CN101857312A - 用超声波防垢、除垢、除氧、清洗、灭菌除藻的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
一种用超声波防垢、除垢、除氧、清洗、灭菌、除藻的方法和设备，在火力发电设备的工作介质回路和冷却介质回路中，首先利于过滤器进行污物过滤，然后采用超声波处理器对过滤污物后的水进行防垢、除垢、除氧、清洗、灭菌除藻处理。优点是：应用声学技术对火力发电工艺和设备的补充、完善和发展，实现火力发电设备中应用声学技术在线运行，在超声波空化效应、微米级的空化闭合状态和负高压气泡爆破特性的作用下，实现微米级的蒸汽清洗功能、除氧功能和除垢清洗功能。本发明以水为载体，水流所到之处，水垢会被除掉，没有死角；设备内不增加任何物质，不增加阻力，不改变设备的机械结构和功能；不对原有火力发电设备的本体改动，有利于推广应用。
Description
用超声波防垢、除垢、除氧、清洗、灭菌除藻的方法和设备
技术领域
[0001] 火力发电技术实质上是水与火的技术，水+火=蒸汽量=发电量；如果是：水+水 垢+火>蒸汽量>发电量，（指产生水垢的设备小于原设计额定蒸汽产量、发电量）。由此 可见，水垢是影响发电量、发电成本的关键问题之一。本发明专利是针对发电企业的用水系 统的水垢腐蚀、氧化腐蚀、蒸汽清洗、设备清洗除菌灭藻方面，应用了超声波技术，把超声波 防垢、除垢、除氧、清洗、灭菌、除藻的方法和设备用于火力发电机组，是对现有发电设备和 工艺的补充、完善和发展。
背景技术
[0002] 目前，国内外的火力发电行业是高耗水和高耗能行业，在发电的设备工艺流程中， 用水系统、冷却水循环系统贯穿始终，在整个流程中，水经过锅炉加温变成蒸汽，蒸汽做功 后，经冷却成水，又经加温进入锅炉，周而复始。在此过程中，产生大量的水垢、污垢、细菌、 藻类物质，需要采取防垢除垢措施；根据发电的需要除氧，并汽水分离。
[0003] 上述各项技术的现状是：
[0004] 1、锅炉中水的蒸发及蒸汽：锅炉在运行中，燃烧燃料给热水加温，使其蒸发来获得 蒸汽。在水的蒸发过程中会生成很多的水垢，由于水垢的导热系数较低，热阻是钢铁的100 倍，是铜的400倍，因此，产生水垢的（添加）锅炉效率大为降低。目前清除这些水垢的方 法是在锅炉停炉后，用酸洗的方法除去锅炉水垢。这种方法的缺陷是，酸洗后，锅炉在使用 中，还会逐渐产生水垢，厚度也在不断的增加，水垢增长的速度也加快。随着水垢的逐渐加 厚，导致热阻增加，换热效率逐渐降低，煤耗也会逐渐增加，蒸汽产量会减少，如此会造成煤 炭和资源巨大浪费。
[0005] 另外，水（汽）循环系统的水垢腐蚀、污垢腐蚀和氧腐蚀直接影响生产和安全，使 小修、大修的运行间隔周期缩短；每次检修的时间延长，检修费用上升；发电设备检修项目 中，由于水垢腐蚀、污垢腐蚀、氧腐蚀造成的检修项目，在发电过程中几乎处处都有，尤其以 锅炉和汽机、凝汽器、冷却塔、灰水排放最为严重。
[0006] 2、锅炉、灰水排放系统、凝汽器、凉水塔、低压加热器、高压加热器、汽机冷却系统、 汽机润滑油冷却系统、发电冷却系统等设备在运行中，都有大量的水垢污垢生成，为了解决 除垢问题，采用了停机酸洗，机械高压机械清洗等方法；有的在凝汽器上安装使用飘带、抛 丸、高压泵清洗系统，这些方法只能局部暂时的除掉部分的水垢，在运行中仍有大量的水垢 生成。
[0007] 3、为了解决氧腐蚀的问题，尤其是解决锅炉氧腐蚀的问题，设置了除氧器，对进入 锅炉的水除氧，但是在整个发电过程中，都存在着氧腐蚀的问题。虽然使用除氧器，但是，由 于水流的方法除氧较粗，颗粒大，密度小，所以，仍存在结垢、氧腐蚀等问题。
[0008] 尤其是设备在线运行中，内部的水垢逐渐增长，与此同时设备的能耗也会随之增 加，造成能源浪费，发电效率逐渐降低，是亟待解决的问题，是火力发电节能减排，节能挖潜 降耗的关键问题之一。发明内容
[0009] 本发明的目的是提供一种用超声波防垢、除垢、除氧、清洗、灭菌除藻的方法和设备，以解决发电生产中存在的设备缺陷，针对氧腐蚀、水垢腐蚀、设备清洗、蒸汽清洗等主要 问题，充分利用超声波的空化效应和微米级的空化闭合状态，负高压气泡爆破特性，超声波 的除气功能，针对发电设备的工艺布局和流程特性，在凉水塔、凝汽器、低温加热器、除氧 器、高温加热器、锅炉、汽机冷却水、发电机冷却水、机油冷却水系统等部位，应用超声波防 垢、除垢、除氧、清洗、灭菌除藻的技术方法和设备，解决发电设备氧腐蚀、水垢腐蚀、设备清 洗、蒸汽清洗的问题，是对发电设备工艺流程的补充，提高了科学技术含量，使发电技术和 设备得以发展和完善。
[0010] 本发明的技术方案是：一种用超声波防垢、除垢、除氧、清洗、灭菌除藻的方法，其 特征在于：在火力发电设备的工作介质回路和冷却介质回路中，首先进行污物过滤，然后采 用超声波对过滤污物后的水进行除垢、除氧、清洗、灭菌、除藻处理；所述的工作介质回路包 括：锅炉一汽轮机一凝汽器一凝结水泵一低温加热器一除氧器一给水泵一高温加热器一锅 炉；所述的冷却介质回路包括：冷却塔的出口分别通过循环水泵与汽轮机的冷却回路、发 电机的冷却回路和凝汽器的冷却回路的入口连接，该汽轮机的冷却回路、发电机的冷却回 路和凝汽器的冷却回路的出口分别与冷却塔入口连接。
[0011] 在所述的凝结水泵一低温加热器之间、低温加热器一除氧器之间、给水泵一高温 加热器之间、以及高温加热器一锅炉之间分别进行所述的污物过滤和除垢、除氧、灭菌、除
藻处理。
[0012] 在该汽轮机的冷却回路入口端、发电机的冷却回路的入口端以及凝汽器的冷却回 路的入口端和出口端分别进行所述的污物过滤和防垢、除垢、除氧、清洗、灭菌除藻处理。
[0013] 一种实施权利要求1所述的方法所使用的设备，其特征在于：在所述的火力发电 设备的工作介质回路的凝结水泵一低温加热器之间、低温加热器一除氧器之间、给水泵一 高温加热器之间、以及高温加热器一锅炉之间分别串联污物过滤器和超声波处理器；在所 述的火力发电设备的冷却介质回路的汽轮机的冷却回路入口端、发电机的冷却回路的入口 端以及凝汽器的冷却回路的入口端和出口端分别依次串联循环水泵、污物过滤器和超声波 处理器。
[0014] 所述的污物过滤器包括过滤器外壳、过滤板、缓冲板、进水口和出水口，在过滤器 外壳的两端分别设有带有连接法兰的进水口和出水口，在过滤器外壳内的进水口与出水口 之间装有过滤板，在进水口内装有缓冲板，在该过滤器内壁的下部设有沉淀槽，在外壳底部 设有支架。
[0015] 所述的超声波处理器包括外壳、入口、出口和超声波换能器组件，在外壳的两端分 别设有带有连接法兰的入口和出口，在该外壳内装有超声波换能器组件；该超声波换能器 组件由一个超声波换能器或由多个超声波换能器组成的阵列构成，在外壳底部设有支架。
[0016] 本发明的优点是：应用声学技术对火力发电工艺和设备的补充、完善和发展，实现 火力发电设备中应用声学技术在线运行，在超声波空化效应、微米级的空化闭合状态和负 高压气泡爆破特性的作用下，实现微米级的蒸汽清洗功能、微米级的除氧功能和微米级的 除垢清洗功能。本发明的设备以水为载体，水流所到之处，水垢会被除掉，没有死角；设备内不增加任何物质，不增加阻力，不改变设备的机械结构和功能；不对原有火力发电设备的本 体改动，只增加污物过滤器和超声波处理器，利于推广应用。
附图说明
[0017] 图1是本发明的设备应用在火力发电设备中的构成图；
[0018] 图2是本发明的污物过滤器和超声波处理器的结构示意图。
具体实施方式
[0019] 参见图1，本发明一种用超声波防垢、除垢、除氧、清洗、灭菌、除藻的方法和设备， 其特征在于：在火力发电设备的工作介质回路和冷却介质回路中，首先通过污物过滤器 14-1〜14-8进行污物过滤，然后采用超声波处理器13-1〜13-8对过滤污物后的水进行防 垢、除垢、除氧、清洗、灭菌、除藻处理。
[0020] 所述的工作介质回路包括：锅炉1 —汽轮机2 —凝汽器4 —凝结水泵7 —低温加 热器8 —除氧器9 —给水泵10 —高温加热器11 —锅炉1。
[0021] 所述的冷却介质回路包括：冷却塔6的出口分别通过并联的三台循环水泵5-1〜 5-3与汽轮机2的冷却回路、发电机3的冷却回路和凝汽器4的冷却回路的入口连接，该汽 轮机2的冷却回路、发电机3的冷却回路和凝汽器4的冷却回路的出口均与冷却塔6入口 连接。
[0022] 在所述的工作介质回路的凝结水泵7 —低温加热器8之间、低温加热器8 —除氧 器9之间、给水泵10 —高温加热器11之间、以及高温加热器11 —锅炉1之间进行污物过 滤和防垢、除垢、除氧、清洗、灭菌、除藻处理。
[0023] 在冷却介质回路的汽轮机2的冷却回路入口端、发电机3的冷却回路的入口端以 及凝汽器4的冷却回路的入口端和出口端进行所述的污物过滤和防垢、除垢、除氧、清洗、 灭菌、除藻处理。
[0024] 在所述的工作介质回路的凝结水泵7与低温加热器8之间串联安装污物过滤器 14-3和超声波处理器13-3 ；在低温加热器8与除氧器9之间串联安装污物过滤器14-4和 超声波处理器13-4 ；在给水泵10 —高温加热器11之间串联安装污物过滤器14-5和超声 波处理器13-5 ；在以及高温加热器11 —锅炉1之间分别串联所述的污物过滤器14-6和超 声波处理器13-6。
[0025] 在所述的冷却介质回路的汽轮机2的冷却回路16的入口端串联安装污物过滤器 14-7和超声波处理器13-7 ；在发电机3的冷却回路17的入口端串联安装污物过滤器14-8 和超声波处理器13-8 ；在凝汽器4的冷却回路18的入口端串联安装污物过滤器14-2和超 声波处理器13-2 ；以及在凝汽器4的冷却回路18的出口端串联安装污物过滤器14-1和超 声波处理器13-1。
[0026] 在所述的汽轮机2的冷却回路16、发电机3的冷却回路17和凝汽器4的冷却回路 18上分别串联一台循环水泵5-1、5-2和5-3。
[0027] 参见图2，所述的污物过滤器14-1〜14-8的结构相同，包括过滤器外壳142、过滤 板143、缓冲板、进水口 141和出水口 144，在过滤器外壳142的两端分别设有带有连接法兰 的进水口 141和出水口 144，在过滤器外壳142内的进水口与出水口之间装有过滤板143，在该过滤器外壳142的下部设有污物沉淀槽146。还可在进水口 141内设有倾斜的缓冲板145，外壳底部设有支架147。
[0028] 由于火力发电设备的冷却水（或凝结水）水中时有杂草、绳头，布头、纸屑、铁丝等 杂物混入，易造成管道堵塞，还会因碰撞缠绕损坏超声波处理器。冷却水（或凝结水）由进 水口 141进入过滤器外壳142时，杂物流至污物过滤器3时被过滤出来，落入污物过滤器3 底部污物沉淀槽底部，避免管道堵塞和损坏超声波处理器。
[0029] 所述的超声波处理器13-1〜13-8的结构相同，包括入口 131、外壳132、出口 134 和超声波换能器组件133，外壳底部设有支架支撑135在外壳132的两端分别设有带有连接 法兰的入口 131和出口 134，在该外壳132内装有超声波换能器组件133。该超声波换能器 组件133由一个声波换能器或由多个超声波换能器组成的阵列构成，属于现有技术，外壳 底部设有支架135。
[0030] 本发明应用在火力发电设备的工艺流程中，工作过程说明如下：
[0031] 1、在冷却介质回路中：
[0032] 冷却介质回路为三个并联的回路，即：汽轮机2的冷却回路、发电机3的冷却回路 和凝汽器4的冷却回路，分别说明工作过程如下。
[0033] (1)凝汽器4的冷却回路除垢防垢、除垢、除氧、清洗、灭菌、除藻流程：
[0034] 由冷却塔6冷却的回收水经循环水泵5-3打入污物过滤器14-2，进入超声波处理 器13-2，经过超声波防垢、除垢、除氧、清洗、灭菌、除藻处理后进入凝汽器4冷却回路18的 进水口，进入凝汽器4后，冷却水在超声波空化效应、微米级的空化闭合状态和高负压气泡 爆破特性的作用下，能将凝汽器4内的水垢除掉。冷却水从凝汽器4的冷却回路18流出后， 进入污物过滤器14-1将杂物除掉，随后流入超声波处理器13-1再次处理后，回到冷却塔6。
[0035] (2)汽轮机2的冷却回路16防垢、除垢、除氧、清洗、灭菌、除藻流程：
[0036] 冷却水从冷却塔6底部出口流出，经循环水泵5-1打入污物过滤器14-7、超声波处 理器13-7，经超声波空化处理后流入汽轮机2的冷却回路16，冷却汽轮机2后流出回到冷 却塔6喷淋冷却后，再作冷却水循环使用。
[0037] (3)发电机3的冷却回路17防垢、除垢、除氧、清洗、灭菌、除藻流程：
[0038] 冷却水从冷却塔6底部出口流出，经循环水泵5-2打入污物过滤器14-8、超声波处 理器13-8，经超声波空化处理后流入发电机3的冷却回路17，冷却发电机3后流回到冷却 塔6喷淋冷却后，再作冷却水循环使用。
[0039] 上述三个回路的冷却水在各个回路的超声波处理器的超声波空化效应、微米级的 空化闭合状态和负高压气泡爆破特性的作用下，冷却水在冷却塔6内对水垢、菌藻进行防 垢、除垢、除氧、清洗、灭菌、除藻，然后经喷淋冷却后落入冷却塔6底部水池中，形成了冷却 水回路系统。
[0040] 2、在工作介质（水)回路中：
[0041] (1)低温加热器除垢除氧清洗：
[0042] 凝结水从凝汽器4流出，经过污物过滤器14-3和超声波处理器13-3，流入低温加 热器8，在超声波空化效应、微米级的空化闭合状态和高负压气泡爆破特性的作用下，凝结 水水流对低温加热器8的水垢、污垢进行除垢清洗，冷却水流出进入除氧器9水处理单元进 行除氧、除垢处理。除氧器9为现有技术。[0043] (2)除氧器的除氧、除垢清洗：
[0044] 凝结水从低温加热器8流过污物过滤器14-4和超声波处理器13-4，进入除氧器 9，在超声波声学特性、空化效应、微米级的空化闭合状态和高负压气泡爆破特性的作用下， 凝结水水流流入除氧器9，使水中的氧气析出，经排氧管排除。虽然除氧器9为现有技术，但 是由于超声波的作用，这种除氧方法与传统的真空式、大气式和高压式除氧方法相比较，传 统方法是十分粗略的，超声波是增加了负高压外力，使除氧更为精细达到微米级，是除氧除 铁锈最有效的方法；同时也解决了水垢腐蚀、污垢清洗的问题；使除氧器的功能得到补充、 完善和发展，使除氧器的功能持久、连续，效率提高。
[0045] (3)高温加热器的氧腐蚀、水垢腐蚀的污垢清洗：
[0046] 凝结水从除氧器9流出后流入至污物过滤器14-5和超声波处理器13-5，凝结水 进入高压加热器11，在超声波声学特性、空化效应、微米级的空化闭合状态和高负压气泡爆 破特性的作用下，凝结水水流对高压加热器11内的水垢污垢进行清洗除垢，解决了水垢腐 蚀、污垢清洗的问题，是对高压加热器11功能的补充、完善和发展，使其功能持久，连续，效 率提高。凝结水流出进入锅炉1单元。
[0047] (4)锅炉的除氧、除垢、蒸汽清洗：
[0048] 凝结水从高温加热器11流出，经过污物过滤器14-6和超声波处理器13-6处理后 通过给水管进入锅炉1，利用超声波除气功能清洗蒸汽、清除水垢。传统的蒸汽的清洗，是 采用雨淋式、表面接触式、穿过水层式三种方法是靠自由落体的方式清洗蒸汽，形成的水气 泡颗粒大，汽水分离不细。超声波处理水的原理是：溶于液体中的气泡在超声波振动和空化 的作用下，小气泡破裂，生成大的气泡而上升到液体表面析出。在超声波的空化效应的作用 下，能将0.001mm的小气泡空化击破，使小气泡快速闭合，精细程度达到微米级。根据以上 原理，在锅炉1给水口处增加污物过滤器14-6和超声波处理器13-6，在给水进入锅炉1前 进行超声波空化处理，给水进入锅炉1使汽水充分分离，水落入水包，进入下降管；蒸汽上 升排出进入排气管，达到更精细的汽水分离。如果与传统的雨淋式、表面接触式、穿过水层 式蒸汽清洗方法同时应用，则功能互为补充和完善，使其效率提高，获得更为精细洁净的蒸 汽。
[0049] 在发电设备的循环水和供水系统中，根据发电生产的需要，有多次的换热除氧清 洗过程，在这过程中，整个系统中会产生很多水垢，在传统的设备工艺中所产生的大量水 垢，是靠水流自身的力量清洗、除垢，作用不大，会有大量的水垢附着在设备和管道内壁上， 会越级越厚。因此，在凝汽器、冷却塔、低压加热器、除氧器、高压加热器，锅炉应用超声波防 垢除垢除氧清洗灭菌除藻技术和设备，能有效的除垢灭菌除氧，经过超声波清洗蒸汽，能获 得更清洁的蒸汽，确保蒸汽品质，用超声波技术实现发电设备工艺系统的有效清洗，除氧除 垢，最大限度的提高发电机组的发电效率。
[0050] 本发明的设备根据发电机组的大小，发电设备工艺系统功能的不同，采用不同性 能，选择适用于除氧防腐、蒸汽清洗、水垢防腐、灭菌除藻的超声波处理器，安装位置和数量 可根据需要确定。每一台超声波处理器配置单个电源和多个电源，使用功率在lkw-lOOOkw 范围内，功率大小根据需要确定，根据现场设计，适用于各种直径的管道，各种形状的设备， 适用于室内和室外的不同环境。本发明也适用于水力发电、核能发电的用水系统、冷却水系 统的防垢、除垢、除氧、清洗、灭菌、除藻。
Claims (6)
- 一种用超声波防垢、除垢、除氧、清洗、灭菌除藻的方法，其特征在于：在火力发电设备的工作介质回路和冷却介质回路中，首先进行污物过滤，然后采用超声波对过滤污物后的水进行除垢、除氧、清洗、灭菌、除藻处理；所述的工作介质回路包括：锅炉→汽轮机→凝汽器→凝结水泵→低温加热器→除氧器→给水泵→高温加热器→锅炉；所述的冷却介质回路包括：冷却塔的出口分别通过循环水泵与汽轮机的冷却回路、发电机的冷却回路和凝汽器的冷却回路的入口连接，该汽轮机的冷却回路、发电机的冷却回路和凝汽器的冷却回路的出口分别与冷却塔入口连接。
- 2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在所述的凝结水泵一低温加热器之间、低 温加热器一除氧器之间、给水泵一高温加热器之间、以及高温加热器一锅炉之间分别进行 所述的污物过滤和除垢、除氧、灭菌、除藻处理。
- 3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在该汽轮机的冷却回路入口端、发电机的 冷却回路的入口端以及凝汽器的冷却回路的入口端和出口端分别进行所述的污物过滤和 防垢、除垢、除氧、清洗、灭菌除藻处理。
- 4. 一种实施权利要求1所述的方法所使用的设备，其特征在于：在所述的火力发电设 备的工作介质回路的凝结水泵一低温加热器之间、低温加热器一除氧器之间、给水泵一高 温加热器之间、以及高温加热器一锅炉之间分别串联污物过滤器和超声波处理器；在所述 的火力发电设备的冷却介质回路的汽轮机的冷却回路入口端、发电机的冷却回路的入口端 以及凝汽器的冷却回路的入口端和出口端分别依次串联循环水泵、污物过滤器和超声波处 理器。
- 5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于：所述的污物过滤器包括过滤器外壳、过滤 板、缓冲板、进水口和出水口，在过滤器外壳的两端分别设有带有连接法兰的进水口和出水 口，在过滤器外壳内的进水口与出水口之间装有过滤板，在进水口内装有缓冲板，在该过滤 器内壁的下部设有沉淀槽，在外壳底部设有支架。
- 6.根据权利要求4所述的设备，其特征在于：所述的超声波处理器包括外壳、入口、出 口和超声波换能器组件，在外壳的两端分别设有带有连接法兰的入口和出口，在该外壳内 装有超声波换能器组件；该超声波换能器组件由一个超声波换能器或由多个超声波换能器 组成的阵列构成，在外壳底部设有支架。
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