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1、（二 一年 四 月 六 日本科毕业论文题目 ： 电 厂 循 环 冷 却 水 模 拟 实 验 台在 线 监 测 装 置 的 改 造 与 分 析学 生 姓 名 ：学院 ：系别 ：专业 ：班级 ：指 导 教 师 ：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 44 页 - - - - - - - - - 合肥工业大学本科毕业论文摘要污垢普遍存在于自然界、日常生活和各种工业生产过程，特别是各种传热过程中。污垢生成的过程极其复杂，结垢的原因又多种多样，这样使得对污垢的研究变得非常
2、困难。因此开发监测污垢的设备和技术的意义尤为重大。而火电厂循环冷却水系统在运行过程中，经常出现换热设备表面腐蚀、结垢等问题。本文基于这一原因，针对比较容易产生污垢的火电厂凝汽器的换热面进行监测研究，并在火电厂循环冷却水模拟试验台上， 对原有的在线监测污垢特性装置进行了改进。本文基于污垢热阻在线监测技术，对原有的污垢热阻在线监测装置，分别进行了软、硬件两方面的改进。 在硬件方面， 将原有的壁温传感器热电阻改为热电偶，并且将一个壁温测点改为四个。在软件方面，以虚拟仪器LabVIEW7.0为工具完善了与装置相配套监测软件，并根据污垢热阻在线监测理论， 利用所开发的软件获得模拟凝汽器管中的污垢热阻情况
3、。本文还应用所改进的在线监测装置，分别进行了化学药剂阻垢实验和静电离子棒阻垢实验，实验不仅全面反映了药剂和静电设备的阻垢性能，也验证了本装置用于在线监测污垢热阻的可靠性。实验结果表明：经过完善后的火电厂循环冷却水模拟实验台污垢在线监测装置比较真实、灵敏地反映了循环冷却水系统中模拟凝汽器中的结垢变化情况和化学阻垢剂的阻垢效果。关键词：在线监测；污垢热阻；循环冷却水系统名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 44 页 - - - - - - - - - 合肥工业大学本
4、科毕业论文Abstract Fouling is found all over the nature, daily life and most of industrial processes, especially in all heat transfer processes. Because the fouling process is very complicate and there are lots of factors affecting the fouling accumulation, the research on this subject is still in a diff
5、icult progress. Therefore, the research in fouling monitoring technique and equipment has an important significance. Thermal power plant cooling water system in operation process, corrosion and scaling always happen to heat exchangers. Based on the reason above, this paper emphasize on the research
6、of heat transfer in condenser on which fouling happened frequently. The original fouling resistance monitor was improved and fixed on the circulating cooling water system simulating test-bed. According to the on-line fouling resistance monitoring technique and comparison, the original on-line foulin
7、g resistance monitoring devices, were carried out hardware and software to improve in two areas. In terms of hardware, the original wall temperature sensor resistance was displaced by heat thermocouple and a temperature measurement points to four. In terms of software，corresponding system managing s
8、oftware was developed by LabVIEW 7.0 with recorded information, the message about the titanium tube fouling resistance trough the device was known well. The chemical anti-fouling and the ion-rod static anti-fouling were test by the improved on-line fouling resistance monitoring devices. The experime
9、nts fully showed the anti-fouling performance of agents and static equipments. Meanwhile, the results of the above experiment investigations also demonstrate the feasibility of the developed device used for evaluating anti-fouling effect. The result show that the present monitoring system can sensit
10、ively reflects the continuous change of fouling resistance and the anti-fouling effect on simulated condenser in circulating cooling system. Key words: On-line monitoring; Fouling resistance; Circulating cooling water system 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - -
11、 - 第 3 页，共 44 页 - - - - - - - - - 合肥工业大学本科毕业论文目录第一章 绪 论 . 11.1 污垢在线监测的背景及意义 . 11.1.1 污垢的普遍性及危害性. 11.1.2 污垢在线监测技术研究的背景. 21.1.3 污垢在线监测技术研究的意义. 31.2 国内外污垢热阻在线监测技术研究现状. 31.2.1 国外污垢热阻在线监测技术研究现状. 31.2.2 国内污垢热阻在线监测技术研究现状. 41.2.3 污垢热阻的测定方法. 51.3 本课题研究的主要内容 . 7第二章 电厂循环冷却水系统 . . 82.1 电厂循环冷却水系统简介 . 82.1.1 循环冷却
12、水系统特点. 92.1.2 循环冷却水系统组成. 102.2 电厂循环冷却水系统存在的问题 . 132.3 电厂循环冷却水系统中污垢的生成 . 142.3.1 污垢的生成原因 . 142.3.2 污垢的生成过程 . 142.4 电厂循环冷却水模拟试验台简介 . 15第三章 在线监测装置的改进 . 173.1 硬件部分 . 173.1.1 污垢监测模型 . 173.1.2 在线监测装置硬件部分的组成. 203.1.3 在线监测装置硬件部分的改进. 233.2 软件部分 . 243.2.1 LabVIEW 的特点 . 243.2.2 测试系统的软件框图. 253.2.3 测试程序的改进 . 263
13、.3 改进后在线监测装置的特点 . 31名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 44 页 - - - - - - - - - 合肥工业大学本科毕业论文第四章 改进后的在线监测装置动态模拟实验. . 324.1 改进后的在线监测装置性能测试实验 . 324.2 实验结果比较及分析 . 34第五章 总结与展望 . . 355.1 总结 . 355.2 展望 . 35参 考 文 献 . 37谢辞 . 39名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - -
14、- - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 44 页 - - - - - - - - - 合肥工业大学本科毕业论文1 第一章 绪 论1.1 污垢在线监测的背景及意义污垢是指在与不洁净流体相接触的固体表面上逐渐形成的那层固态物质，它通常以混合物的形态存在。 固体表面从洁净状态到污垢覆盖的过程，也就是污垢的积聚过程，常被称之为积垢或污染。1.1.1 污垢的普遍性及危害性粗略类推，我国 2002 年因换热设备污垢所造成的总的工业经济损失至少在250 污垢普遍存在于自然界、日常生活和各种工业生产过程，特别是各种传热过程中。根据 Steinh
15、agen 等人对新西兰 1100 家企业的 3000 台各种类型换热器的调查表明 90% 的换热器都程度不同地存在污垢问题。而换热设备又是石油、 化工、电力、冶金、纺织、造纸、食品、航空、能源、供暖等许多工业和日常生活中使用最为广泛的设备之一， 其投资约占化工行业总投资的70% ， 炼油行业的 35-40% ，火力电站的 40% 以上1。由此可见污垢涉及领域之广、存在之普遍。污垢所带来的危害十分巨大，而且是多方面的。就换热设备而言，主要体现在2：、恶化传热性能污垢通常是热的不良导体，其导热性能一般只有碳钢的1/30 1/50 。换热面上一旦形成污垢， 就会使换热设备的换热热阻明显增加，严重恶化
16、其传热性能。 据夏新民对碳钢管油冷却器的估算，存在 2mm 的水垢时将比新制无垢时的运行效率下降30% ；即使冷却水水质达到国际水平，按国际通用的TEMA 污垢热阻数值计算，也降低效率20% 以上。、增加能量消耗污垢于管道上的积聚还将减小流通面积、增加流动阻力，使流体输送设备功耗增加。因污垢而采取的流体排污等过程也造成热量损失。、影响设备安全污垢的积聚常常引起设备局部过热或超温而导致机械性能的下降，引发鼓包、 爆管等事故； 污垢还常常使金属换热面出现垢下腐蚀和热点腐蚀，严重威胁着换热设备的安全运行。、增加初始投资为了补偿污垢对换热设备出力的影响，在设计阶段不得不增加换热面积， 使得金属耗量增大
17、。 据美国换热器制造商提供的数据表明：污垢使换热设备面积增加10% 500% ，其幅度取决于换热设备的污垢程度，平均值为30% 40% 。再加之因污垢而采取的采用昂贵替代材料、提高结构要求、 增设清洗和备用设备等措施，都使得初始投资大大增加。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 44 页 - - - - - - - - - 合肥工业大学本科毕业论文2 、增大运行维护费用为清除污垢而增设的附属设备增加了系统的复杂性，加上清洗药品以及人工的消耗， 因清洗而带来的生产
18、能力和质量的下降，都增加了换热设备的运行维护费用。、限制新技术发展污垢的存在限制了各种强化传热技术效果的充分发挥，如密集型热交换器和集成过程设备等新技术的发展就遭遇了污垢这座障碍物。污垢产生的影响远非如此，其它许多领域也难免其害。例如，在检测与计量方面，污垢可大大降低一些检测技术和设备的测量精度，一些光学仪器受其影响更大，这将给科研和生产过程带来不可估量的损失。甚至，污垢在原油贸易等其它一些应用场合造成的计量不准确可能引发贸易争端等。污垢所造成的经济损失是惊人的。在欧洲地区， 仅换热设备污垢所导致的费用就达 10000ECU/ 年；在法国，热交换器及蒸汽发生器的污垢费用达1 千万法郎/ 年；而
19、据 Thackery 的分类估算，英国1977年国民经济因污垢而增加的费用约占其当年 GNP 的 0.25%3。在我国，对于换热设备污垢所带来的经济损失，目前尚未见到比较全面、细致的统计资料和评价数据，但考虑我国换热设备的设计、制造、运行管理和防垢、 除垢等技术总体水平还落后于英国，而目前我国能源利用率和经济效益还远落后于世界先进水平。那么按照上述比例亿元以上。1.1.2 污垢在线监测技术研究的背景凝汽器是电厂热力循环中的重要环节, 其工作状态的优劣直接影响到整个电厂的经济性和安全性。 几乎所有电厂的凝汽器管侧(水侧) 都存在着程度不同的污垢, 导致凝汽器的真空下降 , 机组的循环热效率降低
20、, 从而降低了机组的经济性和可用率。凝汽器的水侧污垢, 可粗略分为水垢和污泥4。虽然许多科研工作者致力于污垢的研究 , 但因污垢的成分和形成机理很复杂, 至今还没有建立一个完善的预测模型。出于应用的需要, 电厂逐渐把精力转向了污垢的监测和防垢、抑垢等对策研究上。目前, 针对电站积灰的监测方法很多, 但对于凝汽器水侧污垢来说,还没有一个合适的在线监测模型, 这就导致了清洗的盲目性。凝汽器内管侧结垢是电厂机组运行中一个普遍存在的问题5。污垢的存在将导致换热热阻增加、传热性能下降、 排汽温度升高， 引起真空度下降，从而降低凝汽器运行的经济性。 而目前解决的措施一般是采用胶球自动清洗系统进行定期除垢，
21、盲目性很大，会在很大程度上造成人力、物力、财力的浪费6。针对此现状，本文将利用模块化的建模方法开发了一种凝汽器污垢在线监测的软件， 并进行了仿真计算分析。 利用该软件系统可以直观定量地观察和分名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 44 页 - - - - - - - - - 合肥工业大学本科毕业论文3 析污垢的增长特性， 从而确定出最佳除垢周期， 实现凝汽器优化运行， 最终达到节能降耗的目的。1.1.3 污垢在线监测技术研究的意义传热面上的污垢，可能会使提高性能
22、的任何尝试都归于零，得不到预期结果。因此污垢问题正不断得到越来越多人的关注，国内外众多科技工作者为此付出了大量的精力和物力， 积累了许多有关污垢的资料和实验数据。然而由于污垢的形成是一个极其复杂的物理、化学过程，使得换热器的污垢特性受多种参数影响，如换热面的几何特性、温度、流体速度和流体特性等等，而且实际运行过程中，这些参数还要随时间、 地点和运行条件而变化。 这使得对污垢的理论分析和预测十分困难，污垢的研究至今尚属于一种以实验研究为主的应用科学7。因而实验研究手段和监测技术， 对于换热器污垢特性的了解和掌握显得格外重要，尤其是在线监测技术， 直接和换热设备的运行状况相联系，是建立实验室研究和
23、生产现场数据联系的桥梁，是获取可靠污垢数据和实施工艺过程实时控制的必要前提，可为揭示污垢形成的机制、 合理指导换热器的设计、 寻求有效防垢、 抑垢和除垢手段提供科学依据，对于攻克污垢这一“世界性难题”意义更为重大。1.2 国内外污垢热阻在线监测技术研究现状1.2.1 国外污垢热阻在线监测技术研究现状国外污垢监测目前使用最多的是污垢沉积试验系统(DATS,Deposit Accumulation Test System) 。此外,EPRI 开发的双管污垢在线监测系统也比较常用。在污垢在线监测中 , 采用较多的是电热式污垢监测方法和监测换热器方法。国外大的水处理公司, 都在已有的水处理在线监测仪器
24、的基础上, 将微机运用到水处理监测现场,进行二次开发 , 形成自己特有的水处理在线监测系统89。美国 Rohrhack 公司 1979 年发表专利 ,首次将热桥原理运用到污垢热阻的在线测定中来 ,通过比较参考面与测试表面的传热性能的不同,测定过程中污垢热阻变化。这种方法可以直接测定换热器表面污垢热阻的变化,保证了参考表面与测试表面工况完全一致 ,这是以前的污垢监测技术无法实现的,从而大大地提高了污垢热阻监测的准确性和灵敏性。Bridger Scientific Inc. 在这一专利的基础上开发出了DATS 系列在线污垢测试系统 DATSTM。这一污垢监测系统的开发成功,极大地提高了在线监测冷却
25、水名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 44 页 - - - - - - - - - 合肥工业大学本科毕业论文4 系统的水平。各大水处理公司纷纷采用了这一技术,并在此基础上 ,整合了其他水处理在线监测技术 ,形成了自己的特色产品。双管污垢在线监测系统 （CFM）是美国 Bridger Scientific Inc.采用美国电力研究所（ EPRI）专利技术开发出的污垢在线监测产品。CFM 可以通过对单管的流速、温度的测定直接监测污垢,并且可以根据得到的趋势线预测所
26、测系统无污垢的目标值。 CFM 的传感器可以同时安装在换热器的几个位置上,不会影响被监测设备的正常工作 ,包括在线的机械清洗和化学处理。Nalco 化学品公司的R.L.Wetegrove 采用光学的方法对污垢进行监测。光源在流体的两个固定的部分形成光的通道,其中一个具有一个半透明的通道。通道壁面存在污垢 ,光照射到通道中 ,被吸收或散射的程度是污垢的厚度、组成、以及所选用的光的波长的函数。比较流体本身与通道内的污垢,将比较结果形成一个信号,并可用这一结果控制阻垢剂的加入。韩国电力公司发明了一种监测污垢热阻和管道清洁度的装置。该装置能够连续、准确地监测换热表面污垢的沉积情况。BetzDearbo
27、n公司开发了一种电热式污垢在线监测系统MonitAll, 并提供一段可视部分 ,水处理工作者可以在不打开换热器的情况下对换热面的污垢进行观察。换热器的材质及各种参数(热通量、水的流速等 )都可以根据需要选择。Nalco 公司发明了一种污垢监测系统,能够区分微生物污垢与化学污垢。 其原理是采用溶氧电极测定水体内溶解氧的变化,以确定污垢中微生物造成污垢的多寡。此外 ,最近 Nalco 公司开发的 3DTARSAR,它将生物传感器、荧光标示踪器、腐蚀测试仪进行了有效的整合,同时针对循环水中腐蚀、污垢、微生物三大问题进行在线监测 ,并反馈控制化学品的投加,此系统已在宝钢成功应用。1.2.2 国内污垢热
28、阻在线监测技术研究现状国内的冷却水处理起步较晚,但起点很高 ,目前与国外先进水平的主要差距就是监测手段的落后。 国内对于污垢的监测仍然以挂片法和监测换热器法为主。部分单位也已经将微机技术应用到水处理的日常监测中来,其他类型的污垢监测系统比如电热式 ,国内也有部分单位在开展这部分工作,但还很不成熟。南京工业大学是国内较早从事冷却水污垢在线监测系统研究的单位之一。其研发的在线监测污垢热阻系统利用测定和记录的各种数据(冷却水流量、进口温度、出口温度、蒸汽温度 ),进行计算后得到当时的污垢热阻。它由两大部分组成:监测换热器和电脑化的污垢热阻测试仪。它虽能够进行污垢的在线监测,但是无名师资料总结 - -
29、 -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 44 页 - - - - - - - - - 合肥工业大学本科毕业论文5 论在测试原理和测试手段上与普通的监测换热器并没有本质区别,只是将试验数据进一步汇总 ,通过微机实现自动计算而已10。中国科学院金属研究所的科研项目“工业冷却水腐蚀、热阻在线监测系统”于 2002 年通过鉴定。 该系统采用电化学方法进行腐蚀速度测量,采用化工传热原理进行换热器污垢热阻测量,系统实时采集数据并远程传递到控制室。此项技术在如下几个方面体现了其优越性:(1)在体系
30、具有一定流速情况下的稳定电化学腐蚀速度测量 ;(2)腐蚀、结垢情况的综合评价 ;(3)实时的计算机监控功能。 这项成果侧重于过程的腐蚀方面的控制,但是对于污垢的监测其实质与南化的在线监测系统类似。江苏高邮地区是国内冷却水管片及腐蚀、结垢评定装置与腐蚀、 结垢监测仪器的生产基地 , 其在线监测系统与南化的类似。华南理工大学刘雪峰等采用Labview 软件,结合国内的现场污垢监测的硬件开发出一种监测污垢热阻的实验装置。严晓宇等利用电热式污垢监测原理开发了一种污垢在线监测试验装置。 杨善让等根据压力降测试污垢热阻的原理开发了一种可以实时测量动态污垢热阻的自动监测装置。汪建宇采用单片机控制原理开发了用
31、于蒸汽式动态模拟试验装置的ZWY-1、ZXY-2 污垢在线监测仪器1011。杜宇对模拟换热器进行了重新设计,用单片机进行控制 ,在线监测污垢热阻。1.2.3 污垢热阻的测定方法目前常用的沉积物的测定方法有监测换热器法、电热式污垢测试仪法、 压力降法、钙离子浓度法。不论哪一种方法在实际工作中均有一定的局限性12 14。、监测换热器法监测换热器是腐蚀和结垢现场监测的重要手段之一,它能直接测定传热面上金属的腐蚀和结垢情况。 用监测换热器监测冷却水中污垢的情况可以从三方面进行:一是运行一段时间后 ,将换热管剖开 ,观察其中污垢的沉积情况,测定污垢厚度 ;二是测定冷却水运行时的污垢热阻,从而预测或判断换
32、热器内沉积物的堆积程度;三是通过对换热管的化学处理计算出黏附速率及腐蚀率。、电热式污垢测试仪美国腐蚀工程师协会 (NACE)推荐采用电热式污垢监测仪来判断冷却水系统发生的污垢或沉积物的情况。电热污垢测试仪采用电阻加热元件,通过加热电阻的金属表面向冷却水传递热量,测定金属表面与流经金属表面的冷却水之间的传名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 44 页 - - - - - - - - - 合肥工业大学本科毕业论文6 热速率。这种方法能够测定热量的传递效率和整体管线
33、的清洁度。常用的模型，如图 1-1 所示。图 1-1 环形间接电加热的污垢测试设备示意、压力降法1990 年,NACE 曾推荐采用压力降法去监测冷却水中的污垢水垢、淤泥和黏泥，如图 1-2 所示。其测试原理为流体流经管道时,由于流动方向的摩擦力的作用,总会产生一定的压力降。 如果管子内部存在污垢 ,管道截面积减少 ,流体阻力增加,管道两端的压力降会增加。因此,管道两端的压力降增量与结污垢的量存在一定的函数关系。图 1-2 监测沉积物的压力降测定装置、钙离子浓度法通过测定补充水和循环冷却水中的钙离子浓度,考察循环冷却水中的钙离子浓度是否按循环冷却水浓缩倍数呈比例的增加来判断冷却水系统的结垢情况。
34、钙离子浓度法测试简单 ,但缺点也是非常明显的。首先,它只能对循环冷却水中的碳名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 44 页 - - - - - - - - - 合肥工业大学本科毕业论文7 酸盐垢进行判断 ,其次这种方法只能定性,无法定量判断系统的结垢情况。再者,该方法受系统的流动条件影响较大,流体条件的改变直接影响测定的结果以及对系统结垢情况的判断。以上几种传统的污垢测量方法主要是机械的人工检查或测定热流率变化,这些测定方法的致命缺点是对污垢问题反应滞后,都存
35、在对污垢的不敏感,不能准确、及时对污垢进行预测的问题。 笔者认为性能优良的污垢监测器应该具备以下特点:(1)能够正确判断系统是否存在明显的污垢问题;(2)确定污垢形成的条件 ;(3)确定什么条件需要添加化学品或调节系统参数来抑制污垢的形成;(4)能够全天候的工作 ;(5)对污垢的测量敏感。1.3 本课题研究的主要内容国内在污垢在线监测方面主要仍以监测换热器与计算机技术结合为主, 在测试原理的研究、 测试手段、 监测换热器设计等方面落后于发达国家。国内部分研究单位已经开始电热式污垢热阻监测设备的研究, 但还很不成熟15。因此引入国外成熟的技术 , 结合国内的实际情况 , 整合其他水处理在线监测系
36、统, 进行二次开发, 形成自己的冷却水在线监测技术, 是目前最可行且经济的途径。 本课题现有的电厂循环冷却水模拟实验台在线监测装置，存在硬件和软件方面的不足， 考虑到上述原因，本文将对该实验台在线监测装置做进一步完善，具体工作如下：、以 LabVIEW7.0为工具进行编程，完善原有在线监测装置的软件操作系统；、通过实验验证， 分析对比热电阻和热电偶测量循环冷却水管侧温度的各自特点，从而得出选择热电偶的可行性、优越性；、在循环冷却水管侧合理布置多个热电偶测温元件，得出精确的管内污垢热阻规律；、利用改进后的在线监测装置进行动态模拟实验。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - -
37、- - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 44 页 - - - - - - - - - 合肥工业大学本科毕业论文8 第二章电厂循环冷却水系统2.1 电厂循环冷却水系统简介用于冷却汽轮机低压缸排汽的水，称为冷却水（Cooling Water） 。用水作冷却介质的系统称为冷却水系统。 冷却水系统可分为直流冷却水系统、开式循环冷却水系统、闭式循环冷却水系统三种16。、直流式冷却水系统此系统的冷却水直接从河、湖、海洋中抽取，一次通过凝汽器后，即排回天然水体，不循环使用。此系统的特点是：用水量大；水质没有明显的变化。由于此系统必需具备
38、充足的水源，因此在我国长江以南地区及海滨电厂采用较多。、开式循环冷却水系统开式循环冷却水系统如图2-1 所示。该系统中，冷却水经循环水泵送入凝汽器，进行热交换，被加热的冷却水经冷却塔冷却后，流人冷却塔底部水池，再由循环水泵送人凝汽器循环使用； 此循环利用的冷却水则称循环冷却水。此系统的特点是：有 CO2散失和盐类浓缩，这样就容易产生结垢和腐蚀问题；并且水中有充足的溶解氧，有光照，再加上温度适宜，有利于微生物的孳生；另外，由于冷却水在冷却塔内洗涤空气，会增加粘泥的生成。图 2-1 开式循环冷却系统（1 补充水； 2 循环冷却水； 3 循环水泵； 4 、5 被冷却的工艺介质；6 凝汽器；7 蒸发损
39、失ZP ；8 吹散和泄露损失FP；9 排污损失PP；10 冷却塔 )此系统较直流式系统的主要优点是节水，对台 300MW 的机组、循环水虽按4102.3t/h 计，如果补充水量为2.5 。则每小时的耗量仅800t ，因此该系统在水资源短缺的我国北方地区被广泛采用。随着今后水资源短缺现象越来越严名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 44 页 - - - - - - - - - 合肥工业大学本科毕业论文9 重，我国将有更多的火电厂采用开式循环冷却水系统, 今后为了
40、防止河流的热污染，有些长江以南地区的火电厂，也会采用开式循环冷却水系统。我国使用海水作冷却水的火电厂 , 均采用直流式冷却水系统，由于采用开式循环冷却水系统，可以大大减少海水的取水量， 大幅度降低基建投资。 因此有些设计院提出了海水循环冷却的设想。、闭式循环冷却水系统闭式循环冷却水系统在火电厂有三种应用场合。一是冷却汽轮机的乏汽， 如在严重缺水地区建设的空冷机组，多采用此系统。目前，我国大同第二电厂、丰镇电厂的海勒式间接空冷系统巳投入运行。哈蒙式间接空冷系统也已经在太原第热电厂投入运行。 二是有些电厂将轴瓦冷却水等组成一个专门的闭式循环冷却系统 ( 亦称二次冷却系统 )。三是装有水内冷发电机的
41、电厂， 将内冷水也组成一个闭式循外冷却系统、此系统的特点是：没有蒸发而引起的浓缩，补充水量少，般都使用除盐水作为补充水。循环冷却水系统中的冷却水流经凝汽器后被汽轮机排汽加热成为热水，热水基本不排放，经过冷却设备冷却以后，仍然返回系统反复使用。2.1.1 循环冷却水系统特点在火电厂用水量中， 冷却用水占其绝大部分。 与其他工业比较， 火电厂冷却系统具有其独特的特点17：、 冷却水量大。一台300MW 机组的循环冷却水量达31044104t/h ，对于一个 4300MW 的火电厂，循环冷却水量将达1210616106 t/h 。对于敞开式循环冷却系统，当浓缩倍率为3 时，补水率约为2.4 ，则补充
42、水量约28803840t/h 。、 冷却系统简单，换热器数量少。一台发电机组只有一台凝汽器，还有若干台冷油器、冷风器。换热器的形式只有管程一种，换热管材质一般为黄铜、不锈钢、碳钢等。、 冷却水温低。据统汁，凝汽器出口水温一般在 40左右，极少超过 45。、无工艺泄漏污染冷却水质的情况。一般地说，在火电厂敞开式循环冷却系统中，茵、藻类的繁殖不如其它工业严重。密封性相对较好，泄露情况很少发生。、 冷却系统容积与小时循环水量的比值大。GB50050-95 工业循环冷却水处理设计规范指出： “敞开式循环冷却水系统的容积宜小于小时循环水量的1/3 ” 。而火电厂机组容量小时，比值大约是（21.5 ）:1
43、 。对于 300MW 机组，比名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 44 页 - - - - - - - - - 合肥工业大学本科毕业论文10 值可达到 1:1 。而对于 600MW 机组，比值才接近1:3 。此比值越大，药剂在系统中的停留时间就越长，对阻垢越不利。但比值较小，则系统缓冲容量大，浓缩倍率的上升比较慢。2.1.2 循环冷却水系统组成、换热设备凝汽器在火电厂循环冷却水系统中，其主要换热设备为凝汽器。凝汽器的主要用途是在汽轮机排汽口处建立并维持要求的
44、真空，使蒸汽在汽轮机内膨胀到指定的凝汽器压力， 以提高汽轮机的可用焓降， 将更多的焓降转变为机械功；同时将汽轮机的排汽凝结为水， 再重新作为锅炉的给水， 参加到热力循环系统中去。 按蒸汽凝结的方式不同分为混合式凝汽器和表面式凝汽器，按冷却介质不同又分为水冷凝汽器和空冷凝汽器。 在火电厂使用的主要是管式表面式凝汽器，如图 2-2 所示。凝汽器由壳体、管板、管子等组成，外壳用钢板焊接成圆柱形，两侧水室端盖用螺栓固定在水室上， 并设有入孔门。 水室与汽室间用管板隔开， 两端的管板之间布置铜管（或钛管等），铜管胀接在管板孔内，使两端水室相通。冷却水在管内流动，蒸汽通过管壁与冷却水进行热交换。外壳、管板
45、与水室焊成一个整体，上部排汽进口与汽轮机的排汽口相连，下部收集凝结水的热水井与凝结水泵相连，两侧的空气抽出管与抽气器相连。抽气器的作用是抽出不凝结气体和少量未凝结的蒸汽。图 2-2 管式表面式凝汽器结构简图(1 蒸汽入口； 2 冷却水管； 3 管板； 4 冷却水进水管； 5 冷却水回流水室；6 冷却水出水管；7 凝结水集水箱 ( 热井) ；8 空气冷却区； 9 空气冷却挡板；10 主凝结； 11 空气抽出口 ) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 44 页
46、- - - - - - - - - 合肥工业大学本科毕业论文11 a、凝汽器的真空度凝汽器的真空， 即汽轮机的排汽压力， 是蒸汽在凝汽器内凝结时造成的。排汽在恒压下将汽化潜热传给冷却水，凝结为水。冷却水的温度总是要低于被凝结蒸汽的温度的， 这样才能使凝汽器正常工作。 凝汽器内真空的形成是由于在凝汽器内蒸汽和凝结水汽液两相之间存在着一个平衡压力。这个平衡压力与蒸汽凝结时的温度有着单值的一一对应关系。 蒸汽凝结时的温度越低， 该平衡压力也越低，这个平衡压力就代表着凝汽器内的绝对压力，凝汽器内蒸汽凝结时的温度决定冷却条件，在极限情况下， 即冷却水流量很大时， 对应凝汽器压力下的最低饱和温度值就等于冷
47、却水的温度。 因此在凝汽器内一般所具有的那种冷却水温度条件下( 例如 20左右 ) ，它的极限压力为0.0023Mpa（绝对 )，此时，凝汽器内将得到远比大气压低的平衡压力18。上述情况仅当凝汽器内没有空气及其他非凝结性气体时才成立。实际上汽轮机装置不可能绝对严密。 处于真空状态的汽轮机低压排汽室、 凝汽器管道和阀门总会有一定数量的空气漏进来，此外锅炉来的新蒸汽、疏水、蒸汽排放等也要带来一部分气体。因此进入凝汽器的实际上并非纯蒸汽，而是汽气混合物。凝汽器内的压力就是这些混合气体的分压力之和。 显然，蒸汽中的空气及其他非凝结性气体需要及时排除，以维持凝汽器内所形成的真空。 这就必须不断地用专门的
48、空气泵抽气器抽出凝汽器中的空气。在正常运行时，凝汽器内的真空度一般为0.005MPa 。b、凝汽器的端差汽轮机的排汽温度tp与凝汽器冷却水的出口温度2t之差，称为端差，用t表示。它与汽轮机排汽温度和冷却水温度之间有以下关系：ttttp1（2-1）t=2t-1t式中1t冷却水的进口温度；2t冷却水的出口温度；。正常运行条件下，端差一般为35；如铜管内结垢或附着粘泥，端差甚至可上升到20以上。此外，汽轮机排汽量的增加和凝汽器中抽汽量的减小，冷却水流量的减少， 都会使凝结水温度升高、 端差上升或凝汽器内压力升高、真空度降低，影响机组的热经济性。c、凝汽器的传热名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载
49、 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 44 页 - - - - - - - - - 合肥工业大学本科毕业论文12 设凝汽器的排汽温度为pt，冷却水温度为wt，S为传热面积， K为总传热系数，则可用以下基本方程式来表示凝汽器的传热过程： Q = KS （pt-wt）= KSmt（2-2）式中 Q 传热量， J/h ； S传热面积， m2； K总传热系数， w(m2K)mt流体间温差的平均值，。在上式中，传热量越大，冷却水的热负荷越高，也越容易发生水垢故障。总传热系数 K值愈高，则导热效果愈佳。总传热系
50、数K可按下式求出。222111111K（2-3）式中1蒸汽侧界膜传热系数，W/（m2.K） ；2冷却水侧界膜传热系数，W/（m2.K） ；1管材的导热率， W/（m.K） ；2附着物的导热率， W/（m.K） ；1管壁厚度， m ；2附着物厚度， m ；在凝汽器的运行中， K值随结垢、腐蚀产物和粘泥附着的增长而减小。表示某换热器所允许的污垢程度，称污垢系数，可由下式计算：22011KKS（2-4）式中污垢系数， W/（m2.K） ；SK运行一定时间后的总传热系数，W/（m2.K） ；0K运行初期的设计总传热系数，W/（m2.K） ；对开式循环冷却系统的年污垢热阻值，我国目前的控制标准是小于 3