1、 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，从而在一定程度上解决结垢腐蚀问
2、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 目 录 引 言 . 1 第一章 凝汽器设备 . 2 1.1 凝汽设备的组成与作用 . 2 1.1.1 凝汽设备的组成 . 2 1.1.2 凝汽设备的作用 . 3 1.2 凝汽器的运行 . 4 1.2.1 凝汽器的汽阻 . 4 1.2.2 凝汽器的水阻 . 4 1.2.3 凝
3、结水过冷 . 4 第二章 凝汽器铜管结垢原因分析 . 6 2.1 凝汽器水侧污垢的类型 . 6 2.2 水垢 . 6 2.2.1 水垢的组成及特性 . 6 2.2.2 水垢的形成过程 . 7 2.2.2.1 碳酸钙垢、碳酸镁垢的形成过程 . 7 2.3 粘泥垢 . 8 2.3.1 粘泥附着机理 . 9 2.3.2 淤泥堆积机理 . 10 第三章 凝汽器结垢危害 . 11 3.1 凝汽器冷却水管结垢的危害 . 11 3.2 凝汽器结垢对凝汽器性能的影响 . 12 3.2.1 凝汽器结垢对端差的影响 . 12 3.2.2 凝汽器结垢对汽轮机功率的影响 . 14 第四章 凝汽器除垢 . 15 4.1
4、 机械清洗 . 15 4.1.1 高压水射流清洗 . 15 4.1.1.1 高压水射流清洗技术简介及其发展趋势 . 15 4.1.1.2 高压水射流冲击下垢体的破坏 . 16 4.1.2 胶球连续清洗技术 . 17 4.1.2.1 胶球清洗技术简介及其发展趋势 . 17 4.1.2.2 胶球清洗技术的原理 . 17 4.1.2.3 胶球清洗系统的主要问题 . 18 4.1.2.4 胶球清洗系统的运行 . 19 4.1.3 静电水处理法 . 20 4.1.3.1 静电水处理法的简介 . 20 4.1.3.2 静电水处理器的结 构 . 21 4.1.3.3 静电水处理法的机理 . 22 4.1.4
5、 高频电磁场水处理技术 . 23 4.1.4.1 处理设备及物理原理 . 23 4.1.4.2 高频电磁场防垢原理 . 24 4.1.4.3 高频电磁场除垢原理 . 25 4.2 化学清洗 . 25 4.2.1 加酸法 . 26 4.2.2 二氧化碳法 . 26 第五章 凝汽器阻垢 . 28 5.1 换水处理 . 28 5.2 净水滤网处理 . 28 5.3 阻垢剂处理 . 28 5.4 软化处理 . 29 5.4.1 离子交换软化法 . 29 5.4.2 石灰软化法 . 30 5.5 超声波防垢器的防垢 . 31 5.5.1 空化效应 . 31 5.5.2 活化效应 . 32 5.5.3 剪
6、切效应 . 32 5.5.4 抑制效应 . 32 5.6 加酸处理 . 32 结论 . 34 参考文献 . 35 谢 辞 . 37 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
7、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、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
8、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 1 1。 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 在 凝汽器
9、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 3 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 1 2 为表面式凝汽器结构示意图 。
10、 图 1 2 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：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 4 比焓降，提高其热经
11、济性。近代汽轮机的设计排气压力一般都在 0.0029 0.0069MPa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
12、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
13、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。 5 由于凝结水过冷，表明蒸汽冷凝过程中，传给冷却水的 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。
