s
循环水吸热量Q:
Q＝D*（h’2-h’1）＝1563*(27.86*4.2-19.38*4.2)＝55668kJ
循环水进出水对数平均温度：
△ tm ＝△t/ln(1+△t/δtm)＝（27.86-19.38）/ln(1+(27.86-19.38)/ 16.58)＝20.53 ℃
由凝汽器的热量传递公式Q=KA△tm可知凝汽器传热系数K：
K＝Q/A/△tm ＝55668/3500/20.53＝ 0.7747 kW/(m2.℃) ＝ 774.7 W/(m2.℃)
1#凝汽器改造后
1#机组2006年7月18日10:10～10:45纯凝回热运行工况测试
平均功率N=5KW 主蒸汽流量G1=180.8t/h 凝结水流量D2=138.43t/h 排汽温度Tc=40℃ 表计真空=-0.091MPa（排汽温度对应标准真空=0.0939MPa） 循环水进水温度t1=26℃ 出水温度t2=36.14℃ 凝汽器端差δt=3.86℃ 纯凝发电汽耗=3.61kg/kwh
根据热平衡原理，凝汽器内蒸汽放热与循环水吸热相等：
凝汽器循环水实际流量为D：
D＝520*138.43/(36.14-26) ＝7099 t/h ＝1971.9 kg/s
循环水吸热量Q:
Q＝D*（h’2-h’1）＝1971.9*(36.14*4.2-26*4.2) ＝83979.28kJ/s
循环水进出水对数平均温度：
△ tm ＝△t/ln(1+△t/δtm)＝（36.14-26）/ln(1+(36.14-26)/3.86)＝7.87 ℃
由凝汽器的热量传递公式Q=KA△tm可知改造后的凝汽器传热系数K：
K＝Q/A/△tm＝83979.28/3500/7.87＝3.0488 kW/(m2.℃) ＝3048.8 W/(m2.℃)

4、结论
1#凝汽器改造前：平均端差为16.86℃,传热系数平均为774.7 W/(m2.℃),抽汽工况下发电汽耗平均为4.75kg/kwh。
1#凝汽器改造后：平均端差为4.08℃,传热系数平均为3048.8 W/(m2.℃),纯凝工况下发电汽耗平均为3.61kg/kwh。
改造后传热系数提高了2284.35 W/(m2.℃)，端差下降了12.78℃，纯凝工况下实际发电汽耗好于纯凝工况下设计发电汽耗3.709kg/kwh（设计参数为进水20℃，循环水量为额定水量等）。
综上所述，1#凝汽器安装自清洗强化换热装置后运行效果明显，改造是成功的。
13

1#凝汽器运行参数表

2006-5-12
改造前
时间
功率
主汽压力流量
真空
排汽
排汽温度
端差
凝结水
循环水
凝结水流量
汽耗率
#1
#2
小计
对应真空
温度
入口
出口（南）
出口（北）
温升
t
万KW
Mpa
T/h
Mpa
℃
Mpa
℃
℃
℃
℃
℃
℃
T/h
kg/KWh
1
4.5
8.8
8.8
209
0.091
43
0.0927
18
42
19
29
25
8
98

2
4.4
8.7
8.7
210
0.091
43
0.0927
17
43
19
30
26
9
101

3
4.3
8.7
8.7
204
0.092
42
0.0931
17
41
19
29
25
8
92

4
4.4
8.8
8.8
213
0.092
42
0.0931
17
42
19
29
25
8
92

5
4.4
8.7
8.7
210
0.092
42
0.0931
17
42
19
28
25
8
91

6
4.4
8.6
8.6
205
0.092
42
0.0931
17
42
18
29
25
9
95

7
4.4
8.7
8.7
214

0.092
42
0.0931
17
42
18
29
25
9
99

8
4.4
8.7
8.7
213
0.092
41
0.0935
16
42
18
29
25
9
94

9
4.3
8.7
8.7
207
0.092
41
0.0935
16
41
19
29
25
8
90

10
4.4
8.8
8.8
215
0.091
43
0.0927
17
43
19
29
26
9
92

11
4.4
8.8
8.8
209
0.091
43
0.0927
17
43
19
30
26
9
93

12
4.4
8.8
8.8
216
0.091
44
0.0922
18
44
19
30
26
9
99

13
4.4
8.7
8.7
210
0.091
43
0.0927
17
43
20
30
26
8
94

14
4.4
8.7
8.7
214
0.091
42
0.0931
16
43
20
30
26
8
95

15
4.4
8.8
8.8
216
0.091
42
0.0931
16
43
20
30
26
8
97

16
4.6
8.8
8.8
216
0.091
43
0.0927
16
43
20
30
27
9
92

17
4.6
8.8
8.8
213
0.091
43
0.0927
16
43
20
30
27
9
94

18
4.6
8.8
8.8
209

0.091
43
0.0927
16
43
20
30
27
9
10

19
4.5
8.7
8.7
205
0.090
44
0.0922
17
44
20
30
27
9
98

20
4.5
8.6
8.6
210
0.090
43
0.0927
16
44
20
30
27
9
102

21
4.5
8.7
8.7
215
0.090
43
0.0927
16
43
20
30
27
9
97

22
4.6
8.7
8.7
212
0.090
44
0.0922
17
44
20
30
27
9
96

23
4.5
8.6
8.6
208
0.090
43
0.0927
15
43
20
31
28
10
92

24
4.4
8.8
8.8
194
0.091
43
0.0927
16
44
20
30
27
9
99

小计
106.7

5047

平均
4.45
8.72917
8.72917
210.29
0.091
42.67
0.0928
16.58
42.79
19.38
29.63
26.08
8.48
91.75
4.73

备注：抽汽运行工况，抽汽平均压力0.7MPa，平均温度270℃，平均流量25t/h

1#凝汽器运行参数表

2006-7-18
改造后
时间
功率
主汽压力流量
真空
排汽
排汽温度
端差
凝结水
循环水
凝结水流量
汽耗率
#1
#2
小计
对应真空
温度
入口
出口（南）
出口（北）
温升
t
万KW
Mpa
T/h
Mpa
℃
Mpa
℃
℃
℃
℃
℃
℃
T/h
kg/KWh
10:10
4.951
8.8
8.8
180.8
0.092
40
0.0939
4
41
26
36

10
142

10:15
4.934
8.9
8.8
184.3
0.091
40
0.0939
4
41
26
36

10
135

10:20
5.004
8.8
8.8
185.4
0.091
40
0.0939
4
41
26
36

10
141

10:25
5.108
9
8.8
187.5
0.092
40
0.0939
4
41
26
36

10
136

10:30
5.072
9
8.8
186
0.092
40
0.0939
4
41
26
36

10
134

10:40
4.993
8.9
8.7
185.6
0.091
40
0.0939
4
41
26
36

10
139

10:45
4.96
8.9
8.7
184
0.091
40
0.0939
3
41
26
37

11
142

小计
35.022

1294

平均
5.00
8.9
8.77
184.80
0.091
40.00
0.0939
3.86
41.00
26.00
36.14

10.14
138.43
3.69

备注：纯凝回热运行工况：抽汽量＝0