超声波除垢技术在电厂凝汽器的应用分析[1]

科技信息○电力与能源○SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION2009年第29期

超声波除垢技术在电厂凝汽器的应用分析

戴文华

单以建

（徐州垞城电力有限责任公司江苏

徐州

221000）

【摘要】超声波清洗技术以其除垢、防垢、防腐、提高换热效率、杀菌灭藻、环保节能等杰出的性能在电厂凝汽器清洗方面得到应用，产生积极的经济效益并将得到大面积推广。

【关键词】超声波；污垢；气泡；凝汽器；端差

0.引言

目前大部分发电厂的凝汽器清洗一般采用化学清洗（酸性）、胶球清洗或者停机后机械清洗的方法。采用上述方法不但会浪费高繁重的人力，还有可能造成凝汽器铜管的表面受损，破坏生态环境。另外在几次的清洗之后水垢还会重新产生，反复造成电厂燃煤的损失，增加生产经营成本。

器共需USP-400型机器40台。

3.2机器安装

3.2.1换能器的分布位置示意图见附图一：

1．超声波除垢原理和特性简介

本方法的实质就在于借助于专用的除水垢机器，使在凝汽器水室流动的循环水中产生超声波振动，在超声波振动下循环冷却水中产生了许多真空气泡。这些气泡的周围，如同许多的结晶中心，在水中开始形成硬盐，形成细小的沙状物。受热表面上的振动使金属与水之间产生高速微流和空化效应，即超声波在形成气泡后突然破裂(闭合)的瞬间能产生超过1000个大气压力，这种连续不断产生的瞬间高压强烈冲击物件表面，破坏垢类生成和在管壁沉积的条件，阻碍了这些沙状物在管壁上的沉淀。使循环冷却水中尚未结晶的盐及已结晶后难溶解的盐形成悬浮的状态，不存留在设备的管壁表面，被冷却水流带走，通过排污排除，以达到防垢之目的。

2．现场应用分析

以某电厂135MW机组配套的N-8000-1型凝汽器为例进行分析：

2.1相关数据采样见表一:

表一

凝汽器型号冷却面积（m2）冷却管总数(根)

附图一

数量（台）冷却水流量（t/h）冷却管规格(mm)

USP机器换能器安装位置示意图

某凝汽器有关参数

2个18830φ25×1

N-8000-1800013378

2.2结垢现状：钙镁离子，硬垢，结垢速度较快。2.3冷却水源：循环水，取自于京杭大运河。

2.4水垢形成机理分析：循环冷却水系统主要存在的污垢问题是水垢、腐蚀、菌藻及污垢所形成的复合垢，形成因素也是多方面的。一方面，循环冷却水是一个敞开式的循环系统，在系统正常运行时，由于受天气和环境的影响，空气中的灰尘、杂质、细菌和可溶性固体通过冷却塔进入系统中，久而久之，就会沉积在换热器的换热表面上，形成污泥。另一方面，在高温季节，循环冷却水水温一般在30~40℃之间，其温度和PH值都适合大多数微生物的繁殖生长，并且随着循环冷却水的不断循环蒸发，水中的营养源也随之增加，更促使微生物大量繁殖。微生物与污泥掺混在一起，形成生物粘泥，并最终形成生物垢。更为严重的是随着高温冷却水通过冷却塔不断的向大气中蒸发散热，塔池内的冷却水不断被浓缩，水中的一些微溶或难溶碳酸盐类物质如CaCO3、MgCO3等结晶析出而附着于凝汽器铜管换热面上，形成质地较为坚硬的水垢。

3.2.2主机：

共40台主机，每台主机分别安装在前、后换能器对应的位置附近。用户需将每台防垢装置的电源线AC220V±10%2A接至主机。

3.2.3换能器：

每台凝汽器安装40台USP-400除垢机器，配置80只换能器。其中：前管板处40只；后管板处40只。换能器位置分布参见图1。将换能器按图一布置（具体位置以现场安装时测量为准）分别焊在凝汽器的壳体位置上，换能器通过电焊直接和凝汽器壳体紧密连接，以减少能量的损失。

3.3预测效果

3．3．1一般条件下：

⑴如安装防垢装置前未经过任何防、除垢处理，投入使用后，垢层不再增加，原有垢层逐渐脱落，直至实现动态无垢化运行。

⑵如安装防除垢装置前先进行彻底的化学清洗除垢，投入使用后即可达到动态无垢化运行。

3．3．2实现了在线防垢和除垢同步进行，不再需要停产进行化学清洗和用其它方法除垢。

3．3．3由于传热表面产生的高速微涡，破坏了介质的隔热层，提高了传热效率，保持系统畅通，降低循环水泵电耗。

3．3．4减少了由于结垢而造成的垢下腐蚀及氧化锈蚀，保证了设备运行的安全性，延长了设备的使用寿命。

3．3．5使用期间不需任何维护工作。

3．除垢机器应用技术方案

3.1USP除垢机器数量选择

3.1.1除垢能力计算：现以某USP-400机器的相关参数为例分析，1个换能器可以去除100-150m2换热面积的水垢，鉴于该凝汽器铜管的结垢为硬垢，所以取下限，取1个换能器可以去除100m2换热面积的水垢，一台机器带2个换能器，即一台USP-400机器能除200m2换热面积的水垢。

3.1.2设备数量选择：该N-8000-凝汽器的总换热面积是8000m2，需要USP-400机器的数量8000m2÷200m2/台=40台。即一台凝汽

4．综合经济效益分析

4.1端差对效益的影响

以135MW机组为例，装配N－8000－1型凝汽器，正常运行中凝汽器端差控制在6℃以内，运行一段时间后，凝汽器端差就升高到9℃左右，严重影响机组经济运行。

造成端差大的主要原因是循环水中的污泥、微生物和溶于水中的碳酸盐析出附在凝结器铜管水侧产生水垢，形成很大（下转第1012页）

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对付微电子程控窃电行为，在加强铅封检查和管理的同时，还可以通过现场效验的方法进行查处，最好在现场效验时选用大电流虚拟负载（校验仪生产厂家配有）。尽量避免校验过程中电源断电。

4.谐波窃电

谐波窃电行为，是笔者认为目前几乎没有防范措施的一种窃电行为，由于危害巨大所以只能做概括描述。其窃电实现手段为将持续用电电流，改为间歇用电电流。例如，正常的用电是一个电流连续的过程，但这种窃电是用很大的储能元件在很短的周波内完成取电，而后很长的时间内逆变使用。在我们的计量设备端造成几十倍，乃至百倍的过载，对计量设备形成饱和过载（图三），使其无法正常计量，达到窃电的目的。

厂家电表程序代码泄露，或者被专业从事窃电行为的公司解密，以谋取非法利益。这种窃电行为是通过笔记本电脑等专业工装，直接对电表进行程序修改，达到改变电表计费的目的，窃电具体表现不确定，例如修改电表常数等。但是由于比较隐蔽，窃电相对实施容易快捷，危害比价大，往往成批成片出现。

防范措施为，加强电表表箱的锁闭，特别是大用户，要严格限制用户能够直接连接电表的控制线，或者接触电表。据我所知很多表计的程序改写，需要损害铅封，铅封识辨和鉴定以及严格管理，仍是重中之重。

6.结束语

窃电的防治是一个比较长远的课题，防窃电人员和生产厂家要不断的总结出现的窃电行为，分析讨论窃电原理，反制措施。加大自己对相关技术的了解和学习，力争要做到防范在源头，事发能查处。

综上所属，计量设备的的锁闭以及入表线路的防护，是防范窃电的有效手段。但真正能够对高技术窃电行为最有有效的反制措施，还是铅封的管理。研发一种能够便于识别、不宜伪造和流失的电表密封签，将是一个非常有效的措施；也可以采取无封电能表。因为能有效的杜绝发生才是最好的反窃电手段。

由于担心成为窃电教科书，所以本文对窃电具体细节不能展开论述，

着重从防范入手，分析窃电的成因以及对策，有兴趣的反窃电同行可另行沟通。科

图三

这种窃电行为，几乎不涉及计量设备。也就是说，我们的反窃电人员可以眼睁睁的看着窃电行为的发生，而在计量设备上丝毫没有反映。但是，这种窃电方法成本比很高，窃电容量比较小，一般都在50KVA以下，对专业知识要求非常高。

欧美国家，也是在近些年才对计量设备进行防范，我国目前的计量设备几乎没有对此种窃电行为进行有效的防范。

其实谐波窃电行为，在正常的使用过程中，会经常遇到，有时候我们会只知道线损很大，但总找不到问题所在。譬如电弧冶金，冲压锻造等，负荷波动巨大的用户，就会出现短时过载，引起计量设备饱和，达到理论上的少计量。上述是一种无意识少计电量的行为，但是对我们的线损指标有较大的危害。如果是人为有意达成计量过载，就是一种窃电行为。

主要防范的方法有，入户线的备用容量不要过大，计量装置要选取过载倍数比较大的。对于这类负荷的用户，在报装设备选型时，计量设备必须考虑负荷的波动范围，在计量设备的选取上，应偏大一到两档，必要时加装限流电抗器。除此之外似乎也没有更好的防范措施。

【参考文献】

［1］张有顺.电能计量基础（第二版）.北京:中国计量出版社，2002.［2］东北电业管理局营业管理处.电能计量技术问答，1991.［3］刘庆余.自校电能表的研制与开发.电册与仪表，1990.

［4］张乃国.电测技术问答(第一版).北京:中国计量出版社，1986.［5］陈立周.电气测量（第一版）.北京：机械工业出版社，1984.［6］杨本渤.高精度电能仪表的发展概况.电测与仪表，1990.

［7］娄和恭等.发电厂变电所电气部分（第一版）.北京：水利电力出版社，1994.［8］徐平，李金灿等.电控反自动化设备可靠性工程技术.北京：机械工业出版社，

1998.

［9］康华光.电子技术基础（第三版）.北京：高等教育出版社，1988.［10］雷文.电能计量.北京：中国电力出版社，2004.

作者简介：刘素娟(1975—)，女，大学本科毕业，郑州供电公司，工程师，输配电及用电工程专业，从事电力系统计算机测控技术、反窃电稽查、集中抄表方面的研究及营销管理工作。

王建新，输配电及用电工程专业，上街分局副局长。

5.485通讯等窃电

485通讯等窃电行为，是一种典型的技术泄密事件，一般是电表

［责任编辑：汤静］

（上接第1023页）的热阻，使传过同样热量时传热端差增大，凝结器排汽温度升高，真空下降。

根据N－8000－1型凝汽器热力计算说明书查得：其设计传热端差为4℃。经测试机组的平均传热端差为9℃左右，较设计值大5℃。

根据公式tz＝t1＋△t＋δt，式中：tz：凝汽器排汽温度。℃t1：循环水入口温度，取20℃，

△t：循环水在凝汽器中的温升，取13℃，Δt：凝汽器端差，取9℃，

则：tz＝42.14℃。对应的排汽压力，Pk′＝-0.0085MPa。

由于端差增大5℃，使汽轮机热耗率增加1.69％，供电煤耗增加

·8.31g／kWh（标煤）。

经计算，机组发电煤耗率增加8.31g／kW·h（标煤），年多耗标准煤9700吨，标煤按700元/T计算，折合人民币约679万元，对电厂的经济效益影响很可观。

4.2真空对效益的影响

根据《电厂凝汽器》介绍的实验数值：真空每降低1％，影响汽轮机热耗率增加0．86％，真空降低2％，影响热耗率增加1．72％，影响供电煤耗增加6．97g／kW·h（标煤）。凝汽器真空每下降1kPa，汽轮机汽耗会增加1.5%～2.5%。以135MW机组为例，真空每下降1kPa，煤耗增加

3.4g/kWh。

正常情况下，一般真空都会下降4kPa，煤耗增加13.6g/kWh。根据等效焓降法计算真空度每提高1%，标准煤耗下降3.4g/kWh。若135MW机组满负荷运行则可节约标准煤1.84t/h以上，标煤按700元/T计算，则可节约人民币1285元/h，若每年发电按5000小时计算，每年可节约发电成本640万元。N-8000-1型凝汽器的节能效果可以参照上述内容计算，按照135MW机组N－8000－1型凝汽器节能的1/2计算，每年可节约发电成本320万元。

5．结论

超声波除垢技术的应用不仅仅具有技术和经济上的意义，而且具有积极的社会意义，是构建节约型社会的一种有效技术手段。科

【参考文献】

［1］杨善让.汽轮机凝汽设备及运行管理.[M].水利电力出版社，1993年01月．作者简介：戴文华（1970—），男，助理工程师，江苏兴化人，从事火电厂汽机专业技术管理19年。

［责任编辑：张艳芳］

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