CN101484772B - 用于清洗空气/水热交换器内的滴水表面的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种用于对悬挂在湿式冷却塔中的热交换体(20)进行现场除垢的方法，这种方法的特点是，它包括借助于发生器(22)来产生至少一个空气冲击波，该发生器使在喷管内的压缩气体团通过该喷管向所述热交换体的区域进行受控制的膨胀，所述发生器敞开在离开所述区域一个距离(H)处，以及所述方法包括在把所述发生器移动到所述区域之外的所述热交换体(20)的下方之后重复地进行所述操作。

Description

用于清洗空气/水热交换器内的滴水表面的方法和装置

技术领域

本发明涉及用于清洗空气/水热交换器内的滴水表面的方法和装置，所述滴水表面诸如冷却塔里的横向或水平填料内的或水滴分离器内的滴水表面。

背景技术

在某些冷却塔里，主要是通过使待冷却的一部分水蒸发来冷却辅助冷凝回路的水，这一部分水滴落在为此目的而设置的表面上，且用与滴落方形相反的空气流扫过那些表面，并且辅助冷凝回路的水在较少的程度上通过发生在热交换器表面上水自身内部的对流作用来冷却。

这些表面由通常被称为“填料”并且特别是由PVC薄板构成的热交换体承载，这些PVC薄板是被互相组装起来而形成一个蜂窝构造。这种蜂窝构造的每个窝格呈管状，其长度约为1.5米(m)，断面的平均尺寸处于几厘米的量级。各窝格的壁很薄(一毫米的十分之几)并且被穿有许许多多小孔。

冷却塔内悬挂有若干个热交换体，它们位于用于喷淋待冷却水的装置和用于回收被冷却的水的底盆之间，冷却塔内的较高处还安装有水滴分离器或水滴俘获装置，以便尽可能多地保持由冷却空气挟带的水滴。重要的是，不要让这些水排出到大气中，因为冷却塔是工作在有利于细菌繁殖的温度下，这些水带有容易在冷却塔内繁殖的细菌。

在使用中，由于发生在滴水表面上的蒸发，热交换体和水滴分离器变成被矿物盐沉积层覆盖。这个沉积层随时间而增厚，在某些冷却塔里，沉积层的重量可能达到热交换体本身的重量的10倍。这样的沉积层有许多缺点：它对滴水构成一种障碍而影响热交换的效率；它为在有利于细菌繁殖的条件下存在于水中的各种细菌构成保持温床；它给热交换体的支承结构造成很大的额外负荷，因为热交换体一般是悬挂在冷却塔内的；以及其它缺点。

至少在理论上，有几个可补救这些缺点的办法。其一是对用于冷却的水进行化学处理以除去其中的盐分，借以避免热交换表面上的结垢。然而，对不管是核燃料还是矿物燃料的发电站的冷却塔来说，那都是不可想象的。

也可以用合适的溶液来化学地溶解掉水垢。但是这种技术方法带来废水处理的问题，因此将会使运行成本造成经济上的影响。

最后，可以设想用任何合适的机械装置来使热交换体抖动，可是，一经试验，这种方法就引起了热交换体性能的如此恶化，以致认为这种方法实际上不适于后续的应用。

最后，可以把热交换体拆下来进行机械清洗，然而，假如热交换体的体积很大(以约2m³的单元地为10立方米(m³)至12,000m³)，这将构成一个费用极高的工作量。

发明内容

本发明的目的

本发明力图找到一种能够避免现有的或潜在的各种方案的缺点的方案，该方案仍可清洗发电站特别是核电站的冷却塔中所用的热交换体。

本发明的概述

为此目的，在第一方面，本发明提供一种用于对湿式冷却塔内的热交换体(该热交换体呈水平的或横向的填料的形式)进行现场除垢或对水滴分离器(其翅片上免不了会结垢)进行现场除垢的方法。这种方法包括借助于发生器来产生至少一个量大而低压(例如2巴到12巴的量级)的空气冲击波，而使压缩气体团向热交换体的区域或向水滴分离器的翅片膨胀，以产生在热交换体内的或水滴分离器内的基本上平行于构成它的壁的表面的空气流，发生器敞开在离开所述区域一距离处，以及所述方法包括在沿着热交换体移动发生器之后或在把所述水滴分离器移动确定尺寸的步长之后重复进行所述操作。

由发生器产生的气体冲击波在热交换体的窝格或通道内传播，冲击波通过时引起在被除垢部件的通道内的膨胀，进而引起所述通道的壁的局部弹性变形，这种弹性变形的幅度足以使硬或脆的结垢物从其脱落。在试验中发现，在壁旁边形成尘埃云，仿佛结垢物的颗粒已经沿垂直于壁面的方向突然地被从壁面上分离了下来。在被除垢部件是热交换体时，部件内用于清洗的气体流遭受很大的压头损失，以致其行进入热交换体内部的深度对应于所述部件的总厚度的大致一半，而这却是有利的，因为特别是在热交换体的这个一半处有最大量的沉积物。发生器设置于热交换体的对应于滴水出口的端面。在本发明的装置用于水滴分离器时，为了确保各薄板构成能够有效地俘获由冷却空气挟带的水滴的障碍，各薄板之间的通道的长度是很短的，所以气流遭受的压头损失主要是由这些通道的挡板形状引起的。气流容易挟带至少某些在通道内脱落的颗粒物，已经发现，这些颗粒物有一种磨粒作用，而这种作用可增强本方法的清洗力度。根据本发明的装置的“开炮(shot)”速率以及根据各发生器之间沿着被清洗部件的间距，可以让在多个相继的气流中的脱落颗粒物进行一种循环。

假定这样一个热交换体的断面有几千平方米之大，应能理解，要想提供一个能够覆盖整个面积的冲击波发生器是不可能的。因此，本发明的方法包括逐个区域地处理所关注的热交换体。这样，本发明的方法就包括在热交换体的下方连续地移动发生器并在移动中连续地发出一系列冲击波。

为了提高清洗效率，可以进行用鼓吹热空气的设备对所关注的区域进行加热的步骤。由于构成被清洗部件的通道的壁是由热塑性材料(通常是PVC)制成的，加热可使那些壁变得更加柔性，所以可增大壁和沉积层之间的刚度差。应能理解，当冲击波在这样的条件下通过时，结垢物更容易被从壁面上分离下来。

在第二方面，本发明提供一种用于实现上述方法的装置，在这种装置中，上述发生器包括：

·压缩气体源；

·至少一个气罐，气罐有进口和出口，进口通过受控打开和关闭的旋塞阀连通于所述压缩气体源，而出口通过受控打开和关闭的阀门构件的阀座连通于外部大气；以及

·用于控制旋塞阀和阀门构件的控制装置，该控制装置使气罐在连通于压缩气体源时隔离于外部大气，以及在使气罐在开通于外部大气时隔离于压缩气体源。

在一个特别适用于对其中热交换表面限定多个小断面的通道的填料(不管是水平的还是竖直的)进行除垢的实施例中，由空气流可在其中逐渐膨胀的喷管来延伸气罐的出口阀座。

本发明的装置的构造能够快速地建立从气罐到外部大气的连通，因而使气体得以膨胀，而导致产生强劲但低压(2巴到12巴)的冲击波，并且使这个冲击波从气罐的出口或在设置喷管时从喷管的出口向邻近其所开向的清洗部件的端面传播。已经发现，不应把这种装置安装得紧接在热交换体的下面，而应离开它一个距离，以使构成通道的材料不会受到局部太高的气体压力的破坏。这个距离需要是几十厘米的量级，例如15cm到50cm。

还已观察到，对于设有喷管的装置，在喷管的自由端位于圆柱形套筒内并且该套筒与所述自由端径向间隔开是有利的。流出喷管的气体可使喷管的壁和套筒之间的空隙里产生抽吸作用，这可产生一种管状流体屏蔽，这个屏蔽包含基本上沿着各通道的轴线的方向的向外气流。这个屏蔽可阻止向外气流发散和防止其以一个入射角冲击窝格，因为如果有入射角，就会使气流的动能对所述壁施加压力而使其变形到破坏点。对填料特别希望如此。

在本发明装置的一个特定实施例中，阀门构件安装成在处在气罐内部的固定杆上滑动并与该杆协作而限定可变容积的内室，该内室适于选择性地连通于压缩气体源和大气，以分别关闭和打开气罐的出口。此外，该杆是空心的，其永久地连通于压力气体源，并且该杆有使其内部容积连通于气罐的开孔，而阀门构件的形状构造成如套壳，在阀门构件离开其阀座时，该套壳的壁适于遮盖住所述开孔，因此在这一位置，气罐被隔离于压力气体源。这些装置使得很容易借助能很快变大的流动断面达到气罐出口的迅速打开。这些装置也能使各个运动件的运动以简单的方式机械同步，而能够以相当高的频率进行进气和排气，如确保对热交换体的处理可在例如匹配于对冷却塔的工业运行要求的一段时间内进行所需要的那样。

有利的是，本发明的装置可包括用于向被处理部件鼓吹热空气的热空气源。该热空气源可以仅由鼓风机构成，例如在被除垢热交换体连续地受到开炮的“战役”之前，用这台鼓风机对构成热交换体的塑料进行加热。

最后，本发明的装置可设置用于收集通过处理而脱落并在重力作用下下落的结垢物颗粒的集垢斗，尤其是在水平填料下方工作时。也可以将其它的收集装置，例如抽吸收集装置，配用于本发明的装置。

本发明的其它特征和优点将在下文的一个实施例的说明中显现出来。

附图说明

现在来看附图，其中：

图1是本发明中实施的冲击波发生器的示意图；以及

图2是表示用本发明的方法对水平填料进行处理。

具体实施方式

图1表示出气罐1，其出口的形状制作成构成适于由阀门构件3关闭或打开的阀座2。气罐是大致圆柱形的，有一纵向轴线，阀座2以这个轴线为中心。气罐沿着这个轴线包括管子形式的固定内杆4，该杆在其位于气罐内部的那一端是封闭的，并穿过气罐的与阀座2相反的壁。阀门构件3由管状套壳3b和在套壳3b顶部的头部3a构成，头部3a的型面适于以密封的方式关闭阀座2，同时形成在阀座周围的环形推力表面，存在于气罐内的压力可作用在这个环形推力表面上。

阀门构件3可滑动地安装在杆4上并与其封闭端协作而限定可变容积的内室5，杆4内的管道6开通于内室5并与杆4的内部容积隔离。

杆4的侧壁上设有多个开孔7，它们的设置高度使得它们在阀门构件3压靠在阀座上时完全不被套壳3b遮盖，而在阀门构件3离开阀座2时，它们被套壳3b遮盖。

在气罐1外面，杆4的内部容积通过管道8连接于压力源9，其可以是由压缩机供给的总管或一个或更多个压缩气体(空气)缸。管道6是通过管道10和有图中标示为12的驱动轴的旋塞阀11连接于同一个压缩气体源9。在该图所示的位置，旋塞阀11建立压力源9和管道6进而和内室5之间的连通。在相反的位置，即在旋塞阀11的旋塞转过半转之后，它将内室5隔离于压力源9并使其通过在管道10对面的排气孔13连通于大气。旋塞阀的旋塞通过它的驱动轴12连接于齿轮14，该齿轮是用于从马达进行传动的转动驱动系统的一部分，图中未表示该系统，但它可包括例如用于驱动齿轮14的有齿皮带15。在一个未图示的例子中，可以用适当的电磁阀来取代旋塞阀。

最后，在该图中可以看到从气罐1的出口孔向外扩张的喷管16。喷管16的外面套着圆柱形套筒17，其围绕着气罐出口并使其从喷管延伸入大气。

上述装置的工作如下。

假定该装置的第一工作状态是图1所示的状态。在这一状态，内室5里充满压力气体，因而趋向于把阀门构件3压靠于在气罐1出口的阀座2。在这一位置，阀门构件3的裙部3b处于各开孔7上方，因而气罐1的内室5是与压力源9连通。

转动旋塞11，例如驱动其使其连续转动。在该转动的第一部分中，内室5被隔离于压力气体源9，然后穿过旋塞的通道到达排气孔13。于是，内室5被放气，从而气罐1内的作用在阀门构件的围绕着阀座2的环形表面上的压力不再被内室5里的压力对抗。于是阀门构件运动而离开阀座2。这样，气罐1内的容积通过阀座2围绕着的出口孔连通于大气压力，而这时阀门构件3的套壳3b遮盖各孔。气体在从出口孔延伸的喷管16里的膨胀使得形成一个气流冲击波，这个冲击波沿着该装置的轴线X向喷管16的出口传播。

在喷管内部，气流引起压力降，并且在喷管16的出口处，由套筒17引导气流，从而由于文托利效应而在其内建立起圆周管状流，这个管状流构成限制流出喷管16的气流的发散的措施。因此，从喷管16流出的气流被保持为基本上平行于该装置的轴线X。

随着旋塞继续转动，它使该装置回到所示的状态。在此刻，内室5不再连通于大气，但又一次连通于气体源9。于是阀门构件3又一次被压靠在阀座2上，从而首先把气罐1的内室隔离于大气，其次一旦放开各开孔7，而将内室连通于压力气体源9。只要齿轮14被驱动而转动，就这样再次开始循环。

图2是表示用一排上述这种装置进行工作来清洗悬挂在例如发电站的冷却塔里的热交换体20的示意图。托架21支承着多个冲击波发生器22，它们的喷管朝上位于热交换体20之下。各喷管的出口到悬挂的热交换体的底端之间的距离H约为15cm到30cm。托架也支承着在这一例子中由压缩机23和总管24构成的压力气体(空气)源。每个发生器22有一个联接于由马达26驱动的传动系统25的旋塞阀。这一传动系统由同步地驱动阀的所有控制齿轮的皮带构成。通过使每个旋塞相对于所有其它的旋塞错开一个角度，可将各发生器组织成随时间的过去依次地相继“开炮”，例如，如果托架支承着六个发生器，则将各旋塞互相错开60°的角度，就可以在旋塞转动一周的时间内相继开炮6次。如果采用电磁阀，可以用控制器来触发各电磁阀以执行该工作序列。

托架21图示为安装在能够自行驱动的升降平台27(或升降机)上，以便能够调整热交换体20和各喷管之间的距离H。在热交换体20下方的平台的行进速度应是可调整的，例如可约为几厘米每秒。

在工作中，每个阀门构件出口处的压力气体释放都产生一个冲击波，其传播进由PVC薄板制成的穿过热交换体形成的通道，使热交换体的各部件变形而破坏这些部件表面上的沉积层。已经均匀地沉积在PVC薄板上的水垢是硬且脆的，而它的如由PVC薄板构成的支承物是很柔软的，因此，水垢在它的支承物在冲击波作用下变形时就破碎成块。水垢一旦裂开或破碎，它就更容易脱离其支承物。

此外，随着空气流流过各通道，它同时地强烈吹扫各通道里所包含的挥发性物质。被冲击波从PVC薄板上最初松脱下来的水垢小块被空气流冲走，这些水垢小块还有助于通过打磨作用而对通道进行清洗。

图2所示的装置包括用于加热热交换体20的装置，这个装置被示意地表示为热空气鼓风机28的形式。与顶上的装置相配，还可围绕托架21设置分离的例如漏斗形式的水垢收集器，但未将其表示出来，以保证该图的清楚。漏斗的底出口可连接于抽吸源。

在不同于附图所示实施例的变型实施例中的本发明的方法和实现其的装置可用于处理其它结垢部件，诸如某些型式的空气冷却塔里的横向填料或也是布置在那些塔里的水滴分离器，以使被离开塔的空气挟带到大气之中的水滴数量为最少。那样的水滴分离器不是热交换体，而是，它们对空气流中所含的水滴形成物理障碍(挡板)，这类挡板也免不了结垢，尽管其结垢程度比热交换体的小，但在长期运行中，结垢也会达到为了恢复初始性能而需要处理的程度。

Claims (13)

1.一种用于对在湿式冷却塔中被沉积层覆盖的部件体(20)进行现场除垢的方法，其特征在于，它包括如下操作：

借助于发生器(22)来产生至少一个量大而低压的空气冲击波，而使压缩空气团向所述部件体的区域膨胀；

从而产生在所述部件体内的基本上平行于构成所述部件体的壁的表面的空气流，所述空气流引起所述部件体的壁的局部弹性变形，这种弹性变形的幅度足以使结垢物脱落；

所述发生器敞开在离开所述部件体的区域一距离(H)处，并且在沿着所述部件体移动所述发生器之后重复进行所述操作。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，它包括在所述部件体下方连续地移动所述发生器，并在所述移动过程中发出一系列冲击波。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，它包括用热空气流加热与所述部件体相关的区域。

4.一种用于实现如权利要求1所述的方法的装置，该装置的特征在于，上述发生器包括：

·压缩气体源(9)；

·至少一个气罐(1)，所述气罐有进口和出口，所述进口通过受控打开和关闭的旋塞阀(11)连通于所述压缩气体源(9)，而所述出口通过受控打开和关闭的阀门构件(3)的阀座(2)连通于外部大气；以及

·控制装置(12，14)，其用于控制所述旋塞阀(11)和所述阀门构件(3)，以使所述气罐(1)在连通于所述压缩气体源(9)时隔离于外部大气，以及用于使所述气罐(1)在开通于外部大气时隔离于所述压缩气体源(9)。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，它通过喷管(16)开通于外部大气，所述喷管用于在所述阀门构件的阀座之外引导所述空气流并使之膨胀。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述喷管(16)的自由端位于圆柱形套筒(17)内，所述套筒与所述自由端径向间隔。

7.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述阀门构件(3)安装成在所述气罐(1)内的固定杆(4)上滑动并与所述固定杆协作以限定可变容积的内室(5)，该内室(5)适于选择性地连接于所述压缩气体源(9)和大气，以分别关闭和打开所述气罐的所述出口(2)。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述固定杆(4)是中空的，所述固定杆连续地连通于所述压缩气体源(9)并有在其内部容积和所述气罐(1)之间的连通开孔(7)，而所述阀门构件(3)的形状构造成套壳(3b)，该套壳的壁适于在所述阀门构件(3)离开其阀座(2)时遮盖住所述连通开孔(7)，以这样的方式，所述阀门构件(3)在这一位置将所述气罐(1)隔离于所述压缩气体源(9)。

9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，与所述可变容积内室(5)的选择性连通包括旋塞阀(11)，所述旋塞阀的轴线重合于所述固定杆(4)的轴线(X)。

10.如权利要求8所述的装置，其特征在于，它包括多个安装在公共托架(21)上的气罐，该托架支承用于驱动所有所用的所述旋塞阀的单个驱动装置(25，26)，每个旋塞阀的旋塞都与其它旋塞中的每一个在角度上错开，这样，对所有旋塞的单个驱动导致产生相继的冲击波。

11.如权利要求4所述的装置，其特征在于，它包括用于向被处理的部件体鼓吹热空气的热空气源(27)。

12.如权利要求4所述的装置，其特征在于，在所述部件体是水平的冷却体时，它包括用于回收从所述冷却体上脱落下来的结垢物的集垢斗。

13.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述旋塞阀是电磁阀。

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