一种火电厂凝汽器用超声波防垢除垢装置的制作方法

本发明涉及一种超声波防垢除垢设备，具体涉及一种火电厂凝汽器用超声波防垢除垢装置。

背景技术：

凝汽器是火力发电厂的重要设备之一，是将汽轮机做功产生的排汽冷凝成水的一种热交换设备，凝汽器的工作性能的好坏直接影响发电厂的发电效率和发电煤耗率。凝汽器内有数千根冷却管，冷却管主要由铜、钛或不锈钢等传热性能较好的材料制成。冷却管的外部通蒸汽，管内通循环冷却水进行热交换实现冷却，循环冷却水中的钙镁离子及盐份等在连续加热过程中不断析出，形成大量的水垢并附着在冷却管的管壁上，由于水垢的导热性很差，使得冷却管的换热效率随着运行时间而逐步大幅下降，导致凝汽器内部的真空下降，发电煤耗率上升，进而增加了发电成本。另外，冷却管结垢严重时还会导致泄漏，引起锅炉腐蚀、结垢，甚至爆管。

目前针对凝汽器冷却管结垢的处理方法是停机清洗，采用酸洗凝汽器的冷却管的化学清洗法清洗，这样在除垢的同时无机酸和缓蚀剂必然会腐蚀设备；同时，停机清洗需要消耗大量的人力、物力和财力，并且因为停机清洗造成的停止发电的经济损失也很大，以一个满负荷运行的300MW机组为例，停机一小时就要少发电30万千瓦时的电；虽然针对小功率的凝汽器的除垢处理方法可以不停机，但现有的此种方式无法满足火力发电厂中的大功率的凝汽器的除垢要求。

鉴于凝汽器是火力发电厂不可或缺的设备，对凝汽器内部的防垢除垢的要求也越来越高，因此，需要提供一种能够对火电厂凝汽器进行准确、可靠且高效的大功率在线防垢的装置。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种火电厂凝汽器用超声波防垢除垢装置，该装置实现了对凝汽器同步进行在线式防垢与除垢，可以清理凝汽器内任意位置的水垢，同时满足不同功率的使用要求，大大节省了发电厂的维护成本，提高发电机组的运行效率，节省煤耗，节约能源，而且无污染，该装置占地面积小、安装、操作、维护简单。

一种火电厂凝汽器用超声波防垢除垢装置，所述防垢除垢装置包括安装在凝汽器水室内的入水端的超声波换能器组和位于凝汽器外部的超声波发生器；

所述超声波换能器组与所述超声波发生器连接。

优选的，所述凝汽器为单流程凝汽器，所述单流程凝汽器水室内的入水端安装有所述超声波换能器组。

优选的，所述凝汽器为双流程凝汽器，所述双流程凝汽器的前水室的入水端与后水室内的入水端均安装有所述超声波换能器组。

优选的，所述超声波换能器组包括安装支架和至少1个所述大功率超声波换能器；

所述超声波换能器组用所述安装支架安装在所述水室内的冷却管板上。

优选的，每个所述大功率超声波换能器均用传输电缆与所述超声波发生器连接。

优选的，所述大功率换能器包括换能器单元、密封筒和用于密封所述密封筒的封盖，依次连接的所述换能器单元封装在所述密封筒内且与所述密封筒轴向垂直；

相邻的2个所述换能器单元的轴向垂直；所述密封筒为1个或依次连接的多个。

优选的，所述密封筒的外壁上套有安装环，所述安装环的外侧设有安装销；

相邻的所述密封筒的连接处用所述安装环套接。

优选的，所述换能器单元以螺杆为轴，所述螺杆穿过2个环状夹板、设置在2个夹板之间的多个环状压电陶瓷元件以及设置在每2个所述压电陶瓷元件之间的环状电极片，所述螺杆的两端用螺母固定；所述换能器单元的轴向长度大于所述密封筒的内直径0.1mm至0.5mm。

优选的，所述夹板与所述密封筒内壁的接触面为曲面，所述曲面与所述密封筒的内 壁完全贴合。

优选的，所述超声波发生器采用实时频率跟踪及多传感器检测系统，其主电路为ARM Cortex-M内核微控制芯片加全桥移相式逆变电路。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供了一种火电厂凝汽器用超声波防垢除垢装置，包括安装在凝汽器水室内的超声波换能器组和与超声波发生器组连接的超声波发生器；超声波换能器组包括大功率超声波换能器和安装支架；至少1个的大功率超声波换能器用安装支架安装在所述水室内的冷却管板上，大功率超声波换能器均用传输电缆与超声波发生器连接。该装置实现了对凝汽器同步进行在线式防垢与除垢，可以清理凝汽器内任意位置的水垢，同时满足不同功率的使用要求，大大节省了发电厂的维护成本，提高发电机组的运行效率，节省煤耗，节约能源，而且无污染，该装置占地面积小、安装、操作、维护简单。

与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：

1、本发明提供的技术方案中，实现了对凝汽器同步进行在线防垢与除垢，可以清理凝汽器内任意位置的水垢，同时满足了不同功率的使用要求，大大节省了发电厂的维护成本，提高发电机组的运行效率，节省煤耗，节约能源，而且无污染，该装置占地面积小、安装、操作、维护简单。

2、本发明提供的技术方案中，将超声波换能器组安装在凝汽器水室内，减少了超声波换能器在与空气接触时损耗的能量，从而减少了超声能量的损耗；同时，换能器可以安装到水室的任意位置，处理更均匀，大大减少了处理盲区；另外，由于用水将换能器工作时产生的热量带走，所以可使换能器能在常温下工作。同时，型号相同的超声波换能器可视处理要求而增减数量，方便置换维修，提高了防垢除垢装置的处理效率。

3、本发明提供的技术方案中，防垢除垢装置可应用于单流程凝汽器或双流程凝汽器，满足了不同型号及结构的凝汽器的防垢与除垢要求，使得防垢除垢装置得适用性更好。

4、本发明提供的技术方案中，设置的安装支架，更方便于超声波换能器的拆卸与 维修，同时，针对不同功率及除垢防垢要求的凝汽器，可以在安装支架上安装不同数量的超声波换能器，进而提高了防垢除垢装置的运行效率，保证了火电厂发电的可靠性

5、本发明提供的技术方案中，相邻的换能器单元轴向垂直的设置，扩展到四面的换能器单元增加了换能器的辐射范围，提高了大功率换能器的运行效率，处理更均匀，减少了处理盲区，从而提高了防垢除垢装置的运行效率。

6、本发明提供的技术方案中，密封筒为1个或依次连接的多个的设置，使得超声波换能器组中的大功率换能器可以根据凝汽器内的冷却管板的宽度设置成不同的长度，同时无需重新改变单个大功率换能器的型号，只需通过多个密封筒的连接即可实现；提高了防垢除垢装置的适应性、节约了时间与金钱成本并提高了防垢除垢装置的运行效率。

7、本发明提供的技术方案中，通过在密封筒的外壁上设置安装环，安装环的外侧设有安装销且相邻的密封筒的连接处用安装环套接；使得密封筒之间的连接更为紧密且可靠，安装销的设置使得密封筒可以安装在安装架的任意位置上，方便单个大功率换能器的拆卸与安装，同时提高了单个大功率换能器的密封可靠性；进而提高了防垢除垢装置的运行可靠性。

8、本发明提供的技术方案中，换能器单元的轴向长度大于所述密封筒的内直径0.1mm至0.5mm；使得换能器单元加入密封筒内后，能够撑涨密封筒，从而使得密封筒与换能器单元的连接更加紧密有效，进而提高了防垢除垢装置的密封性与可靠性。

9、本发明提供的技术方案中，夹板与密封筒内壁的接触面为曲面，使得曲面与密封筒的内壁能够完全贴合，从而使得密封筒与换能器单元的连接更加紧密有效，进而提高了防垢除垢装置的密封性与可靠性。

10、本发明提供的技术方案中，超声波发生器采用实时频率跟踪及多传感器检测系统，其主电路为ARM Cortex-M内核微控制芯片加全桥移相式逆变电路，使得单个大功率换能器的最大连续功率可达到10KW。采用高性能、低功耗的ARM Cortex-M内核微控制芯片设计的主控电路，使用多传感器检测系统的工作各项数据，运用数字信号处理技术分析换能器和声负载的变化情况，使换能器在连续变化的负载环境中能够达到理想的工作状态。由数字化系统对其频率设定、追踪补偿、幅度设定、放大匹配输出、信号检测分析来控制其输出频率、功率。本案中的超声波发生器具有精度高、显示直观、智 能化程度高、控制灵活、可靠性和稳定性好、体积小等特点，满足了凝汽器对大功率防垢除垢的使用要求。

11、本发明提供的技术方案中，应用广泛，具有显著的社会效益和经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简要地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的一种火电厂凝汽器用超声波防垢除垢装置在单流程凝汽器中安装示意图。

图2是本发明的防垢除垢装置在单流程凝汽器循环冷却水中的流程图。

图3是本发明的防垢除垢装置在单流程凝汽器前水室的正面示意图。

图4是本发明的防垢除垢装置在双流程凝汽器中安装示意图。

图5双流程凝汽器循环冷却水的流程图。

图6是本发明的防垢除垢装置中的1个密封筒的大功率换能器的结构示意图。

图7是本发明的防垢除垢装置中多个依次连接的密封筒的大功率换能器的结构示意图。

图8是本发明的防垢除垢装置中的超声波换能器的剖面结构示意图。

图9是本发明的防垢除垢装置中的超声波换能器的换能器单元的结构示意图。

图10是本发明的超声波发生器的原理图。

其中，1—超声波发生器、2—大功率超声波换能器、201—压电陶瓷元件、202—电极片、203—盖板、204—夹板、205—螺杆、206—螺母、3—传输电缆、4—安装支架、5—水室、501—前水室、502—后水室、6—冷却管板、7—冷却管、8—进水管、9—出 水管、10—换能器单元、11—密封筒、12—防爆接头、13—相邻密封筒的连接处、14—安装环、15—安装销。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至3所示，以单流程凝汽器内的防垢除垢装置为例，本发明提供了一种火电厂凝汽器用超声波防垢除垢装置，包括安装在单流程凝汽器水室内的入水端的超声波换能器组和与超声波发生器1组连接的且位于凝汽器外部的超声波发生器1。

其中，单流程凝汽器的水室5中，水延进水管8进入，从入水端进入冷却管7中，经出水管9流出；凝汽器的水室5内的入口端安装有超声波换能器组，超声波换能器组包括2个大功率超声波换能器2；安装支架4安装在凝汽器的冷却管板6上；超声波换能器2安装固定在安装支架4上，每个大功率超声波换能器2都连接有一根传输电缆3，传输电缆3的一端连接在大功率超声波换能器2上，传输电缆3的另一端穿出凝汽器连接至超声波发生器1。

其中，大功率超声波换能器2的个数根据需要可设置为1个或多个，超声波换能器组也可根据需要安装在水室5内的入口端或同时安装在水室5内的入口端和水室5内的出口端，也就是可以将大功率超声波换能器2通过2个安装支架4分别安装在冷却管7两端的冷却管板6上。

超声波发生器1将输入的交流380V或220V交流电转换成与大功率超声波换能器2工作频率一致的超声电功率信号，此电功率信号通过超声传输电缆3连接至安装在凝汽器水室中的大功率超声波换能器2，大功率超声波换能器2将超声波电功率信号转换成超声波机械能量辐射到凝汽器中的循环冷却水中，超声波防垢除垢装置连续在线式工作，利用超声波的空化、活化、剪切、抑制等效应使凝汽器达到防垢与除垢的目的。

如图4至5所示，以双流程凝汽器内的防垢除垢装置为例，本发明提供了一种火电 厂凝汽器用超声波防垢除垢装置，包括安装在双流程凝汽器前水室501的入水端与后水室502内的入水端的超声波换能器组和与超声波发生器1组连接的且位于凝汽器外部的超声波发生器1。

其中，双流程凝汽器的前水室501中，水延进水管8进入，从入水端进入冷却管7中，到达双流程凝汽器的后水室502出水端中，在延后水室502的入水端进入冷却管7中，到达前水室501的出水端后，经出水管9流出；凝汽器的前水室501内的入水端与后水室502内的入水端均安装有超声波换能器组，超声波换能器组包括3个大功率超声波换能器2；安装支架4安装在凝汽器的冷却管板6上；超声波换能器2安装固定在安装支架4上，每个大功率超声波换能器2都连接有一根传输电缆3，传输电缆3的一端连接在大功率超声波换能器2上，传输电缆3的另一端穿出凝汽器连接至超声波发生器1。

其中，大功率超声波换能器2的个数根据需要可设置为1个或多个，一般设置在6个以内,每个大功率超声波换能器2内的换能器单元可根据需要设置为2或2的倍数个，一般不超过10个。超声波换能器组也可根据需要安装在前水室501内的入水端与前水室502内的入水端，或同时安装在前水室501内的入水端和出水端、后水室502内的入水端和出水端，也就是可以将大功率超声波换能器2通过2至4个安装支架4分别安装在冷却管7两端的冷却管板6上。

超声波发生器1将输入的交流380V或220V交流电转换成与大功率超声波换能器2工作频率一致的超声电功率信号，此电功率信号通过超声传输电缆3连接至安装在凝汽器水室中的大功率超声波换能器2，大功率超声波换能器2将超声波电功率信号转换成超声波机械能量辐射到凝汽器中的循环冷却水中，超声波防垢除垢装置连续在线式工作，利用超声波的空化、活化、剪切、抑制等效应使凝汽器达到防垢与除垢的目的。

如图6至7所示，本发明的大功率换能器2包括依次连接的多个换能器单元10、用于封装换能器单元10且与其轴向垂直的密封筒11和半径与密封筒11的内半径相等的封盖；

相邻的2个换能器单元10的轴向垂直；

密封筒11为1个或依次连接的多个。其中密封筒11的连接数量可以根据需要设置为1个多个。

密封筒11的外壁上套有安装环14，安装环14的外侧设有安装销15；

相邻的密封筒11的连接处13用安装环14套接。

如图8至9所示，换能器单元10以螺杆205为轴，螺杆205穿过2个环状夹板204、设置在2个夹板204之间的多个环状压电陶瓷元件201以及设置在每2个压电陶瓷元件201之间的环状电极片202，螺杆205的两端用螺母206固定。

其中，夹板204与密封筒11内壁的接触面为曲面，曲面与密封筒11的内壁完全贴合。

换能器单元10的轴向长度大于密封筒11的内直径0.1mm至0.5mm。

密封筒11与安装环14的材质为合金。

封盖包括2个圆形盖板203，其中一个盖板203的圆心处设有容传输电缆3通过的通孔，通孔与传输电缆3之间设有防爆接头12；

2个盖板203分别安装在1个或多个依次连接的密封筒11的两端。

电极片202均连接至传输电缆3的一端，传输电缆3的另一端与超声波发生器1连接。

如图10所示，单个大功率超声波发生器1的最大连续功率可达到10KW。采用高性能、低功耗的ARM Cortex-M内核微控制芯片设计的主控电路，使用多传感器检测系统的工作各项数据，运用数字信号处理技术分析换能器2和声负载的变化情况，使换能器在连续变化的负载环境中能够达到理想的工作状态。由数字化系统对其频率设定、追踪补偿、幅度设定、放大匹配输出、信号检测分析来控制其输出频率、功率。本案中的超声波发生器1具有精度高、显示直观、智能化程度高、控制灵活、可靠性和稳定性好、体积小等特点。

超声波在发电厂凝汽器中防垢除垢的主要作用原理为：

1、空化效应

超声波换能器2的超声能量辐射到冷却循环水中，使水中产生大量的空穴和气 泡，当这些空穴和气泡破裂或相互挤压时，会产生强大的压力峰，使成垢物质粉碎悬浮于水中，并使已生成的垢层破碎导致其易于脱落。

2、活化效应

超声波在冷却循环水中通过空化效应，将水分子裂解为H自由基和HO自由基，甚至H+和OH-等,而OH与成垢物质离子可形成诸如Ca(OH)2、Mg(OH)2等的配合物，从而增加水的溶解能力，使其溶垢能力相对提高，具有活化效应。也就是说，超声波能够提高流动液体和成垢物质的活性，增大被水分子包裹着的成垢物质微晶核的释放，破坏垢类生存和在管壁附着的条件，使成垢物质在水中形成分散沉积体而不在管壁上形成硬垢，从而起到防垢作用。

3、剪切效应

作用于金属表面的超声波振动产生了机械能量，使得金属、水垢、水随之震动，由于三者之间的频率响应不同，产生不同步振动，由于垢质的性态和弹性阻抗和金属不同，因此产生高速的相对运动，形成垢层与管壁界面上的相对剪切力，即形成剪切效应，破坏了水垢和金属之间的结合，导致垢层产生疲劳、裂纹、疏松、破碎而脱落，从而起到除垢作用。

4、抑制效应

通过超声波的作用，改变了液体主体的物理化学性质，缩短了成垢物质的成核诱导期，刺激了微小晶核的生成。新生成的这些微小晶核，由于体积小、质量轻、比表面积大，悬浮于液体中，生成比壁面大得多的界面，有很强的争夺水中离子的能力，能抑制离子在壁面处的成核和长大，让既定结构的晶粒长大，因此减少了粘附于换热面上成垢离子的数量，从而也就减小了积垢的沉积速率。

5、高速微涡效应

当超声波在金属管、板壁传播时，产生高加速震荡波，使与该界面接触的液体产生高速微涡，阻碍了结垢、结晶、积垢等物质的附着，同时对金属界面进行清理，起到了防垢和除垢的双重作用。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本 发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。