污垢對節(jié)能減排的影響4頁

1、污垢對火力發(fā)電廠節(jié)能減排的影響來源：中國電力聯(lián)盟網(wǎng)   更新時間：2012-09-17    21世紀(jì)中國火力發(fā)電主題“節(jié)能、環(huán)保、節(jié)水”。這不僅僅是節(jié)能的重要技術(shù)措施，也是減少環(huán)境污染、溫室效應(yīng)氣體(CO2)排放和降低發(fā)電水耗的重要途徑，同時也是緩解今后煤炭供應(yīng)日趨緊張的重要技術(shù)措施。十七大報告指出，加強(qiáng)能源資源節(jié)約和生態(tài)環(huán)境保護(hù)，增強(qiáng)可持續(xù)發(fā)展能力。節(jié)能法的修訂，從制度上確保節(jié)能減排目標(biāo)的實現(xiàn)。近年來,我國火力發(fā)電廠建設(shè)得到迅猛發(fā)展,隨著我國煤炭等能源資源緊缺,人們節(jié)能降耗意識的日益增強(qiáng).國家政策對環(huán)境保護(hù)的要求越來越高。目前，我國發(fā)電能源構(gòu)成中還是

2、以煤為主(占80%)，雖然今后將大力開發(fā)西部水電資源，但預(yù)測在本世紀(jì)3040年內(nèi)以煤為主的結(jié)構(gòu)還不會改變。到2020年全國總裝機(jī)容量將達(dá)到9.5億千瓦左右，發(fā)電量將達(dá)到42000億千瓦時左右，其中火電裝機(jī)比重仍然占70%?；痣姍C(jī)組在為人們提供電和熱的同時，產(chǎn)生了大量的廢棄物，嚴(yán)重污染環(huán)境，也同時產(chǎn)生很高的消耗。據(jù)統(tǒng)計，在一些高度工業(yè)化國家，換熱設(shè)備污垢的消耗占國民生產(chǎn)總值的0.25%，美國僅煉油工業(yè)與污垢有關(guān)的費(fèi)用就達(dá)13.6億美元。在我國，雖然工業(yè)構(gòu)成與美國不同，生產(chǎn)水平和管理水平也不一樣，污垢費(fèi)用占工業(yè)生產(chǎn)總值的比例理所當(dāng)然地也會有所不同。同樣，按0.25%這個比例估算我國在2004年因污

3、垢而造成的損失應(yīng)為341億元(參見黑龍江省電力勘察設(shè)計研究院文章)。東北電力學(xué)院徐志明等對我國2000年電力工業(yè)因污垢而增加的費(fèi)用作了粗略估算，得出2000年鍋爐和凝汽器的污垢總損失費(fèi)用為128.21億元，約占GDP的0.15%。節(jié)能降耗，簡言之就是節(jié)約能源、降低消耗，用最少的投入去獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益。節(jié)能降耗、點滴節(jié)約是企業(yè)的立身之本，誰怠慢了它，輕視了它，誰就會失去立足之基。我們不能不屑于一滴水、一度電、一塊煤的價值，這些都將直接影響到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益?；鹆Πl(fā)電廠污垢的形成是一種極其復(fù)雜的熱量、動量、和質(zhì)量交換過程，而且污染現(xiàn)象遍及自然過程。電廠多采用井水、河水作為循環(huán)水，水中含有能溶解在水

4、中的鹽類、灰塵、泥砂、微生物等雜質(zhì)，循環(huán)水系統(tǒng)的冷卻水由于蒸發(fā)損失、風(fēng)吹損失等不斷濃縮，雜質(zhì)在水中的比例也不斷增高，因此、污垢的形成概率也高。一般來說，污垢可以粗略按沉積物的形成機(jī)理分為二大類：水垢、泥垢等。盡管水垢和泥垢的物理形態(tài)、形成機(jī)理、沉積區(qū)域和化學(xué)活性等都不相同，但對換熱過程的影響卻是相同的，它們都增加了換熱面的熱阻，減小了傳熱系數(shù)。一般認(rèn)為污垢還可分為以下幾種類型：析晶污垢；微粒污垢；化學(xué)反應(yīng)污垢；腐蝕污垢；生物污垢；凝固污垢等。在我國，由于人們對污垢問題普遍缺乏足夠的認(rèn)識和重視，換熱設(shè)備運(yùn)行環(huán)境惡劣和水體污染愈加嚴(yán)重等方面的原因，使得換熱器中結(jié)垢現(xiàn)象更加嚴(yán)重。污垢所帶來的危害是巨

5、大的，也是多方面的：首先，導(dǎo)致熱阻增大。循環(huán)水在凝汽器銅管內(nèi)流動，吸收大量的熱量，保證了汽輪機(jī)的正常運(yùn)行。工業(yè)換熱器內(nèi)，一般管內(nèi)流體的流動總是處于旺盛湍流狀態(tài)。根據(jù)管內(nèi)受迫流動換熱理論，液體在管道內(nèi)流動分為層流邊界層、過渡流層、紊流區(qū)三種基本現(xiàn)象，并由于流體的粘性而具有不同的流動速度。層流邊界層是貼附于管壁的一層，流速非常緩慢，水中的CaCO3等污垢最易滯留在管內(nèi)壁上形成污垢；并且，層流邊界層雖然很薄，但緊靠管壁，熱阻很大，影響傳熱效果。一般污垢的導(dǎo)熱系數(shù)都很小，為0.174-1.163W/(m.oC)，僅為鋼材的1/501/30，即使污垢層厚度不大，也會導(dǎo)致傳熱系數(shù)降低。據(jù)工業(yè)能源雜志提供的

6、權(quán)威統(tǒng)計數(shù)據(jù),垢質(zhì)每年在換熱設(shè)備和管道中的沉積厚度至少在4mm以上,而換熱設(shè)備積垢每增加1mm,換熱系數(shù)下降99.6%,能耗將增加10%以上。以某電廠600MW機(jī)組雙背壓凝汽器為例進(jìn)行計算，冷卻水管結(jié)垢0.3mm時使凝汽器真空下降1.6kPa，使機(jī)組的功率減少7572.304kW，使機(jī)組的熱耗率增加95.91kJ/(kW·h)。按年發(fā)電300天計算，一年減少收入：7572.3×24×300×0.35元/kW·h=1908萬元。為了進(jìn)一步說明問題，在這里計算了不同污垢層厚度對雙背壓凝汽器真空及機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響數(shù)據(jù)，如表所示：機(jī)組容量(Mw)水垢厚

7、度(mm)真空度降低(kpa)真空度降低(%)汽耗增加（%）1001.22.026.733.335%37.5%500.81.224%2 6%由表上可看出，在相同的汽側(cè)放熱系數(shù)情況下，隨著垢層厚度的增加，低壓、高壓凝汽器的真空近似成正比例下降，而機(jī)組的發(fā)出功率減小量和機(jī)組的熱耗率增加量近似成正比例增大。這說明垢層的厚度增量越大，對機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響也就越大。其次，使排汽溫度升高。污垢造成傳熱系數(shù)降低，使循環(huán)冷卻水吸熱不良，減緩了排汽的凝結(jié)速度，致使排汽壓力升高、排汽溫度升高。而排汽溫度的升高又導(dǎo)致有更多的熱量需要冷卻水帶走，使循環(huán)冷卻水溫度升得很快。冷卻水溫度升高后又進(jìn)一步惡化真空，形成惡性循環(huán)。

8、凝汽器真空是評價凝汽器運(yùn)行狀態(tài)優(yōu)劣和運(yùn)行檢測中的一個很重要的指標(biāo)。凝汽器真空過低會嚴(yán)重影響電廠機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，對于一臺已經(jīng)投運(yùn)的抽汽凝汽式機(jī)組，凝汽器的冷卻面積、冷卻水量、凝汽器熱負(fù)荷等已基本固定，冷卻水系統(tǒng)的特性、冷卻方式、冷卻水溫也受到電廠的地理位置、季節(jié)氣候等因素限制，凝汽器銅管水側(cè)的臟污和結(jié)垢是導(dǎo)致凝汽器真空惡化的最主要最常見的原因。根據(jù)火電廠節(jié)能工程師培訓(xùn)教材介紹的實驗數(shù)值：真空每降低1%，影響汽輪機(jī)熱耗率增加0.86%，真空降低2%，影響熱耗率增加1.72%，影響供電煤耗增加6.97g/kWh(標(biāo)煤)。凝汽器真空每下降1kPa，汽輪機(jī)汽耗會增加1.5%2.5%。以100MW機(jī)組

9、為例，真空每下降1kPa，煤耗增加3.485g/kWh。正常情況下，一般真空都會下降5kPa，煤耗增加17.425g/kWh。根據(jù)等效焓降法計算真空度每提高1%，標(biāo)準(zhǔn)煤耗下降3.485g/kwh。若100MW機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行則可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤：1.45t/h以上，標(biāo)煤按500元/T計算，則可節(jié)約人民幣725元/h，若每年發(fā)電按8000小時計算，每年可節(jié)約發(fā)電成本580萬元。第三，改變了設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)。水側(cè)污垢不僅使凝汽器清潔率下降和冷卻面積減少，增加了冷卻循環(huán)水系統(tǒng)的水流阻力，降低了冷卻水的流量，還增加了循環(huán)水的出口壓力和循環(huán)水泵的能耗，使換熱效率減小，端差升高。保持凝汽器較高的真空和較小的端差，是

10、提高機(jī)組循環(huán)熱效率的主要方法之一。某廠一臺125MW機(jī)組，汽輪機(jī)背壓增高0.004MPa，導(dǎo)致熱耗增加244.5kJ/kWh，煤耗增加9.70g/kWh；凝汽器端差升高5，導(dǎo)致熱耗增加95.12kJ/kWh，煤耗增加3.66kJ/kWh。另以100MW機(jī)組為例，裝配N-6815-2型凝汽器，正常運(yùn)行中凝汽器端差控制在6以內(nèi)，運(yùn)行一段時間后，凝汽器端差就升高到9左右，嚴(yán)重影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。造成端差大的主要原因是循環(huán)水中的污泥、微生物和溶于水中的碳酸鹽析出附在凝結(jié)器銅管水側(cè)產(chǎn)生水垢，形成很大的熱阻，使傳過同樣熱量時傳熱端差增大，凝結(jié)器排汽溫度升高，真空下降。根據(jù)N-6815-2型凝汽器熱力計算說明

11、書查得：其設(shè)計傳熱端差為4.04。經(jīng)測試機(jī)組的平均傳熱端差為9左右，較設(shè)計值大5左右，根據(jù)公式tz=t1+t+t，式中：循環(huán)水入口溫度t1取20，循環(huán)水溫升t取13.14，端差t取9，則：tz=42.14。對應(yīng)的排汽壓力，Pk=0.0085MPa。由于端差增大5，使汽輪機(jī)熱耗率增加1.69%，供電煤耗增加8.31g/kWh(標(biāo)煤)。經(jīng)計算，機(jī)組發(fā)電煤耗率增加8.31g/kWh(標(biāo)煤)，年多耗標(biāo)準(zhǔn)煤9700噸，標(biāo)煤按500元/t計算，折合人民幣485萬元，浪費(fèi)很大。第四，使汽輪機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益降低。當(dāng)凝汽器在運(yùn)行中由于水側(cè)污垢熱阻的增加而導(dǎo)致?lián)Q熱系數(shù)減小時，就直接影響到了經(jīng)濟(jì)效益。第五，威脅機(jī)組的

12、安全運(yùn)行。真空過低，會使低壓缸、排汽缸溫度升高，引起汽輪機(jī)軸承中心偏移，嚴(yán)重時會增大汽輪機(jī)組的振動；當(dāng)真空降低時，為保證機(jī)組出力不變，必須增加蒸汽流量，從而導(dǎo)致軸向推力增大，使推力軸承過負(fù)荷，影響汽輪機(jī)組的安全運(yùn)行。第六，引起垢下腐蝕。沉積物垢下腐蝕是凝汽器銅管腐蝕的主要形態(tài)。沉積物造成銅管表面不同部位上的供氧差異和介質(zhì)濃度差異會導(dǎo)致局部腐蝕。銅被氧化生成的Cu2+及Cu+離子傾向于水解生成氧化亞銅，并使溶液局部酸化，加劇了腐蝕的發(fā)展，嚴(yán)重時造成針型腐蝕穿孔，導(dǎo)致銅管及管板泄漏，循環(huán)水進(jìn)入凝結(jié)水，在無法預(yù)知的情況下，鍋爐給水品質(zhì)變差，威脅著鍋爐及發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行，也直接影響發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)效益。

13、第七，降低凝汽器的使用效率。銅管內(nèi)壁形成污垢的速度很快，根據(jù)文獻(xiàn)，凝汽器銅管清掃24h后，清潔系數(shù)從1.0變?yōu)?.692，實際傳熱系數(shù)由2.93kW/(m2)降到1.98kW/(m2)，致使排汽溫度從31.5上升到35.5。而0.1mm厚污垢的熱阻足以讓1mm厚的銅管的導(dǎo)熱熱阻被忽略不計。如此短的積垢時間和低的傳熱效率，導(dǎo)致凝汽器長期處于低效率運(yùn)行中。大型火力發(fā)電廠各項熱損失大約為：鍋爐熱損失9%、管道熱損失1%、汽輪機(jī)排汽熱損失50%、汽輪機(jī)機(jī)械損失2%、發(fā)電機(jī)損失1%引自熱能工程設(shè)計手冊。從設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)來看，總熱損失60%，綜合熱效率40%。其中汽輪機(jī)排汽熱損失50%。50%以上的汽輪機(jī)排汽熱

14、損失不僅帶來了能源資源的巨大浪費(fèi)，也帶來了大量的環(huán)境污染。提高火力發(fā)電廠的整體熱效率技術(shù)有很多。如高效燃燒技術(shù)；發(fā)電效率提高技術(shù)；余熱回收技術(shù)；乏汽回收技術(shù)及水回收技術(shù)等。技術(shù)不同，應(yīng)用部位不同，對整體效率影響不同?，F(xiàn)在，僅從通過降低主要損失-排汽熱損失提高整體熱效率。在凝結(jié)水量、冷卻水流量和進(jìn)口水溫一定的情況下，提高凝汽器換熱效果，減小凝汽器銅管內(nèi)外壁溫差，管外的蒸汽就能迅速被水冷凝，體積縮小，真空提高，蒸汽的發(fā)電能力提高，蒸汽的更多熱量轉(zhuǎn)化為電能，導(dǎo)致蒸汽的溫度(排汽溫度)降低，冷卻水的出水溫度也降低，使排汽溫度和冷卻水出水溫度的溫差(傳熱端差)減小，冷卻水帶走的熱量減少，即汽輪機(jī)排汽熱損失減少，發(fā)電熱效率提高，經(jīng)濟(jì)效益也相應(yīng)提高，而除垢、防垢是提高換熱效率的最主要途徑?？梢姡撼?、防垢能大幅度提高火電機(jī)組凝汽器的換熱效率，從而提高機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性，減少冷源損失，就可以減少發(fā)電汽耗，也就降低了發(fā)電煤耗。降低生產(chǎn)熱能量的成本不僅僅有技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的意義，而且具有社會意義，是構(gòu)建節(jié)約型社會的一種技術(shù)手段。湖南省株洲工學(xué)院俞秀明教授所在課題組為了獲得冷凝器污垢對傳熱造成的經(jīng)濟(jì)損失評價數(shù)據(jù)，選取了江氨化工公司和湖南省南天實業(yè)公司進(jìn)行了實際測試，通過分析測試結(jié)果表明，冷卻水的污垢使換熱器的實際運(yùn)行效率下降40%以上。他們進(jìn)