朱愉潔，劉 偉

(內(nèi)蒙古電力科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010020)

螺旋紐帶清洗技術(shù)作為第一批國家重點節(jié)能技術(shù)推廣項目，是目前較為先進的在線清洗技術(shù)之一［1－2］。因其具有在線清洗和強化傳熱的功效，故已成為凝汽器防垢節(jié)能技術(shù)的優(yōu)選［3］。

1 螺旋紐帶的工作原理

1.1 裝置結(jié)構(gòu)

螺旋紐帶裝置主要由螺旋紐帶、支架和轉(zhuǎn)軸、連接環(huán)和墊片三部分組成［4］。螺旋紐帶由高分子聚合材料加工而成，具有較好的強度、剛度、彈性、韌性、耐腐蝕性、耐高溫性及較好的化學(xué)穩(wěn)定性;材料比水的密度略大，在流體多方向力的作用下，能較好的浮動在換熱管中心部位。支架和轉(zhuǎn)軸由化學(xué)合成材料加工而成，具有高強度、耐磨損和耐腐蝕性;連接環(huán)和墊片由不銹鋼制作，具有一定的強度。

支架、轉(zhuǎn)軸、連接環(huán)和墊片相配合，承擔(dān)工作狀態(tài)下的螺旋紐帶的縱向力負(fù)荷。

1.2 除垢原理

螺旋紐帶利用冷卻水的流動驅(qū)動紐帶在換熱管內(nèi)自動旋轉(zhuǎn)。運行著的螺旋紐帶改變了管內(nèi)水的運行狀態(tài)，擴大了紊流區(qū)，縮小或消除了層流邊界層和過渡層，使水垢不易在管壁內(nèi)停留并全部流出換熱管，實現(xiàn)在機組運行中自動、清理水垢［4－5］。

2 應(yīng)用實例

從2010年10月至2011年6月，螺旋紐帶除垢技術(shù)在內(nèi)蒙古某火力發(fā)電廠2號機組凝汽器進行了試驗。

2.1 試驗機組概況

該廠2號機組汽輪機為武漢汽輪發(fā)電機廠生產(chǎn)的150MW汽輪機系列機型之一，機組型號:C125/N150 －13.24/0.245/535/535，型式為超高壓中間再熱、單軸、雙缸雙排汽凝汽式汽輪機，2號機凝汽器型號N－8600－1型，表面式冷卻，冷卻水為雙側(cè)雙流程。凝汽器為臥式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 試驗機組凝汽器示意

凝汽器的管束呈放射形排布，由TP316L不銹鋼管組成，規(guī)格為Ф28×1×9700，管內(nèi)徑26mm，鋼管根數(shù)為10470根，設(shè)計循環(huán)冷卻水量20000t/h。凝汽器換熱面積8600m2。2號機組凝汽器管曾于2010年4月采用緩蝕氨基磺酸為主清洗介質(zhì)進行過化學(xué)清洗。

2.2 循環(huán)水系統(tǒng)概況

該廠位于內(nèi)蒙古中西部，水資源極其缺乏。因此引用中水、河床淺層地下水和防空洞匯集水共同作為循環(huán)冷卻水的補充水源。9月份的水質(zhì)分析見表1和表2。

表1 循環(huán)水補充水水質(zhì)分析

表2 循環(huán)水?dāng)?shù)據(jù)

從數(shù)據(jù)可以看出，循環(huán)水補充水具有高氯根、高堿度、高硬度、指標(biāo)變化劇烈等特點。這就導(dǎo)致循環(huán)水易于結(jié)垢，再加上該地區(qū)屬于嚴(yán)重缺水地區(qū)，使電廠在缺水條件下通常通過提高濃縮倍率解決水資源缺乏的問題，這就致使凝汽器水側(cè)換熱管結(jié)垢傾向十分嚴(yán)重，長時間運行容易在冷卻管內(nèi)表面形成一層堅硬的水垢;而氯根偏高會造成銅管嚴(yán)重的晶間腐蝕，對換熱管的安全運行威脅極大。同時，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的溫度環(huán)境非常適宜藻類及真菌等微生物的生長繁殖，容易在換熱管內(nèi)壁形成具有內(nèi)聚性和粘著性的生物污垢。

2.3 安裝前后效果對比

試驗在凝汽器內(nèi)裝設(shè)600根螺旋紐帶。安裝位置:上水室中間分散裝300支;下水室中間分散裝300支在凝汽器中，換熱管分布具有典型性。

裝置使用條件:凝汽器管道內(nèi)水流≥0.6m/s，保證紐帶正常旋轉(zhuǎn);螺旋紐帶啟動壓頭≥0.03MPa，凝汽器進口壓力≥0.06MPa;螺旋紐帶正常消耗為0.02MPa，但進口水阻提高10%壓力，出水口壓力基本不變;水中不應(yīng)有較大顆粒的雜物，以免堵塞管口和防止柔性條狀物纏繞紐帶，影響轉(zhuǎn)動;對于舊的凝汽器安裝螺旋紐帶，安裝前必須清洗換熱管。清洗效果以紐帶安裝后能自由轉(zhuǎn)動即可。

螺旋紐帶安裝前后的運行參數(shù)比較見表3。

表3 螺旋紐帶安裝前、后比較

從數(shù)據(jù)可看出安裝后近10個月，端差平均上升了2.2℃，凝汽器運行性能有所下降，冷卻效果降低。說明結(jié)垢的速度仍比較快，螺旋紐帶的防垢效果不夠明顯。

在管板端部進行整體檢查，發(fā)現(xiàn)裝紐帶與沒裝紐帶換熱管內(nèi)差別不明顯，沒裝紐帶的換熱管內(nèi)壁有約0.5mm～1mm厚水垢，表面凸凹不平，水垢呈灰白色，而安裝紐帶的換熱管內(nèi)壁也有0.5～1mm厚水垢，兩種換熱管內(nèi)表面狀況很相似。據(jù)此可推斷紐帶轉(zhuǎn)動情況不理想，并存在因卡塞造成的紐帶不轉(zhuǎn)動現(xiàn)象。

3 問題分析

當(dāng)?shù)厮|(zhì)情況較為惡劣，與水質(zhì)良好的地區(qū)相比，循環(huán)水易于結(jié)垢。此外由于大容量機組的凝汽器換熱管較長，一般為10m～14m，螺旋紐帶在使用過程中暴露出幾個在小型機組使用中未暴露出或者暴露不明顯的問題，對防垢效果造成了影響。

3.1 螺旋紐帶表面結(jié)垢

螺旋紐帶通過其側(cè)刃打破凝汽器換熱管管壁表面滯留層的同時，卻無法打破其自身表面的滯留層，因此，必然出現(xiàn)螺旋紐帶表面結(jié)垢。隨著表面結(jié)垢厚度的增加，凝汽器水阻成倍增加，循環(huán)水流速降低，循環(huán)水溫升同比提高，排氣溫度同時提高，真空降低，同時螺旋紐帶旋轉(zhuǎn)速度降低，端差增高，當(dāng)螺旋紐帶速度降低到一定數(shù)值，其防垢功能消失，機組運行惡化。此時，只有停機處理。資料顯示通常夏季，在循環(huán)水質(zhì)惡劣的情況下，螺旋紐帶運行一個月水阻即會增加一倍以上，冬季會好一些［5］。

3.2 異物阻塞

該廠冷卻塔采用開放式冷卻，基于環(huán)境的原因，水中經(jīng)常會混進較大的雜質(zhì)，螺旋紐帶作為一個整體在換熱管中轉(zhuǎn)動，而冷卻水中一旦存在較大雜質(zhì)，會阻礙整根紐帶的轉(zhuǎn)動，造成裝置失效。在運行中需要經(jīng)常維護以防止這種現(xiàn)象的發(fā)生。

3.3 螺旋度降低

螺旋紐帶較長，在使用中由于其自重、環(huán)境溫度的原因，會引起螺旋度的逐步降低，減小流體對于紐帶的切向速度，進而減小傳遞給紐帶的動量矩［6－7］，使紐帶轉(zhuǎn)速降低，影響防垢效果和傳熱效果。

3.4 紐帶磨損

在運行過程中紐帶材料自身的磨損造成紐帶寬度緩慢減少，減少到一定程度后，紐帶的自轉(zhuǎn)力矩太弱而不能滿足克服清洗阻力矩的需要［8－12］，會失去自轉(zhuǎn)清洗的功能。

這些原因都會造成螺旋紐帶在換熱管中停止轉(zhuǎn)動，而一旦轉(zhuǎn)動停止，螺旋紐帶就會成為水流的阻力，不但影響紊流區(qū)中流體的流動，還會成為結(jié)垢面，造成換熱管里更嚴(yán)重的結(jié)垢。

4 結(jié)語

螺旋紐帶技術(shù)因為具有安裝維護簡單，對原有設(shè)備、工藝不改變，沒有二次污染的優(yōu)點，符合國家產(chǎn)業(yè)政策和環(huán)保要求，在凝汽器清洗技術(shù)中具有獨特的優(yōu)勢，但其在使用過程中暴露出來的問題仍需要科研人員進行更深入的研究和探討。其良好優(yōu)勢的充分發(fā)揮需要集材料、裝置結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)維護等各方面條件于一體。隨著問題的逐步解決，該項技術(shù)會擁有更加廣闊的推廣應(yīng)用前景。

［1］俞秀民，俞天蘭，葉施仁，等.列管式水冷設(shè)備塑料紐約帶自動清洗防垢技術(shù)［J］.湘潭大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報，1998，(3):120 －123.

［2］Jeremy W.Gorman.Modification for Heat Exchangers Incorporating a Helically Shaped Blade and Pin Shaped Support［P］.US4641705，1987-02-10.

［3］俞天蘭，彭德其，蔣少青，等.凝汽器采用的轉(zhuǎn)紐帶清洗技術(shù)分析［J］.華北電力技術(shù)，2002，(6):34 －35.

［4］凌宵虎，螺旋紐帶裝置［P］.中國專利，ZL02266832.2.2002.

［5］毛琨，李連杰.螺旋紐帶在凝汽器中強化換熱及除垢的應(yīng)用［J］.節(jié)能，2007，(1):42 －44.

［6］蔣少青，俞天蘭.自動清洗紐帶入口反旋強化的動力矩計算方法研究及其應(yīng)用［J］.電站輔機，2005，9(3):28 －31.

［7］吳劍恒.螺旋紐帶自動除垢防垢和強化換熱技術(shù)的原理及應(yīng)用［J］.汽輪機技術(shù)，2007，49(2):151 －154.

［8］劉志儒，劉吉兆等.電廠真空冷凝器污垢自動清洗螺旋紐帶的結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究［J］.機床與液壓，2001，(2):32 －33，14.

［9］朱愉潔，劉 偉，劉 崗，等.凝汽器清洗技術(shù)述評［J］.清洗世界，2012，28(6):34 －37.

［10］彭德其，劉躍平，劉桂英，蔣少青，俞天蘭，支校衡.火電廠凝汽器管內(nèi)水垢的自動清洗技術(shù)研究［J］.電站系統(tǒng)工程，2003，19(2):27－28.

［11］董東華.凝汽器水側(cè)污垢的特性及污垢對機組運行的影響［J］.江西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2003，16(3):9－11.

［12］劉洪亮，董斌.不銹鋼多向擾流強化換熱管在南昌電廠凝汽器中的應(yīng)用［J］.華中電力，2006，(2):44－46.