第一章 典型過程裝備的節(jié)能分析

主講：俞天蘭教授辦公室：化機(jī)樓203Email：zzyutianlan@163.comQQ:335652303Cell強(qiáng)化傳熱技術(shù)》2004年11月國家發(fā)展改革委員會(huì)發(fā)布的我國第一個(gè)《節(jié)能中長期專項(xiàng)規(guī)劃》中指出，每百萬美元的國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗，比世界平均水平高2.4倍，比美國、歐盟、日本、印度分別高2.5倍、4.9倍、8.7倍、0.43倍，提出的十大保障措施之六是“加快節(jié)能技術(shù)開發(fā)、示范、推廣”。過程裝備專業(yè)如何為社會(huì)做貢獻(xiàn)？本專業(yè)最通用的設(shè)備-換熱器強(qiáng)化管?保持傳熱面潔凈度?《強(qiáng)化傳熱節(jié)能技術(shù)》【內(nèi)容組織說明】①選材的基本角度－“過程裝備運(yùn)行的生產(chǎn)管理者”的節(jié)能技術(shù)需求，介紹生產(chǎn)現(xiàn)場比較普遍適用的強(qiáng)化傳熱節(jié)能技術(shù)；②80％的篇幅為最新科研成果（講義-論文集）；③結(jié)合期刊論文、專利、學(xué)位論文閱讀與撰寫的培養(yǎng)；④閱讀材料（教材參考文獻(xiàn)）：專業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的實(shí)際案例講解分析、專題技術(shù)資料編寫及其過程設(shè)備方案設(shè)計(jì)計(jì)算。手段目的【教學(xué)內(nèi)容】1典型過程裝備的節(jié)能分析4小時(shí)2傳熱設(shè)備內(nèi)循環(huán)流態(tài)化技術(shù)4小時(shí)3旋液流態(tài)化技術(shù)及其工程應(yīng)用4小時(shí)4自轉(zhuǎn)鋼絲螺旋線節(jié)能技術(shù)4小時(shí)5熱流體動(dòng)力自轉(zhuǎn)螺旋扭帶節(jié)能技術(shù)2小時(shí)6斜齒平帶在線自動(dòng)清洗動(dòng)力學(xué)（冷模）研究2小時(shí)7斜齒平帶的對(duì)流傳熱凈強(qiáng)化研究2小時(shí)8自動(dòng)清洗式高效蒸發(fā)器技術(shù)4小時(shí)9爐窯高溫?zé)煔馑磧艋酂崂霉?jié)能技術(shù)2小時(shí)【考試方式】結(jié)合課程內(nèi)容做PPT專題報(bào)告（30%），期末分組討論式的面試（40%）,平時(shí)成績（30%）；提交結(jié)合課程內(nèi)容的論文者可以申請(qǐng)免試?！窘ㄗh】1、認(rèn)真閱讀教材及其相關(guān)參考文獻(xiàn)；2、研究性的討論課（提要講解－閱讀思考關(guān)鍵點(diǎn)－物理概念正確運(yùn)用討論－小結(jié)）

第一章典型過程裝備的節(jié)能分析1.1電廠汽輪機(jī)真空冷凝器的節(jié)能分析全國電力總的裝機(jī)容量在8億KW以上，火力發(fā)電機(jī)組70％以上，達(dá)總?cè)萘?億KW左右。發(fā)電？火力發(fā)電？鍋爐-汽輪機(jī)-真空冷凝器真空度提高1%，中小型汽輪機(jī)多發(fā)1%電。如何提高真空度？鍋爐、主機(jī)、輔機(jī)？污垢的導(dǎo)熱性能很差，只有鋼的1/30~1/50。1.1電廠汽輪機(jī)真空冷凝器的節(jié)能分析輔機(jī)-真空冷凝器（凝汽器）節(jié)能：在線除垢&強(qiáng)化管內(nèi)對(duì)流傳熱系數(shù)提高傳熱效率？水垢影響傳熱系數(shù)K的計(jì)算分析1、無垢時(shí)K0的計(jì)算直排冷卻水的進(jìn)出口年平均溫度分別為：18℃、30℃銅管?20mm×1mm×6000mm，流速u=2.0m/s銅管的導(dǎo)熱系數(shù)為91.28（W/m.k），壁厚1mm管內(nèi)冷卻水的表面換熱系數(shù)按SIEDER和TAKE關(guān)聯(lián)式計(jì)算：管外蒸汽冷凝系數(shù)，按水平管束膜狀冷凝的Kern公式：

無垢時(shí)的真空度93%,即7Kpa，經(jīng)查表其對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽溫度為39℃；管壁的平均溫度33.07℃；平均的管排數(shù)經(jīng)分析計(jì)算取為20。2、管內(nèi)有垢時(shí)K的計(jì)算同一成分的污垢的導(dǎo)熱系數(shù)的數(shù)值范圍很大；在不同文獻(xiàn)中彼此相差也比較大。中國動(dòng)力工程學(xué)會(huì)編寫.火力發(fā)電設(shè)備技術(shù)手冊(cè)第四卷機(jī)械工業(yè)出版社1998.12,p94。軟質(zhì)垢的導(dǎo)熱系數(shù)1.163-3.46(W/m.k)，取2.33(W/m.k)

表1-2不同厚度的水垢對(duì)傳熱系數(shù)K值的影響軟質(zhì)水垢厚度δ(mm)0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0K(W/m2.k)33202901257623162105192817791651144413591541K下降幅度％012.622.430.236.641.946.450.356.559.153.6經(jīng)濟(jì)損失“凝汽器壓力每改變1%，中壓汽輪機(jī)功率將改變1%，高壓汽輪機(jī)將改變0.8%”。水質(zhì)、真空度提高幅度、電價(jià)對(duì)容量為125MW的發(fā)電機(jī)組進(jìn)行效益分析：按每度電的上網(wǎng)價(jià)0.30元、年平均發(fā)電6000h計(jì)算，則機(jī)組的年增產(chǎn)為大電廠和小電廠(12MW)的效益？根據(jù)文獻(xiàn)[4]“在汽輪機(jī)進(jìn)汽溫度不變的條件下，排汽溫度每降低10℃，裝置效率可提高3.5%左右；凝汽器壓力每改變1%，中壓汽輪機(jī)功率將改變1%，高壓汽輪機(jī)將改變0.8%”。全國電力總的裝機(jī)容量在3億KW以上，火力發(fā)電機(jī)組70％以上，達(dá)總?cè)萘?.3億KW之多。按管內(nèi)水垢影響以后比潔凈無垢時(shí)的真空度平均下降的平均幅度3%、因此汽輪機(jī)功率平均下降2.5%、機(jī)組的年平均運(yùn)行時(shí)間6000小時(shí)、發(fā)電效益每度0.10元計(jì)算，水垢引起的效益損失的總值可達(dá)每年34.5億元。表1-1電廠真空冷凝器污垢—清洗—運(yùn)行真空度情況調(diào)查表電網(wǎng)電廠自備電廠株洲電廠湘

潭新電廠南

寧市電廠湖南金信公司動(dòng)力廠杭州鋼鐵公司動(dòng)力廠岳陽石化總廠熱電廠機(jī)組容量（MW）125（新）300(新)1212612真空度（夏）%939085真空度（冬）%97.593929393冷卻水系統(tǒng)循環(huán)水江水直排江水直排資江水循環(huán)水循環(huán)水污垢清洗方法膠球清洗+高壓水槍膠球清洗停

車機(jī)械清洗人工刷洗人工刷洗停

車機(jī)械清洗污垢清洗周期4天/每季度每天1次每年2次每年4次3.5天1-2個(gè)月清洗后真空度＋%0.8261088更好的解決辦法？日本實(shí)用節(jié)能機(jī)器全書編委會(huì)在《實(shí)用節(jié)能全書》中作了這樣的強(qiáng)調(diào)：“傳熱面上的污垢可能會(huì)使提高性能的任何嘗試都?xì)w于零，得不到什么結(jié)果。…….就節(jié)能措施來說，對(duì)污垢進(jìn)行評(píng)價(jià)和防止結(jié)垢是最大的焦點(diǎn)之一”。強(qiáng)化傳熱技術(shù)，錢頌文等在線除垢社會(huì)效益經(jīng)濟(jì)效益

1.2蒸發(fā)器裝置的節(jié)能分析

蒸發(fā)器是制糖、制鹽、燒堿、食品、造紙、元明粉（無水硫酸鈉）、硫化堿、制藥、冶金（如氧化鋁生產(chǎn)）等生產(chǎn)的關(guān)鍵性工藝設(shè)備。

應(yīng)用廠家數(shù)量相當(dāng)多，僅廣西的糖廠就有一百多家。

由于蒸汽加熱、溶液濃縮，結(jié)垢嚴(yán)重，加熱面上往往很快（數(shù)小時(shí)—數(shù)十小時(shí)不等）就結(jié)起較厚的結(jié)晶鹽垢，使生產(chǎn)能力嚴(yán)重下降（一般35%以上），蒸汽消耗明顯增高。

即使造紙行業(yè)大量引進(jìn)的黑液蒸發(fā)器的加熱面，也是16小時(shí)生產(chǎn)運(yùn)行、8小時(shí)清洗，區(qū)別只不過自動(dòng)切換而已

燒堿、食鹽等生產(chǎn)用的蒸發(fā)器一般是5-7天就需停車清洗一次。為了延長蒸發(fā)器停車清洗的周期，只好采用投資大、耗電高的強(qiáng)制循環(huán)泵。例如，湖南省湘衡鹽礦規(guī)模不大（十萬噸）的三效逆流鹵水蒸發(fā)裝置，采用三臺(tái)功率分別為110kW的強(qiáng)制循環(huán)泵，每臺(tái)循環(huán)泵價(jià)格需20多萬元，僅循環(huán)泵的電費(fèi)每年就高達(dá)百萬元。但是，仍