电厂真空冷凝器污垢自动清洗螺旋纽带的结构优化研究

　　0　引言

　　发电厂真空冷凝器的冷却水系统一般有开式直排和闭式循环两种。它们各有优缺点。直排式冷却水直接抽取江、河水,不仅可以节省冷却水循环系统的大笔建造费,更重要的是冷却水温度低,冷凝效果好,为我国中、小型电厂广为采用。但是,冷却水中杂质、杂物较多,管内容易结垢阻塞,必须借助周期性清洗来避免真空度—冷凝效率的过分下降。

　　螺旋纽带清洗技术既具有在线自动清洗的功能,又具有一定的冷却强化功能,是世界上最先进的在线机械清洗—无功强化传热技术。其工作原理如图1所示。在传热管内安装自转螺旋纽带,在冷却水的带动下自动旋转,其边缘两侧刃对管内壁污垢具有刮扫作用,同时对边界层具有扰动作用,从而达到清洗除垢、强化传热的双重目的。

　　该技术已在一些化工厂的冷却设备中成功应用,用户的经济效益显著【1】。电厂真空冷凝器与化工冷却设备的主要不同点在于管内冷却水的流速高,通常在1·5m/s以上, 2·0m/s左右。为此,本文专题研究这样高流速下的螺旋纽带的流体阻力、传热强化及其纽带结构参数的优化问题。

　　1　纽带结构优化目标

　　首要目标当然应该是增大清洗功能。但是,在卧式管内应用螺旋纽带自动清洗技术一般要求正常运行时的流速高于0·6~0·8m/s【1】。电厂冷凝器中的管内流速通常在1·50m/s以上。因此,使清洗纽带旋转起来进行除垢防垢是不难实现的。

　　考虑到流体阻力大体上与流速的平方几乎成正比,从而有可能导致螺旋纽带流体阻力的大幅增加。或者引起冷却水的供给量大幅度的降低、甚至不足,或者引起冷却泵出口压力过大、电耗增大。故降低高流速下自转式清洗纽带的流体阻力,是纽带结构优化的主要目标。另外,在保证自动清洗功能和合理的流体阻力的前提下,力求有较大的冷却强化功能,自然也应该成为优化的目标之一。

　　2　流体的流动分析

　　在静纽带作用下,流体在管内作旋转流动时,对管内流体阻力与对流传热系数影响的大小是流体旋转流动的螺旋流线的螺距大小,而不是纽带的结构螺距【2】。由此推论,在自转式塑料纽带作用下的情况也应与之相同。即流体旋转流动的螺旋流线的螺距越小,流体阻力P就越大,但因其扰动产生的传热强化效果越好。因此,有必要对旋转纽带的流体进行流动分析。

　　由流动显示试验表明,在插有自转式清洗纽带的管内,在纽带宽度的直径范围内和管子与纽带的环形间隙这两个区域中流体的流线是各不相同的。

　　(1)在纽带宽度直径范围内的流线按照运动学原理,液体的运动速度v′等于流体相对于纽带的运动速度v1与旋转纽带的牵连运动速度之矢量和v2,即v′=v1+v2