汽輪機凝汽器真空度優化技術

【技術背景】

在熱電、化工、造紙、印染、冶金、制藥、環保等領域，存在大量含有凝汽環節的汽輪機，依靠凝汽器實現乏汽的冷凝，保持機組的運轉，適宜應用本技術。

汽輪機是依靠進汽、出汽之間的焓差進行工作的，由于輸入蒸汽的焓值一般無法改變，則汽輪機的輸出動力與出汽焓值息息相關。為了實現最佳的動力輸出，同時兼顧鍋爐水回熱系統的耗汽量，通常最佳的負壓范圍在-88~90kPa左右，此時總體效率是最佳的，對應的真空度也在88~89%左右。當負荷率為80%，真空度每惡化1kPa則汽輪機的動力輸出將下降1.5%，因此凝汽器的真空度（冷端管理）非常重要。（據《中小型熱電聯產工程設計手冊》，中國電力出版社，p166）

本技術屬于綜合方案，提高凝汽器的真空度，增大動力輸出能力，節省蒸汽，提高汽輪機的效率，減少標煤用量。

【應用領域】

本技術適用于采用循環水冷卻的汽輪機凝汽器、列管式蒸汽加熱器等，換熱管如銅管、不銹鋼管、鈦管、碳鋼管等都能適應本技術，對設備無損傷。

本技術同時實現優良的水質，為全廠節能減碳提供很好的條件，同時能夠降低蒸汽射流式真空泵的蒸汽消耗量。

【技術原理】

本套技術屬于一體化綜合方案，包含以下分項，組成有機整體：

1、凝汽器強化換熱子系統

強化換熱系統利用水的動能驅動，在換熱管內不停地快速旋轉，改變管內水的流態為全紊流，使貼近管壁的滯留層消失，熱量迅速從換熱管傳遞給強烈擾動的水流，被快速帶走，顯著地強化換熱管水側的換熱效果，從而改善凝汽器的整體換熱效果，經濟效益提高。

本系統運行時，強烈旋轉的水流產生徑向管壁摩擦力和剪切力，破壞了水垢和粘泥物質在換熱管內壁的附著機理，排除了結垢的可能，保持換熱管內壁長期干凈無垢，垢下腐蝕大幅度減緩，保護換熱管內壁氧化膜。

由于凝汽器換熱效果增強，排汽溫度降低，同時強烈的水流擾動使貼近管壁的水流溫度降低，水側溫度場均化，水中重碳酸鈣分解產生碳酸鈣的速度降低，碳酸鈣在低溫下的溶解度也提高，沉淀量減少。這兩個方面的影響也使安裝本裝置后換熱管內壁的結垢可能性大大降低。

2、循環水一體化凈化子系統

本部分屬于在線運行的一體化裝置，其原理在于取一部分循環水進行凈化，并送回水池。通過不斷循環凈化，持續地將水中的泥塵、膠體、黏菌、藻類排出，以維持水質處于較優的平衡狀態。由于實現了水質清透、沉淀物消除、菌膠無法滋生的目標，使得凝汽器以及全廠的各臺換熱器的效率都顯著提高。

本產品依靠回水的背壓進行工作，無需配置循環泵，屬于固定式設備，能夠自動排泥，實現無人值守。

3、高效機械式真空泵

真空泵在系統中屬于保障設備，主要作用是將潛在的不凝氣及時排出，以確保冷凝蒸汽的純度，保持冷凝效果。企業經常采用中壓蒸汽作為抽汽動力，采用射流抽汽，效率較低，并且夏季由于冷凝液溫度較高使得噴射器本身的冷端負壓得不到保障，不能保持較好的真空度。通過增設機械式強制真空泵，具有“無條件”抽氣的特點，能夠確保真空度，不受氣候、水溫等因素的影響，并杜絕噴射器的蒸汽的消耗，效益顯著。

上述各個方面實現本技術的綜合效果，取得節能減碳的效益。

【核心優勢亮點】

1、強化換熱：當汽輪機組運行時，本裝置無需外加動力，利用水的流速水頭（動能）驅動螺旋扭帶長期在換熱管內不停地快速旋轉，改變管內水的流動狀態，均化溫度場，使貼近管壁的滯留層消失，熱量迅速從換熱管傳遞給強烈擾動的水流，并被快速帶走，極大地強化了換熱管水側的換熱效果，換熱系數提高20%左右，從而改善了凝汽器整體換熱效果。

2、自動除垢：本裝置運行時，強烈旋轉的水流產生向管壁摩擦力和剪切力，破壞了水垢和粘泥物質在換熱管內壁的附著機理，使水垢和粘泥沒有時間在管壁上滯留，排除了結垢的可能，保持換熱管內壁長期干凈無垢，垢下腐蝕大幅度減緩，保護換熱管內氧化膜。

3、阻垢防垢：由于凝汽器換熱效果增強，排汽溫度降低，同時強烈的水流擾動使貼近管壁的水流溫度降低，水中重碳酸鈣分解產生碳酸鈣的速度降低，碳酸鈣在低溫下的溶解度也提高，沉淀量降低。這兩個方面的影響也使安裝本裝置后換熱管內壁的結垢可能性大大降低。

4、凈化水質：循環水的水質清透，避免泥塵、菌膠、藻類、鈣鎂離子等對換熱的危害，杜絕結垢和生物黏泥積累。本系統相當于“加藥+電化學+旁濾”的綜合效果疊加，能夠從根本上解決水質問題。

5、提升真空度：采用機械真空泵代替噴射泵，對冷卻水的溫度依賴較小，實現穩定的真空度，同時避免工作蒸汽的消耗。

6、投資回收期短，安裝簡單，無需運行維護，實現真空度優化，同時也是替代膠球清洗裝置、電化學、旁濾設施、超聲波清洗等的優選產品。

【核心技術來源】

本技術工藝由時代科儀進行研制，技術產品專門設計定制。

【應用商業模式】

本技術支持直接買賣（EPC）、設計供貨（EP）、合同能源（EMC）等商業模式。

【經濟效益分析】

以30萬噸氨/年的合成氨尿素企業的產能進行分析，汽輪機消耗蒸汽可達150t/h，采用本系統保守估計節省蒸汽5%左右，節省高壓蒸汽7.5t/h，全年節省蒸汽6萬噸，節省標準煤約0.66萬噸，按照蒸汽成本160元/噸計算全年經濟效益約為960萬元。同時，本系統還能提高全廠換熱效率，公用工程能耗下降10%以上，清洗周期延長一倍以上，節水達到10~20%。全系統每年為企業帶來的直接、間接效益在千萬元級別。

【市場潛力分析】

1、石化、化工的壓縮機驅動，具有大量凝汽式汽輪機，凝汽器真空度亟待優化，全國可用該系統的企業數以萬計。

2、鋼鐵企業的自備電廠：全國具有煉鐵、煉鋼能力的鋼廠約565家，一般鋼廠都有自備電廠，鋼廠自備電廠領域初步測算具有120000MW以上機組凝汽器使用空間。

3、垃圾、生物質焚燒發電：全國有3185個市縣，許多市縣都在建垃圾、生物質焚燒發電廠，垃圾焚燒發電領域初步測算具有100000MW以上機組凝汽器使用空間。

4、焦化企業的余熱發電：全國有焦爐1400多座，焦爐余熱發電領域初步測算具有10000MW以上機組凝汽器使用空間。

5、水泥企業的余熱發電：全國水泥廠有幾千家，初步測算共有15000MW以上機組凝汽器使用空間。

6、大型化工廠、造紙廠、印染廠、制藥廠自備電廠：初步測算共有50000MW以上機組凝汽器使用空間。

7、有色金屬余熱發電、自備電廠：初步測算共有50000MW以上機組凝汽器使用空間。

參照以上以及其它市場測算，市場使用量預測為500000MW以上。粗略按照每MW耗蒸汽量5t/h估算，每小時耗汽量為250萬噸，按照平均節能率4%估算，節省蒸汽潛力為10萬噸/小時，按照蒸汽價格160元/噸計算，每小時節能效益潛力為1600萬元，全年效益潛力可達1280億元。

【單位簡介】

      北京時代科儀新能源科技有限公司（簡稱“時代科儀”）成立于2010年1月28日，是一家專業致力于化工、食品醫藥，玻璃建材等高耗能行業整體節能降碳服務商，集節能咨詢、節能診斷、節能項目設計、節能投資、運維、能源銷售為一體的國家高新技術企業、國家軟件企業、國家發改委備案的節能服務公司、專精特新企業、節能服務公司綜合服務能力AAAA企業、低碳平臺運營單位。公司旨在為企業提供從公用工程、熱泵、換熱器直至工藝系統等一整套的節能降碳方案，涵蓋八大技術（如：蒸汽系統分析優化及動力利用技術、冷熱系統夾點分析技術、余熱余能及水資源利用技術、局部系統性節能技術、空壓站系統整體節能技術、循環水站及制冷站綜合節能技術、水質閉環管理技術及環保廢氣閉環處理技術等），四十多項專利、18大節能工藝包，實現耗能企業的深度挖潛，并通過“端、云一體化”的技術手段，完整呈現智能在端、智慧在云的應用場景，從而達到節能減碳、提質增效的終極目標。滿足國家對企業數字化工廠、智能制造、高端制造的政策導向需求和企業精細化、精益化管理需求。