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)展改革委員會發(fā)布的我國第一個《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斜齒平帶在線自動清洗動力學(xué)（冷模）研究2小時(shí)7斜齒平帶的對流傳熱凈強(qiáng)化研究2小時(shí)8自動清洗式高效蒸發(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。中國動力工程學(xué)會編寫.火力發(fā)電設(shè)備技術(shù)手冊第四卷機(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力廠杭州鋼鐵公司動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，對污垢進(jìn)行評價(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，采用三臺功率分別為110kW的強(qiáng)制循環(huán)泵，每臺循環(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