凌霄虎
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凌霄虎. 项目背景. Company Profile. 保证凝汽器最有利的真空,是每个发电厂节能降耗的重要内容。而凝汽器换热效果不好和凝汽器运行产生的水垢使凝汽器常年在低效率中运行。水垢影响了机组的安全性和正常运行,严重时要降负荷生产,使经济效益大幅下降。必须改变这种状况。 目前在市场上推出的解决水垢的方法主要为胶球清洗装置,在水质硬度较大的地区再配置于阻垢缓蚀剂。但是这些方法均无强化换热功能,且是结水垢后的清洗,以致效果不甚理想。

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Presentation Transcript


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凌霄虎


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项目背景

Company Profile

保证凝汽器最有利的真空,是每个发电厂节能降耗的重要内容。而凝汽器换热效果不好和凝汽器运行产生的水垢使凝汽器常年在低效率中运行。水垢影响了机组的安全性和正常运行,严重时要降负荷生产,使经济效益大幅下降。必须改变这种状况。

目前在市场上推出的解决水垢的方法主要为胶球清洗装置,在水质硬度较大的地区再配置于阻垢缓蚀剂。但是这些方法均无强化换热功能,且是结水垢后的清洗,以致效果不甚理想。

我公司开发的“光管内插入纽带改善传热技术”在国外已有五十年的历史。我公司将这项技术转换为专利产品神力通牌螺旋纽带装置,经过十年的应用和产品的升级换代,早期的断带、抗耐磨等问题已彻底解决。产品经过标准化进程已经进入成熟期,应用效果明显。国家发改委2008年36号文件中列我公司“螺旋纽带装置”为“国家重点节能技术”予以推广。

“螺旋纽带装置”专利号ZL 02 2 66832.2。使用螺旋纽带装置,可保证不结垢,真空长期保证在凝汽器清洗干净的水平上(不包括水温变化等其他因素)

“诚信、协作、拼搏、创新”—— 我们的理念


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项目由来

凝汽器铜管内壁形成污垢的速度很快,根据文献(李勇,曹祖庆,凝汽器清洗率的概念及测试方法,汽轮机技术(1995.37(2):73-76.86),凝汽器铜管清扫24小时后,清洗系数从1.0变为0.692。实际传热系数由2.93KW/(㎡.℃)降到1.98KW/(㎡.℃),致使排汽温度从31.5℃上升到35.5℃。而0.1㎜厚污垢的热阻足以让1㎜厚的铜管的导热热阻被忽略不计。胶球清洗装置24小时运行一次,已经导致凝汽器长时期处于低效率运行中。


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产品介绍

产品名称:螺旋纽带装置

产品商标:“神力通”牌

专利号 :ZL02266832.2

外观设计专利号:ZL200630161964.0

发电厂凝汽式汽轮机组

凝汽器防水垢与强化传热的新技术应用

     国家电网“凝汽器防垢节能工程”


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产品设计理念

目前火电企业循环水中除垢应用最广泛的是胶球在线清洗装置,阻垢缓蚀剂及高压静电除垢器。这些装置都是清洗除垢装置,研究的是如何将已经在管壁上生成的水垢清洗干净。多年来,无数的汽轮机专家、学者和专业技术人员,为清洗汽轮机凝汽器铜管内壁的结垢和提高汽轮机热效率付出了大量的研究精力和心血,为火电事业做出了巨大贡献。这些研究及产品的设计理念,在“治”上下了不少功夫。但是“防”永远重于“治”。

螺旋纽带装置的设计理念为防垢。除垢与防垢虽一字之差,却相差万里。除垢是有垢然后除,但垢已经影响了凝汽器换热,使凝汽器在低效率状态下运行。防垢是不让它结垢,凝汽器在无垢状态下运行,换热效果自然好,同时在无垢的平台上实施强化传热,变单一“除垢”为“防垢+节能”。


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关键技术

一、层流和紊流

流体在管内流动分层流和紊流两种流动状态。

⑴层流时:不同温度层与层之间,其热量仅仅靠分子的导热,由于一般流体的导热系数都比较小,以至于热系数受到一定限制,因而层流中存在热阻。随着雷诺数Re增大,增加较缓慢。

紊流时:在紧贴壁面的层流底层外,流体沿着法线方向产生热对流作用而使换热效果增强在对流换热中,如保持其他条件相同,则紊流与层流相比,紊流的换热系数要比层流动换热系数大好几倍,甚至更多。

Nu=CRenPrm=APrn

⑵普朗特尔数Pr (流体性质)对换热的影响

Pr大则温度梯度大,因而换热强度大。

靠近壁面上,由于温度梯度大,而换热强度大。

⑶紊流结构中,流体靠近壁面,速度梯度很大,边界层很薄,但是温度梯度也很大,因此,紊流中换热强度大于层流。紊流中,核心区的速度和温度分布都较为均匀,因此,紊流中热阻主要来自于层流底层。在流体与避免温差不很大时:

Nuf=0.023Ref0.8Prfn

流体被冷却n=0.3;流体被加热n=0.4。在流体与壁面温差较大,流体粘度较高的流体:

Nuf=0.027Ref0.8Prf1/3(uf/uw)0.14

根据以上分析,得出结论:

●加强流体扰动,不仅可以防止或减缓管内壁面结垢,还可以

强化换热。

●螺旋纽带主要作用就是使管内流体强烈扰动。


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关键技术

二、冷却水管内结垢和螺旋纽带的防垢原理

凝汽器铜管内流动的循环冷却水在外力作用下,断面流速分布不均,紧贴壁面的一层,速度梯度很大,此为层流底层,这层流体流速迅速减慢,直至为零。水中携带的碳酸钙和粘垢最易滞留在铜管内壁上,形成边界滞留层,长时间滞留即在管壁面结晶便形成水垢。

结垢原理和过程有两个,一是:冷却水中的碳酸钙、硫酸钙和氢氧化镁等在高温下进行有热分解反应:

Ca(HCO3)2→CaCO3↓+H2O+CO2↑

Mg(HCO3)2→Mg(OH)2↓+2CO2↑

水中便析出CaCo3等盐类物质。冷却水长期循环使用,碳酸钙、硫酸钙和氢氧化镁等金属氧化物在水中不断浓缩,其含量不断增加。碳酸盐是不能溶于水的沉淀物,此时如果水流处于层流状态,水中的CaCo3和粘垢长时间滞留即在管壁面结晶便形成水垢。但是,如果在螺旋纽带作用下,使水流处于剧烈的紊流状态,水中析出的CaCo3和粘垢无法滞留在壁面上,从而形成海绵状的松软的水渣悬浮在水流中,可顺水漂流排除凝汽器。凝汽器回程铜管根数较多,水流速度较低,水流紊动程度不够,滞流层厚度较厚,水中析出的CaCo3和粘垢很容易滞留在壁面上,使之结垢较重。然而,在螺旋纽带作用强迫流体紊流流动即可以减薄管壁滞留层,防止水中的CaCo3和粘垢在铜管壁面因滞留而结垢,又可以将水中析出的海绵状松软的水渣带出凝汽器。通过改变流体流动状态,强化流紊流程度,是防止铜管结垢的最为有效途径。


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关键技术

三、强化换热原理

层流时:不同温度层与层之间,其热量仅仅靠分子的导热,由于一般流体的导热系数都比较小,以至于热系数受到一定限制,因而层流中存在热阻。随着雷诺数Re增大,增加较缓慢。

紊流时:在紧贴壁面的层流底层外,流体沿着法线方向产生热对流作用而使换热效果增强在对流换热中,如保持其他条件相同,则紊流与层流相比,紊流的换热系数要比层流动换热系数大好几倍,甚至更多。

根据以上流体力学原理,得出结论:

加强流体扰动,不仅可以防止或减缓管内壁面结垢,还可以强化换热。

螺旋纽带正是基于这种需要而诞生

-------主要作用就是使管内流体强烈扰动。

根据以上分析,冷却水在管内流动,其最大热阻在靠近管壁的层流底层。而螺旋纽带在管内旋转强烈扰动的直接效果,就是使管内流体充分紊流,特别是直接破坏层流底层,打破壁面热阻,让管流中心流动流体直接与壁面接触,使冷却水通过铜管更加充分地与汽轮机排汽进行换热,从而有效地增强换热强度,提高换热效率,降低凝汽器端差,提高汽轮机真空。


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必备条件

水质:高硬度以上水质或结硬垢严重的企业必须水处理后才能使用(欢迎咨询)

水压:凝汽器进出口压差是螺旋纽带装置自转的动力,压差越大效果越好。因此根据机组大小对压差有一定要求(欢迎咨询)


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准备工作

水中杂质及冷却塔破损填料容易引起凝汽器铜管堵塞,影响机组热效率。冷却塔出水要有循环水滤水器,能将大部分杂物挡在滤网外不影响水流。定期进行滤水器排污即可。停机时,可以打开凝汽器水侧人孔门进行检查或清理。

实施前必须将凝汽器清洗干净,以螺旋纽带装置安装后能自由转动为标准。

搭好脚手架,方便安装人员站在脚手架上能将螺旋纽带装置放进最上一层铜管。

开启凝汽器大门,待安装人员在一边安装好后使用方负责关门再开启另一边。

滤网网眼 (欢迎咨询)


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装置示意图

螺旋纽带技术装置结构由三部分组成:1、螺旋纽带是由高分子聚合材料经过特殊工艺加工而成,其中具有良好的强度、刚度、弹性、韧性、光洁度、耐腐蚀性、耐高温性及良好的化学稳定性,不折不断不变形;2、支架和转轴是采用化学合成材料加工而成,具有高强度、耐磨损和耐腐蚀性;3、连接环和垫是由不锈钢制作,具有足够高的强度。支架、转轴、连接环和垫片相配合,承担工作状态下的螺旋纽带的纵向力负荷,摩擦很小,不卡涩,确保其长期旋转自如。


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装置示意图


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运行原理

安装后的螺旋纽带装置在循环冷却水的驱动下,自动旋转,纽带与水密度相当,在管内自然漂浮,与管壁无硬性接触,无摩擦,驱动力小,只要循环水流动,螺旋纽带就会连续不断的旋转,始终保持管内水流处于紊流状态。而无须任何其它动力设备。

  螺旋纽带装置旋转运行时冷却水处于紊流状态,盐类物质和其它污垢无法停留在壁面上,并形成海棉状的松软的水渣悬浮在水流之中,顺水漂流排除凝汽器。从而,避免了盐类沉淀物滞留结晶,可防止水垢的形成。

  螺旋纽带装置,打破铜管内层流底层,冷却水在管内充分紊流,使冷却水主流强烈并直接与管壁换热,强化换热的效果。


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生产安装

生产周期7-20天,保质期三年。可用五年或更长,有单位用七年。

安装时间2-4天


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使用效果

1、节能方面

通过螺旋纽带装置防止结垢和强化换热两大功能,促使真空上升,端差下降,从而达到节能的目的。

2、减排方面

通过节煤减少二氧化硫的排放大于2%。

可以减少循环冷却水量8%。

3、节约方面

节约停工损失、清洗费用等。

根据天津化工热电分厂,福建石狮热电厂,宜宾天源热电厂,福建三化热电厂,四川自贡鸿鹤热电厂五家使用厂发布的数据,使用螺旋纽带装置后,负荷平均增长21.7%,真空平均提高6.6Kpa,端差平均下降8.8℃,效果非常明显。

4、投资回收期半年--壹年。


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使用效果


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几点说明

  • 螺旋纽带是什么材料?

  • 产品采用进口高分子复合材料,耐磨材料合金而成,支架采用耐磨性自润滑性好的材料,特别耐磨,有良好的耐油、耐过氧化物性能,对酸碱稳定性好。纽带具有抗蠕变性、抗冲击、抗弯曲等高机械性能。对水、无机盐、碱和酸类几乎没有完全影响,可在100℃以下温度中长期使用,热变形温度130℃。表面活性剂为PPA防粘垢粘在纽带上另加10%纳米材料增强。

  • 运行中对铜管有无磨损?

  • 螺旋纽带运行中对铜管无磨损,原因:1)、铜管内径18MM,纽带宽14MM,它可在管内自由旋转,只是偶尔碰一下,磨不到铜管。2)、纽带采用高分子材料,质地软,磨不了铜管。


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几点说明

  • 现有水泵能否克服加装螺旋纽带后水阻回流至水塔?

  • 在凝汽器加装螺旋纽带后,循环水泵额定流量运行过程中不会出现回流至水塔,额定循环水流量运行情况下,只能略有提高凝汽器循环水进水压力约10%。凝汽器进、出水压差增加,有利于螺旋纽带的运行,提高循环水在凝汽器铜管中的流动速度,从而提高换热效率。但水量需达到设计水平。

  • 水阻多大?

  • 从实验数据看,凝汽器加装螺旋纽带后,在凝汽器额定冷却水量下,进水压力增加10%,水阻最大10%左右。但是,从运行情况看,凝汽器进出、水压差增加,铜管内水的流速增加,螺旋纽带运行使循环水层流改为紊流,提高凝汽器换热效率,提高机组运行经济性。


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杭州力通科技有限公司

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