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    ​【成果推介】第730期：翅片管高效节水清洗及智能控制

    14小时前

    阅读(15)

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      华北电力大学正式发布《2025华北电力大学自主知识产权成果名录》，作为全景梳理年度核心技术专利、软件著作权及高质量成果培育的创新年鉴，百余项最新科技成果的前沿披露，数十支新增科研团队的创新矩阵，《名录》全面收集并整理了2024年度华北电力大学及相关机构自主研发的多项核心科技成果与创新技术，同时详细介绍了成果所涉专利的相关情况。“成果推介”将陆续公开发布成果册所收集的重点推介案例，敬请关注！

      翅片管高效节水清洗及智能控制

      成果介绍

      本系统意在解决空冷岛空气侧污染及清洗的多重问题，并重点考虑各厂空冷系统污染的实际情况，从两方面进行开发。

      1、低压（相对当前空冷清洗压力）高效清洗装置

      系统采用射流与脉冲原理相结合的清洗方式，重点开发清洗喷嘴组和执行机构，如射流流形优化，脉冲速度、频率控制，高压密封，清洗水流量、压力优化等。

      2、适用大空间低风速的风量测量及风场预测模型

      目前各种流量传感器在低风速和大空间环境下面临启动风速高、风向影响大的问题，导致测量风速下限较高且测量准确性不高，不能适应空冷岛的实际环境。为实现智能控制和进一步降低水耗，首先要开发低风速、大空间环境下的高精度低成本风量传感器，并结合风场流向、风速、风量等因素，通过实际测量、模拟计算和流量拟合，研究空冷岛空气通道污染与风速/风量关系模型，并形成数据库，以污染程度为主要依据控制清洗机构运行速度、清洗水量和压力，做到污染程度和流量正相关。

      创新点

      清洗装置初步样机和测试系统已搭建完成，包括清洗装置、执行机构、电控箱、高压泵及管路、原厂空冷翅片管等，并进行了验证性测试。大空间微风传感器原理样机已完成，进行性能测试中。空冷岛翅片污染分布模型及算法、清洗控制逻辑已形成方案，待实验室和现场测量后验证。清洗系统样机及微风传感器原理样机如下图所示。

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      本清洗系统的流量、压力、流形等参数根据实际需求设计，可完全满足火电空冷岛清洗 0-30 吨/小时，承受 20-30MPa 压力的现场需求，具体性能参数因机组需求而不同。目前采用本技术原理的清洗系统未见报道，与现有技术相比，预计本技术将在清洗效果、清洗水量、供水压力、清洗速度、人工成本、清洗系统成本、系统安全性、对翅片损伤等方面具有优势。

      参考本系统清洗样机在实验室的实际测试结果和参数特点，预计本清洗系统特点如下：

      ·清洗水量（在清洗效果与现有方式相同或更好时）约为现有清洗方式用水量的20%～50% 

      ·汽机排汽压力较现有清洗方式降低 0-2Kpa（现有清洗方式效果越差，本清洗方式效果越明显），相应煤耗降低约 0-4g/kWh（与排汽压力相关）

      ·清洗水压大幅降低，清洗水泵出口压力不大于 10Mpa，喷嘴前压力不大于 5Mpa（此为单排管换热器压力，双、三排管系统压力要相应提高，但比现有系统低 5Mpa 以上），清洗系统功耗低，安全性及灵活性提高，尤其适合根据受热面污染而进行智能清洗的变工况运行方式

      ·可实现快速清洗，如 600MW 机组空冷岛单列（两侧同时清洗）清洗时长 1-4 小时，单台机组全部空冷岛清洗时长不超过 24 小时，为现有方式用时的 1/3-1/5，大大提高空冷机组对负荷的适应能力

      ·智能化清洗：通过空气通道污染程度检测及差异化清洗控制，预计在上述清洗水量的基础上，可进一步降低 30%～50%的清洗水量，约为现有清洗方式用水量的 10%～30% 

      ·清洗水泵功率降低，水泵的功率和流量以及水压成正比，随着本系统流量和压力降低，清洗水泵功率降低更多

      ·人工成本降低，因清洗时间缩短和智能化自动清洗的应用，可显著减少人力成本

      ·清洗系统安全性、稳定性提高，因系统压力降低，管路、阀门、测量仪表、接头等的泄漏和老化风险降低，安全域度更高，或可选用较低等级材料和配件，降低成本

      ·对空冷岛散热器翅片的损伤小，水压降低，清洗水对翅片的冲击减小，翅片变形损坏的概率降低，尤其对采用铝制翅片的单排管系统，低压清洗的安全性更高、更安全实现上述检测及清洗系统的改进，将大幅减少机组水耗，降低煤耗，解决或大幅缓解长期以来困扰直接空冷机组的换热效果差，汽机排汽背压高，夏季负荷受限以及厂用电高的问题。

      火电间接空冷系统的空冷塔换热面空气侧同样面临散热管翅片清洗问题，由于间冷系统空冷塔散热器翅片间距比空冷岛翅片管间距更小，清洗难度更大，清洗效果难以保证。本系统的特点非常适合这种小间距长通道翅片管的清洗，再进行针对不同形式、参数的间冷翅片管的个性化优化后，预计清洗效果会更好。大型电站锅炉普遍采用回转式空预器，其蓄放热主要通过蓄热隔板，而在采用高温SCR 后，空预器低温段蓄热隔板由于受氨逃逸引起的硫酸氢铵凝结的影响而容易堵灰，严重时会造成空预器出入口压差过大，引风机负荷加大出力不足，进而不得不降负荷运行甚至停机，因此也需要高压水清洗。但现有空预器高压水清洗的方法主要是在停机后进行，不但清洗时间长，用水量大，过程繁琐，且压力（大于 30MPa，甚至达 40-50MPa）过高，容易损坏蓄热板。本系统具有的小流量、低水压的特点有助于在线清洗和蓄热板的保护。

      本系统清洗装置在加工生产过程中，最关键的喷嘴加工难度较大，流形和精度需要4 轴以上高精度数控机床，由于工艺较复杂且试制量小，一般单位不情愿承接，如解决此问题，其他部件加工相对容易，另外一些标准件或常规件可采，预计部件外委加工、外采的周期在两周之内，合作单位的加工件在一周之内。装配及测试由本实验室和合作单位解决。因本系统的设计和机组空冷岛管排数、翅片间隙、当地环境、污染程度、清洗水泵参数有关，属个性化定制产品，完全相同产品批量较小，目前以人工装配为主，预计每天保守估计可装配 5—15 台。如一台 8 列的空冷岛，本清洗装置（32 台）可在三天内装配完成，因测试台架有限，带压带流测试按连续 12 小时，测试两次计，需半个月左右测试完成。如果量产量比较大，会考虑增加测试台架，缩短测试时间。

      应用场景

      本技术为解决清洗效率和耗水量的矛盾，除火电机组的空冷岛、空冷塔、空预器外，可广泛用于化工、冶金、建筑等行业的冷却设备、空调散热器等。针对其他应用场景，下一阶段计划开发便携式清洗设备，面向小型分散的清洗环境，如空调室外机、热泵散热器等，实现节水高效清洗。火电机组的空冷岛、空冷塔、空预器外，可广泛用于化工、冶金、建筑等行业的冷却设备、空调散热器等。

      市场前景

      到 2022 年全国 300MW 及以上在役火电机组共计 1200 余台，空冷机组约占 30%，即仅国内大型火电机组的空冷系统和空预器，市场潜在需求在 1500 台套以上，每套清洗系统按 100 万元计，火电市场规模 15 亿元以上。

      效益分析

      以一台 300MW 直接空冷机组为例，根据某电厂实际情况，其空冷岛清洗一次的清洗时长 60 小时，除盐水流量 20 吨/小时，共计 1200 吨，除盐水价格 8 元/吨；空冷岛换热面清洁度维持时间 120 天，期间机组平均负荷 210MW；动力煤 Q5500 价格 700 元/吨，折合标煤单价 890 元/吨；清洗水泵功率 20kW，厂用电价按 0.3 元/kWh；人工费 100元/小时。假设采用本系统后的用水量为原用水量的 30%，清洗时长 15 小时（为原时长1/4），翅片管清洁度维持天数和机组平均负荷不变，汽轮机背压每降低 1kpa 节约煤耗2g/kWh，年清洗 3 次，年主要指标及节省费用如下：

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      由上述计算可知，一台 300MW 机组，综合汽轮机背压降低(0.5-1kpa)、节省水电人工成本等综合考虑，年节约费用 50 万-100 万元，随机组容量增加，相对年节约费用更大。

      上述计算，未考虑清洗效果的不同对空冷风机功耗的影响以及清洗水量水压的降低对清洗水泵和系统管路的影响，如空冷风机频率降低，运行时间减小而使厂用电降低；可选用功率和压力小的清洗水泵，可大幅降低清洗水泵和清洗系统成本，且安全性更高。空冷系统是为减小电厂耗水量设计的，如果因清洗受热面而耗用大量水，则与空冷节水的目的相背离，因此，空冷机组更应体现节水的特点，大幅减小清洗水量可带来显著的社会效益，节约宝贵的水资源。

    华电技术转移转化中心.jpg


    初审：祝仕鸿

    复审：刘 晓

    审核：王宏盛



    来源：华电技术转移转化中心公众号

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