第三界中国石油化工节能论坛2007年交流材料
螺旋纽带自动除垢和强化换热装置
在汽轮机凝汽器内的应用
专利号：ZL200620118007.4
北京德伟通科技有限公司 吉永平
摘要：论述了凝汽器内水垢的形成和水垢对汽轮机运行的影响。介绍了螺旋纽带装置的工作
原理及要求。热电企业应用螺旋纽带装置达到防垢，强化传热，增产降耗的目的。 热电企业的汽轮机在运行中经常遇到真空逐渐下降的问题，尤其夏天。不仅使机组能耗上升，严重时还要降低发电负荷。直接影响了企业的经济效益。导致真空下降的主要原因之一是水垢的形成。并随着时间的推移逐渐加厚，阻隔了换热。传统的方法是一次又一次的停车清洗。它包括对软垢的人工清洗和对硬垢的化学清洗和五十年代发明的胶球清洗等，以提高汽轮机的热效率，但效果均不尽如人意！现介绍一种在汽轮机运行时，直接利用传热液体水的自身流动在凝汽器内部安装的螺旋纽带装置，实现换热面的防垢。同时通过强烈扰动边界滞留层，有效地强化了热阻最大的边界滞留层的传热，从而达到节能，增产的目的。 一、 汽器内水垢的形成及危害
汽轮机运行时必须有大量的循环水来冷却设备。循环冷却水的水温一般在20℃—35℃之间，适宜藻类和微生物繁殖。循环使用中大量的水份被蒸发，冷却水的藻类不断浓缩，水中的碳酸氢钙浓度越来越高，游离二氧化碳却不断挥发，使Ca(Hco3)2分解为CaCo3而析出形成水垢。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。脱落的藻类易发生粘垢，致使冷却水循环情况不断恶化。补水能缓解水质，但不能根本解决问题。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。管内流动的水在外力作用下，以不同的速度流过管内同一断面，紧贴管壁的一层为层流边层，流速很慢。水中的CaCo3和粘垢最易滞留在管内壁上，形成滞留层，逐渐结成水垢。我国北方地区缺水，不少企业使用地下水，由于地下水硬度大，更容易结垢。
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车清洗。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。如此短的时间和低传热效率，导致凝汽器长期处在低效率中运行。
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二、 统清洗方法的缺陷
传统的清洗方法为停车清洗。一般一年内安排两次。清洗时间为三天左右。这样一来不仅损失发电量，还要支付人工费，如酸洗还有污染问题。特别要指出的是硬垢的酸洗即使处理得当也有损害。如处理不当直接影响凝汽器铜管的寿命。安徽省某热电厂开车三年，酸洗6次，凝汽器铜管全部报废，只得更换。另外，为延缓水垢的形成，企业在水中一般都会加阻垢剂，这也是一笔不小的成本，一年下来，没有几万、十几万的费用是过不去的。以上所述不过是有“病”治“病”的办法。这种“病”，治好了也只能保持个把月，以后水垢照样慢慢地结起来，真空逐渐降下去。五十年代发明的胶球清洗，也是为了“治病”。胶球在运行中需要运行成本，回收率低，无法清除硬垢。弄不好胶球还让硬垢堵死在铜管中。针对以上存在的问题，只有防“病”才是关键。如果不让水垢形成，存在的问题就迎刃而解了。我公司生产的螺旋纽带装置，正是为防止结垢，提高换热效率而研制的。 三、 螺旋纽带装置的技术原理及技术特点
螺旋纽带装置安装在凝汽器铜管内，（见图一）当汽轮机运行时，大量的冷却水在铜管内流动，进口压力一般在0.1Mpa—0.2Mpa之间。它利用水的流速驱动螺旋纽带长期在铜管内自身旋转，旋转着的螺旋纽带改变了管内水的流动状态，缩小了层流边层。管内水在纽带的作用下形成涡流，对层流边层产生扰动，使碳酸钙水垢不能在管壁上滞留而带出水管，起到长期保持铜管内壁干净无垢。天津某化工热电厂在2002年6月安装螺旋纽带装置，2006年7月全厂停电检修时，经拆开凝汽器检查发现铜管内壁无垢。螺旋纽带装置的另一大优势，是在于防垢的同时，强烈的扰动边界滞留层，使对流传热中热阻最大的边界层传热过程中得到有效地强化。经过我们多次应用和多次实践改造，现在在纽带的强度韧性和旋转连接磨损难题已经彻底解决，为第四代研制的新产品。 图一：
加装在凝汽器铜管内的螺旋纽带装置示意图
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螺旋纽带采用高分子材料制成，它与水的密度相仿，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。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和传热效果。
四、 螺旋纽带装置的使用条件与技术参数 闭式循环系统的使用条件： 1，凝汽器内铜管水流≥1m/s。
2，螺旋纽带启动压头≥0.03Mpa，凝汽器进口压力≥0.06Mpa—0.08Mpa。
3，螺旋纽带正常消耗0.02Mpa，由于使用螺旋纽带后进水口压力一般提高0.015Mpa，出水口压力基本不变。
开式循环系统的使用条件：
1, 凝汽器的水中无大量塑料袋，杂物，烂草根，水生物等。 2, 铜管内水流速≥1.2m/s。
3, 螺旋纽带启动压头≥0.03Mpa，凝汽器进口压力≥0.08Mpa~0.1Mpa。 螺旋纽带装置质量保证： 1，元件保质期二年。 2，凝汽器铜管内不结垢。 3，螺旋纽带耐温≥100℃。
4，真空度保持在凝汽器干净状态之上。 五、 螺旋纽带装置的应用
螺旋纽带的安装特别简单，不需对凝汽器本体做任何改动。只要在每根铜管内加装一套螺旋纽带装置即可。要注意的是：
i. ii. iii.
凝汽器铜管是胀管，胀管口口径大小不一，所以固定架安装时一定要固定住； 凝汽器铜管内水垢必须清除干净，否则会转不动而断裂； 安装完毕后要检查每条纽带是否旋转灵活。
现介绍两例应用螺旋纽带装置成功并在杂志上公开发表的企业：
A，天津某工厂热电分厂4#C12—60/10汽轮机1993年投入运行，运行时间不长就发现凝汽器水侧进出口压差增大，真空下降，汽轮机在夏季仅能带7~8MW负荷。停机检查发现凝汽器铜管内结垢，化验分析主要成分是冷却塔附近的电石灰和电站煤灰。经人工清洗、酸洗、高压水冲洗后，真空恢复正常，但持续时间较短，真空又急剧下降。为此，我们做了许多工
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作，包括水质加药处理，加装胶球装置和加大凝汽器换热面积等。2004年6月引入了北京德伟通科技有限公司的螺旋纽带自动清洗技术，6月中旬投入运行，取得了令人满意的效果。
1. 凝汽器进水温度35℃时，汽轮机仍能带满额定负荷，真空值10.13kpa。 2. 凝汽器进水温度28℃时，汽轮机发电负荷达13MW，真空值7.09kpa。 3. 凝汽器进水温度25℃时，汽轮机发电负荷达13MW，真空值3.04kpa。 4. 由于真空的提高，汽耗明显降低，在额定新蒸汽参数下（440℃，6Mpa），发
电汽耗4.05kg/kw，在额定负荷下总耗汽量下降3t/h。 5. 加装螺旋纽带后，端差由原来的17℃下降至5℃~6℃。 6. 节约循环水处理加药费用，目前循环水的加药量为原来的一半。
通过几个月使用，我们认为，螺旋纽带装置是胶球清洗的替代产品。它运行安全，能连续工作，强烈扰动边界滞留层。既有清洗阻垢的作用，又有加强传热的功能，值得在凝汽器组上大力推广。
-----------------------------------摘自《中国氯碱2002年12期》
B、山西某化工厂热电公司在2004年5月2日将螺旋纽带装置投入运行，至今情况良好，达到预期目的。
表一 ： 螺旋纽带安装前后比较 日期 安 装 前 2000年 7.9 7.10 7.11 7.12 7.13 7.14 安 装 后 7.9 7.10 7.11 负荷kw 6723 6298 5438 5775 5650 5575 6357 6544 6402 6444 6413 真空度MPa 0.089 0.090 0.091 0.090 0.088 0.088 0.094 0.093 0.093 0.093 0.0925 排 汽 进 水 出 水 温差℃ 15.5 18.5 18.5 20 20 17.5 7 7.5 6.5 8 7.7 抽汽流量t/h 29.84 30.59 28.28 27.96 27.04 28.8 39.7 33 38 35 36 4
温度 ℃ 温度℃ 温度℃ 51.5 52.5 53.5 56 56 55.5 44 42.5 41.5 43 43.5 28.5 27.5 27.5 31 31 32 27.5 29.5 28 28.5 30 36 34 35 36 36 38 37 35 35 35 35.8 20027.12 年
7.13 7.14
6525 0.093 44 31 37 7 35 通过数据分析，可看出安装后温差平均下降了11.62℃，真空上升0.004Mpa，发电负荷增加了538kw，达到了汽轮机夏季运行的主要参数，提高了汽轮机的出力。
-----------------------------------摘自《能源工程2003年第1期》 六、 综述
螺旋纽带装置是国家级星火计划项目和国家级科技成果推广项目。目前我国一批自备电厂和一些社会电厂陆续应用和正准备应用我公司的螺旋纽带专利产品。产品推广到安徽，天津，河北，四川，山东等省。使用单位普遍认为“值得在凝汽器上大力推广”。主要表现在：
i. ii. iii. iv. v.
动防垢。克服了传统方法的低效率。 强化换热，提高了真空度。
节汽1%~3%；节水10%~20%；节电5%~15% 不需运行成本，节约加药费用。 投资回收期短（约半年左右）。
从天津某工厂热电分厂使用情况看，夏季工况从8MW负荷提高到12MW负荷以上，在额定负荷下总汽耗下降3t/h。仅此二项，不用一个月就收回投资。因此，我们认为螺旋纽带装置是胶球清洗装置的换代产品。它具有运行安全，能不间断连续工作。既阻垢的形成，又能强化传热。是一项投资小，见效快，并能长期在最佳状态下运行的有效技术。欢迎广大热电厂家在凝汽器内使用我公司的这项专利技术。我公司将竭诚为您提供优质服务。
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