声学防垢技术的发展和应用

    污垢十分广泛地存在于各种换热过程中,种类繁多,防治非常困难,危害极大:首先,设计换热器时,常常要考虑到结垢的不确定因素,增加换热面积,从而增加了设备投资和运行、维修费用;其次,污垢的存在提高了壁温,降低了热效率,使能耗增加;第三,管内污垢的沉积减小了流通截面,增大了阻力,生产能力下降;最后,污垢而引起的停车清洗,缩短了设备运行周期,大大地增加了成本。

    解决结垢问题对工业生产的节能增效、环境保护意义非常重大。

    各类防垢技术之中,物理防垢技术因其环境清洁,使用简便,设备投入小,运行费低而受到特别的重视。然而,以物理能量场处理水为基本特征的物理防垢技术的使用效果还不能令人满意。

    事实上,析晶型污垢(水垢、无机盐垢)的形成是一个非常复杂,受到多种因素影响,又无法用已知物理方法阻止的化学反应过程。实践证明,即便水介质里施加数千瓦的功率强大的声场或电磁场也同样不能阻止结垢的形成。因此,除了化学方法,换热设备运行过程中解决问题的唯一途径便是对积垢予以持续不断的在线清除,这种条件下,除垢与结垢必然形成某种动态平衡。只要除垢的速率超过结垢,便可维持换热设备处于基本无垢的状态,从而大大地延长其运行周期。通过在线除垢达到理想防垢效果的另外好处是:垢层很薄时,使其剥落所需的能量、功率很小,可大大降低防垢装置的造价和能耗;与此同时,垢层越薄,剥落的水垢碎片就越小,很容易地被水流带走,不会对换热设备的运行带来太大的影响。

    通过这种在线除垢的方法达到防垢效果的物理防垢技术,目前只有声学防垢技术。

    1 声学防垢技术的发展

    在前苏联,将超声波用于防垢的尝试始于20世纪30年代初,60、70年代才开始比较广泛的工业应用,但那时的超声波防垢装置十分笨重,使用不便,造价高,电耗大,效能却很低,所以应用受到很大限制。同一时期我国却在推广使用强磁防垢技术并以失败告终。

    基于超声波防垢技术上发展的声学防垢技术于20世纪90年代中期实现了真正意义的重大突破,技术装置完全实现了实用化和工业化。我国于1998年由清华大学国际技术转移中心从俄罗斯引进了该项技术,并且开始了广泛的工业应用。

    较之以往的超声波防垢技术,声学防垢技术的突破主要有三个方面:

    1)作用方式的突破:取消向水里导入声波的水用能量转换器,声频振荡完全由热交换设备的金属构件导入,并传递给水介质,安装变得十分简便;

    2)总体设计上的突破:使用瞬时强脉冲输出,激发和利用金属谐振,使防垢装置的能耗、体积大大减小,造价降低,工作的可靠性和使用寿命大为提高;