CN101403574B

CN101403574B - 双功能非凝结性气体清除器

Info

Publication number: CN101403574B
Application number: CN2007101958198A
Authority: CN
Inventors: 冼泰来
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-11-30
Filing date: 2007-11-30
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2027-11-30
Also published as: CN101403574A

Abstract

本发明公开了一种“双功能非凝结性气体清除器”，其特征在于：它分别与水处理装置和循环水泵相连接，经处理后的高纯度水自流进入双功能非凝结性气体清除器；将水中含有的非凝结性气体清除后进入循环水泵，由水泵将其输送到锅炉。该设备是火力发电水气全循环热系统的设备之一。采用这一系统，可将一间发电厂变成二间火力发电厂所发出的电量，而总耗煤量不变。本系统不但适合火力发电厂，也适合核能发电厂；并能适合锅炉产生水蒸汽作功的热力设备。使用范围广，结构简单、安全可靠、环保节能，因此具有良好的推广价值。

Description

双功能非凝结性气体清除器

技术领域：

本发明涉及环境保护、节能降耗、减排、设备保护、安全生产等技术领域，更具体地说是涉及水及蒸气排放、回收、发电设备技术领域。

背景技术

目前利用水蒸气进行推动汽轮发电机发电的方法技术是世界上最主要的发电技术，占全世界总发电量的一半以上，如火力发电和核能发电都是采用水蒸气来推动汽轮发电机进行发电的。

火力发电是世界上最大的污染源和工业的第一耗水大户；温室气体的排放量居世界首位。有充分的证据证明；地球变暖、酸雨增加、灾害性天气增加和加强、大量的物种灭绝、大量的污染物污染空气、陆地和水源等危害到人类生存环境等极其严重的问题都与火力发电有直接的关系。

目前火力发电工艺流程已经有近百年的历史，热效率低，浪费和污染严重，就算是当今世界上最高水平的燃煤发电厂的热效率也达不到送到锅炉的煤完全燃烧所能发出的热量的三分之一。

为了证明这一点，现举哈尔滨汽轮机厂600MW火力发电机组的热系统为例子(此火电机组的热系统图附后)。

该机组的锅炉为亚临界一次再热筒锅炉，最大连续出力1803.6t/h，给水温度273.4℃，主蒸气压力16.67MPa，温度为538℃，再热蒸气压力为3.323MPa，温度538℃，汽轮机排气温度36.2℃，压力0.006MPa，热耗率7829.8KJ/(KW.h)，汽耗率3.005Kg/(KW.h)。

由于该机组将其热焓高达2330.9KJ/Kg作功后的低温、低压水蒸气排到凝汽器变成36.2℃，其热焓只有151.5KJ/Kg的冷凝水，这不但需要重量达到其50～80倍的冷凝水，通过凝汽器进行冷凝，做成巨大的热量损失和浪费了大量的水；还有可能由于凝汽器在运行中产生的铜离子对锅炉水做成污染和凝汽器出现故障时可能会引发严重的事故。

现计算该机组从汽轮机作功后蒸气排放到凝汽器凝结成水所带来的热量损失。

一，锅炉在1小时中产生蒸气的总热焓。

1803.06×1000×(3397.3-1198.‘8)+1516.84×1000×(3538-3027.3)＝4738676398KJ

二，作功后的水蒸气在凝汽器中变成水所失去的热量。

1037.54×1000×(2330.9-151.5)+85.88×1000×(2448.8-151.5)＝2526965200KJ

三，上述失去的热量与锅炉1小时产生的总热量的百分比。

2526965200÷4738676398×100％＞53％

从600MW火电机组的热系统图中可以看出：锅炉每小时产出1803.6吨，压力为16.76MPa，温度538℃的水蒸气，但作功后到达凝汽器的水蒸气只有1159.42吨，中途有644.6吨的高温高压水蒸气变成了凝结水和废蒸气排走。原因是：一，高温高压水蒸气在汽轮机通流部分流动过程中由于摩擦力等种种原因，产生凝结水。二，每小时数量达到1803.6吨，温度只有36℃左右的水，被这些蒸气加热到273.4℃的高温水进入锅炉，是产生大量凝结水的主要原因。三，利用蒸气除氧和其他环节也使用了大量的水蒸气。

我国核电机组作功后排放的低温低压水蒸气在凝汽器冷却成水所失去的热量更是惊人。(后附CPWR-1000核电机组热平衡图)。现计算其热损失：

一，核反应堆在1小时中加热水所产生水蒸气的总热焓。

5808.2×1000×(2773-972.6)＝10457083280KJ

二，作功后的水蒸气在凝汽器变成水所失去的热量。

2975.1×1000×(2350.5-168.8)＝6490775770KJ

三，变成水所失去的热量与从核反应堆中获得总热量的百分比。

6490775770÷10457083280×100％＞62％

从以上两间厂的数字可以看出：当前发电工艺流程浪费极其严重，单是作功后在凝汽器中凝结成水所失去的热量就大大超出推动汽轮发电机发电所耗用的热量；而且作功后排出1Kg的水蒸气，需要50～80Kg的冷却水量。该工艺流程还有1/3以上在锅炉中产生的高温高压水蒸气，在汽轮机通流部分流通和加热锅炉进水及其他环节中，在没有到达凝汽器前，就变成了凝结水和废气的形式中途排走。做成巨大的热量损失和大量高纯度水的流失。为此，需要大量高纯度的水不断进行补充。在补充水的过程中，大量非凝结性气体混进来；并由于运行加热过程中的不断浓缩，做成热系统内的水质不断恶化，而引起设备内部的腐蚀。

为了解决这个问题，旧工艺流程不但需要大量的化学药剂进行水处理，而且锅炉在运行中还要进行排污。即使这样，还不能从根本上解决设备内部的腐蚀问题。锅炉在运行中排污，不但大量高温高压的水蒸气和水流失做成巨大的浪费，还产生高燥音和严重污染环境。

为此，如何实现水蒸气和水的全循环利用，以大幅度降低成本、减排降耗、保护人类的生态环境，已经成为世界各国公认的世界难题。但这个世界难题已经被我发明的火力发电水气全循环热系统的技术完满解决了。

发明内容：双功能非凝结性气体清除器

本发明是我经过几十年来研究而设计成的发电成本低于火力发电的大型太阳能发电厂中的水气全循环热发电技术，结合火力发电厂的特点而设计发明的火力发电水气全循环热系统的设备之一。该系统的发电热效率是当今世界最高的。发明的主要理论依据是卡诺定理“所有工作于同温热源和同温冷源之间的热机，以可逆机效率为最高”。

本发明的热系统将原发电工艺流程中的主要设备之一的凝汽器及其附属系统全部废弃：将原排放到凝汽器的作功后的低温低压水蒸气的其他部位产生的废蒸气，通过热泵设备全部回收用来发电。(热泵设备是以消耗一定量的机械功为代价，可以把热能由较低温度，提高到能够被利用的较高温度。热泵的经济性一般用供热系数ε₁来衡量。ε₁＝Q₁/W因Q₁＝Q₀+W，故ε₁永远大于1。若ε₁＝5，表示消耗1J的功，可以获得了5J的热量，显然这比直接燃烧燃料来获取热量更为有利)。

我初步计算一下，采用我发明的火力发电水气全循环热系统技术，可以将600MW火力发电厂，变成1200MW的火力发电厂，而总耗煤量不变：不但做到污水对周围环境0排放，而且发电成本降低一半以上。本次公开的双功能非凝结性气体清除器是这个热系统的设备之一。

现简单介绍一下非凝结性气体的危害性：

一，降低设备的传热系数。

蒸气和非凝结性气体形成混合气体进入加热设备后，蒸气在加热设备表面冷凝，而非凝结性气体不能冷凝，就在加热设备表面形成一层薄膜，此薄膜对于蒸气向管内被加热介质传热是一个很大的热阻，使加热设备的热效率显著降低。

二，传热的温差减小。

设备内积存非凝结性气体就降低了蒸气的分压力，因而相应地改变了蒸气的饱和温度。由公式Q＝KFΔt(K-传热系数；Δt-温差；F一传热面积)可知，温差Δt减小，使加热设备能力显著降低。

三，形成气阻，干扰热量的分配，影响疏水阀的正常工作。

气阻使疏水阀不能正常工作，致使启动开始时暖气不热或设备加热时间过长。非凝结性气体以分离的状态聚集在设备受热面上形成气阻或气膜，导致这部分受热面不能发挥作用，也干扰了热量的分配，降低了设备的性能。

四，引起管道和设备的腐蚀。

空气中的氧及二氧化碳对管道和设备的腐蚀是常见的。

溶解氧与氢氧化亚铁(铁和水的反应产物，即Fe+2H₂O＝Fe(OH)₂+H₂↑反应生成氢氧化铁，它不溶于水，沉淀下来的氢氧化铁是不起保护作用的。原能防止腐蚀的氢氧化亚铁被溶解氧从金属表面除去。这样溶解氧就加剧了腐蚀反应。

氧和二氧化碳腐蚀，不仅直接造成热力设备的大面积损坏，降低使用寿命；而且其腐蚀产物进入锅炉，会在受热面上沉积，引起锅炉的其他腐蚀损坏，造成更严重的后果。

因此，水中含有非凝结性气体，就必须彻底清除不可。而双功能非凝结性气体清除器就是把清除非凝结性气体作为其主要任务之一。它的特征在于；分别与环氧树脂离子水处理器和循环水泵相连接。经处理后的高纯度离子水，通过此装置清除混入水中的非凝结性气体。

美国专家根据多年研究得出如下结论：如果金属表面是清洁的任何一种水处理方式(全挥发、磷酸盐、不挥发碱)处理，均不会发生腐蚀，可沉积物一旦积聚，腐蚀就开始，而且腐蚀的速度与温度的升高成正比，升温是由沉积物引起的。

锅炉和循环水泵等设备，未启用之前都是用常温的保护剂如油脂等进行保护的，但这些在高温下会产生腐蚀作用。因此，锅炉等设备在启用时，一定要进行化学清洗。化学清洗的作用在于保持金属表面清洁；并产生一层保护层以防止金属腐蚀。为此双功能非凝结性气体清除器就设有协助进行化学清洗的功能。

现简单介绍一下双功能非凝结性气体清除器各部分的功能，附双功能非凝结性气体清除器的三视示意图。

附图标记说明；

A，表面是不锈钢的发热管。是用于加热离子水达到要求的温度。根据亨利定律：任何气体在水中的溶解度与它在汽水分界面上的分压成正比，在敞口设备中，将水温升高时，水面上水蒸气分压升高：其他气体分压下降，结果使其他气体不断析出，当水温达到沸点时，水面上水蒸气的压力与外界相等，其他气体分压为o，这样，水中溶解的非水蒸气气体就会解析出来。

B，加热管

C，紧固螺栓×6

D，螺母×6

E，吊环螺栓×3

F，上盖

Q 抽气管

H，紧固螺栓×3

l电线

J，缸体

K，紧固密封连接元件

L，加热管密封环

M，密封环

N，缸体加固件

O，工作水位线

P，缸体密封圈

Q，电极式水位计

R，出水管

S，废水出口管

T，开关

U，抽气口，内装抽气器

附图：

一，哈尔滨600MW火电机组热系统图

二，CPWR--1000核电机组热平衡图

三，双功能非凝结性气体清除器三视示意图

发明者：冼泰来

2007年11月21日

Claims

1.一种双功能非凝结性气体清除器，其特征在于：它分别与环氧树脂离子水处理器和循环水泵相连接；经处理后的高纯度离子水，通过上述非凝结性气体清除器清除溶入水中的非凝结性气体，再经循环水泵将经过处理的水送进锅炉；本清除器设有抽气器以通过排除水中含有的非凝结性气体和降低沸点来降低消耗；加热管位于气体清除器的入水口，离子水经过加热管内的发热管进行加热，发热管的表面是不锈钢，该发热管的电流强度受到控制，以使在不断抽空的清除器内部的离子水的温度达到沸点，且真空度和温度取双方最佳经济值；本清除器的上盖可以打开，以便放药和加水进行化学清洗，清除器上还设有吊环螺栓、紧固螺栓、密封圈一系列零件；本清除器还设有废水出口管以排除化学清洗后留存在清除器内的废水；本清除器还设有电极式水位计以控制工作水位。