第28卷第7期工業(yè)水處理Vol 28 No.72008年7月Industrial Water TreatmentJul.,2008試驗研究高硬度循環(huán)水結(jié)垢機理的實驗研究陳小磚1,任曉利1,陳永昌,馬重芳2(L.河南理工大學(xué)機械與動力工程學(xué)院,河南焦作4540002.北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院,北京10002)[摘要]在換熱設(shè)備中普遍存在結(jié)垢現(xiàn)象,污垢的存在會降低生產(chǎn)效率、消耗燃料,從而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失?，F(xiàn)有的化學(xué)清洗方法不僅污染環(huán)境,而且會大大降低設(shè)備的使用壽命。作者對結(jié)垢過程中硬度、溫度、流速等參數(shù)的影響大小進(jìn)行了實驗研究向人們揭示了高硬度循環(huán)水結(jié)垢過程中溫度、硬度、流速等參數(shù)的影響,使人們對結(jié)垢機理有了深入的了解,這些實驗數(shù)據(jù)將為接下來的抗垢實驗研究打下堅實的基礎(chǔ)[關(guān)鍵詞]結(jié)垢;機理;熱阻;溫度;硬度[中圖分類號]TK228[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]B[文章編號]1005-829X(2008)07-0017-04Experimental research on the scaling mechanism of circulating waterwith high hardnessChen Xiaozhuan, Ren Xiaoli, Chen Yongchang, Ma Chongfang,(1. Henan polytechnic University, School of Mechanical and Power Engineering, Jiaozuo 454000, China;2 Beying University of Technology, College of Environment and Energy Engineering, Beijing 100022, China)Abstract: Scaling phenomenon exists in heat exchangers here and there. It reduces production efficiency,consumes fuel, and therefore causes big economic loss. The present chemical cleaning measures notthe environment, but also shorten the using lifetime of equipment. A lot of experimental tests with regard to theeffect of parameters, such as hardness, temperature, velocity of flow, etc. in theprocess haveconducted. Some significant results have been achieved. The understanding of scaling mechanism is deepened.All the data can provide a firm foundation for the consequent anti-scaling researchKey words: scaling; mechanism; heat resistance; temperature; hardness水垢附著的危害,輕者會降低換熱器的傳熱效元/a,占當(dāng)年工業(yè)生產(chǎn)總值的02%。目前國內(nèi)外在率影響產(chǎn)量,嚴(yán)重時,則需停產(chǎn)檢修,甚至更換換熱結(jié)垢除垢方面都做了一定的研究并取得了一些成器。污垢所涉及的領(lǐng)域之廣無與倫比,從日常生活到績,有些廠家已經(jīng)設(shè)計出不同結(jié)構(gòu)或原理的除垢器工業(yè)生產(chǎn),從一般換熱器到航天航海器械都難以幸并投入到工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中。目前除垢器存在免。R. Steinhagen等的調(diào)査表明,90%以上的換熱的主要問題是一些用戶反映除垢器效果不穩(wěn)定,有器都不同程度地存在污垢問題,而換熱器在石油、化的產(chǎn)品甚至加劇了換熱面污垢的生成,原因主要工、電力、食品、造紙、水泥、冶金、公用工程等工業(yè)中是目前人們對循環(huán)水結(jié)垢的機理及影響因素還不是都占有相當(dāng)比重。污垢通常是表面較粗糙的熱的不很了解缺乏詳細(xì)可靠的實驗數(shù)據(jù)。因此當(dāng)前迫切需良導(dǎo)體,它給換熱過程增加了傳熱熱阻和流動阻力,要對循環(huán)水結(jié)垢機理展開全面系統(tǒng)的實驗研究。導(dǎo)致設(shè)備性能下降,甚至換熱面腐蝕穿孔,引起一系1實驗系統(tǒng)簡介列的經(jīng)濟(jì)、安全問題。徐志明等通過典型機組的調(diào)本實驗室建立了循環(huán)水結(jié)垢抗垢實驗臺。因為查、評估,并按2000年的火電裝機容量推算,全國火現(xiàn)實中國煤化工的,為了加快實電企業(yè)鍋爐因灰渣造成的損失為100.8億元/a。如果驗進(jìn)HCNMHG高硬度水模擬循加上電站凝汽器的污垢損失,這一費用將達(dá)150億環(huán)水。平頭口以以又雙設(shè)置來分析它們薔金項目]國家重點基礎(chǔ)研究開發(fā)規(guī)劃(973)項目(200006304)試驗研究工業(yè)水處理2008-07,28(7)各自在結(jié)垢過程中的影響情況,如管壁溫、水溫、水2800硬度等參數(shù)。首先介紹一下實驗段的結(jié)構(gòu)組成。實驗·T=284℃·T=300℃段采用北京中科資源公司的紫銅管,內(nèi)徑為10mm▲T=31.4℃vT=387℃壁厚為3mm。銅管上焊有熱電偶用來監(jiān)測壁溫,再繞上電熱帶為銅管加熱,外面包上硅酸鋁保溫材料200以減少對環(huán)境的散熱,如圖1所示。電熱帶的實際輸出功率大小可以通過調(diào)整變壓器的輸出電壓來改變設(shè)計最高功率是1200W。1400間/h圖3不同壁溫下管內(nèi)壁換熱系數(shù)的變化情況1—熱電偶;2一保溫層;3-加熱帶圖1實驗段結(jié)構(gòu)組成由圖2和圖3可以看出,溫度對結(jié)垢的影響比較大,特別在加熱量較大的情況下顯得更為突出下面簡單介紹一下循環(huán)高硬度水結(jié)垢實驗的基比如對于850W和1200W的實驗,后者的熱阻比本流程。人工配置的高硬度水在水泵推動下經(jīng)過實前者高出324%。也可以看出在低加熱量時甚至出驗段被加熱,水中的鈣鎂離子生成水垢在管壁上沉現(xiàn)了最后600W比800W實驗結(jié)垢較為接近的現(xiàn)積接著循環(huán)水進(jìn)入恒溫冷水槽得到冷卻使得溫度象,這是因為低加熱量管壁溫度和水溫均相差很降下來,于是又流到容器接著循環(huán)加熱結(jié)垢。實驗小。通過上述分析,可以初步得出管壁溫度對結(jié)垢中,通過改變壁溫、水溫、硬度和流速等參數(shù)來研究的影響,即隨著熱流密度的增大,導(dǎo)致管壁溫度的結(jié)垢的規(guī)律。實驗溶液的配制方式為:在100L純凈增大,從而管壁上的結(jié)垢更嚴(yán)重。水中加入物質(zhì)的量比為1:2的氯化鈣和碳酸氫鈉。22硬度對結(jié)垢的影響假設(shè)溶液的硬度為1000mg/L(以碳酸鈣計,下同),在流量為140Lh(流速為0495m/s),加熱功率這樣一次實驗需要加人的氯化鈣、碳酸氫鈉分別為為1200W,起始溶液硬度分別為800、1000mg的110.99、168.02g。條件下進(jìn)行試驗,考察循環(huán)水硬度變化對結(jié)垢的影2實驗結(jié)果分析響。實驗結(jié)果見圖4、圖52.1壁溫對結(jié)垢的影響此組實驗考察管壁溫度對結(jié)垢的影響。在流量為140L/h(流速為0.495ms),溶液總量為100L,起始溶液硬度為1000mgL,加熱功率分別為600、800850、1200W的條件下進(jìn)行試驗,研究了不同壁溫時管壁結(jié)垢情況的差異。對應(yīng)功率越高,管壁自4·硬度800mg/L溫度越高。實驗結(jié)果見圖2、圖3(圖示中的溫度是加藥10h后的壁溫值)。時間h圖4不同硬度下實驗水垢熱阻的變化情況15六吣從圖4、圖5可以看出,硬度對管壁結(jié)垢的影響不是很大,在剛開始時硬度為1000mg/L比800mg/LT=284℃·T=300℃的結(jié)垢更快,在相同的實驗時間下,硬度為1000的水垢熱阻還是大一些。例如,在T=387℃實驗中國煤化工少L的垢層熱阻是CNMH GL的垢層熱阻是時間h圖2不同壁溫下水垢熱阻變化情況1.55×104m2·KW,高出了174%。在實驗進(jìn)行到最18工業(yè)水處理2008-07,28(7)陳小磚,等:高硬度循環(huán)水結(jié)垢機理的實驗研究24003200豪20001800·硬度1000mg/L7=23.8℃·硬度800mgT=275℃叫。。。時間/h時間h圖5不同硬度實驗管內(nèi)壁換熱系數(shù)的變化情況圖7不同水溫管內(nèi)壁換熱系數(shù)的變化情況后時看出兩者的差距在縮小,在實驗進(jìn)行10h后x104m2K/W;12月份實驗的水垢熱阻為146x800mgL的垢層熱阻和1000mg/L的已是相差無幾。10·m2KW。從中還可以看到流體溫度越高溶液這說明了在一定的范圍內(nèi)水的硬度對結(jié)垢的影響不的穩(wěn)定時間越短。是很大。24流速對結(jié)垢的影響2.3流體溫度對結(jié)垢的影響這組實驗是為了考察流速對管壁結(jié)垢的影響。在10月份和12月份安排了兩個實驗以考察流量為140Uh對應(yīng)的流速是0495ms,流量為210流體溫度對碳酸鈣結(jié)垢過程的影響。兩個實驗時間Uh對應(yīng)的流速是0743ms。為了保持管壁溫度的相雖不同,但除了流體溫度,其他實驗條件可認(rèn)為同,筆者根據(jù)流量的不同調(diào)整了加熱量的大小致。流量分別為:10月份實驗流量為205Ih(流速140Lh流量實驗的加熱功率是850W,210Lh流為0.725m/s);12月份實驗流量為210L/h(流速為量實驗的加熱功率為1200W。兩次實驗用水硬度0743m/s)實驗溶液為100L的硬度為1000mg/L均為100mg/L。實驗結(jié)果見圖8、圖9實驗過程中的高硬度溶液,加熱功率均為1200W,由于實驗管壁溫度和流體溫度可近似認(rèn)為相等。分別在兩個不同的月份進(jìn)行,所以在不同環(huán)境溫度的影響下,流體的溫度也有差別。實驗結(jié)果如圖62.5和圖7所示(圖例中水溫值是運行10h后的測定值)。剛剛運行時的流體溫度分別為270、23.2℃,運行10h后兩者分別為275、238℃。≌2.0圖8不同流速水垢的熱阻變化情況T=23.8℃·T=275℃6810122800圖6不同水溫的水垢熱阻變化情況從圖6、圖7可見,流體溫度對結(jié)垢的影響還是比較大的,由于水溫的改變直接影響了水中碳酸氫2000中國煤化工鈣的溶解度,從而導(dǎo)致水溫為275℃時的水垢熱阻較水溫為2381℃時的水垢熱阻大幅度提高。例CNMHG 10 12如,在運行10h后,10月份實驗的水垢熱阻為302圖9不同流速管內(nèi)壁換熱系數(shù)變化情況試驗研究工業(yè)水處理200807,28(7)從實驗結(jié)果來看流量增加結(jié)垢減小。這可解釋特點有關(guān),我們做的是模擬實驗,溶液是人工高硬為,雖然流速增大可以增加污垢沉積率,但與此同度水。流速的影響與流速的大小有關(guān),流速越大,雖時,流速增大流體表面剪切力所引起的剝蝕率的增然增大了離子與管壁碰撞的幾率,促進(jìn)了流體與換大更為顯著,因而造成總的增長率減小。這一結(jié)論與熱面的物質(zhì)交換,但對管壁已經(jīng)沉積垢層的剝蝕率東北電力學(xué)院的楊善讓的觀點完全相同。另外,從也增大,所以總的說來流速的增大結(jié)垢傾向下降。水垢熱阻圖上還可以看出,當(dāng)開始結(jié)垢時,210Lh流量實驗的結(jié)垢速率明顯高于140Lh流量實驗。[參考文獻(xiàn)]3結(jié)論[1] Steinhagen R, Steinhagen H, Maani K Problems and Costs due to實驗研究了不同壁溫、流體溫度、硬度和流量在Heat Exchanger Fouling in New Zealand Industries[J]. Heat Trans-結(jié)垢過程中的影響,分析比較實驗數(shù)據(jù)得到如下結(jié)論:fer Engineering. 1993, 14(1): 19-30.(1)結(jié)垢過程溫度高低影響分析:管壁溫度對[2]徐志明楊善讓,郭淑青,等電站鍋爐污垢費用估算[]中國電機工程學(xué)報,2004,24(2):196-200.結(jié)垢的影響取決于溫度高低,溫度越高,影響的程[3]白忻平,任建新梁成浩,超聲處理在阻垢方面的研究[門]工業(yè)度越大越明顯。流體溫度對結(jié)垢有較明顯的影響水處理,200,20(1):41-43當(dāng)流體從23.8℃增加到27.5℃,熱阻增加1倍,[4]楊善讓徐志明,孫靈芳換熱設(shè)備的污垢與對策[M]北京:科流體溫度直接影響溶液中離子的溶解度,進(jìn)而影學(xué)出版社,199599[5]Thackery P A. The Cost ofHeat Exchanger Plant[J]響離子在管壁表面的結(jié)垢行為。結(jié)垢是溶液中離Effuent and Water Treatment20:112-115.子相互碰撞結(jié)合成顆粒,然后淀析在換熱面上的[作者簡介]陳小磚(1979),2004年畢業(yè)于北京工業(yè)大學(xué),碩士,動態(tài)過程,所以溫度在結(jié)垢過程的影響較大講師。電話:0391-3987545,Eail: chenxiaozhuan@hpu(2)結(jié)垢過程硬度和流速大小影響分析:硬度edu.cnc在變化范圍較小時影響不是很明顯,這與本實驗的[收稿日期]2003-12(修改稿)·會訊2008中國水處理技術(shù)研討會暨第28屆年會征文通知在水資源短缺、水污染日益嚴(yán)重的形勢下,科學(xué)利用水狀和展望。資源,發(fā)展循環(huán)用水系統(tǒng)、污水處理回用系統(tǒng)和發(fā)展“零排要求論文內(nèi)容充實并具有一定的新穎性,以達(dá)到交流效污”技術(shù),開發(fā)綠色水處理藥劑等已成為工業(yè)節(jié)水的核心問果;對專題研充的關(guān)鍵或突破性進(jìn)展應(yīng)有適當(dāng)表述特別是對新題。為此,中國化工學(xué)會工業(yè)水處理專業(yè)委員會將于2008年型藥劑品種應(yīng)闡明化合物或聚合物類型,不可只用代號描述。文10月左右召開“2008中國水處理技術(shù)研討會暨第28屆年章格式,參考文獻(xiàn)標(biāo)注計量單位等參照《工業(yè)水處理》雜志會”。交流與推廣水處理新藥劑新方法、新設(shè)備新工藝。為有意在會刊或會議期間發(fā)布廣告的客戶請與秘書處或了達(dá)到會議效果特征集以下內(nèi)容的論文,歡迎踴躍投稿。本刊廣告部聯(lián)系。國內(nèi)外水處理技術(shù)進(jìn)展、產(chǎn)業(yè)化和市場動態(tài),以及發(fā)展會前將編輯出版論文集,請作者務(wù)必在征文截止日期之趨勢的專論與綜述。前提交電子文檔,發(fā)郵件至kyan@ iwtchina. org。來稿注明聯(lián)2國內(nèi)外涉及水處理范疇的處理方法,各種藥劑、設(shè)備、系地址、電話、傳真和電子信箱。儀器與在線監(jiān)測等方面的研究進(jìn)展和成果的專題報告。征文截止日期:2008年8月31日聯(lián)系人:康艷3水處理科學(xué)管理、合理用水、節(jié)水的實際經(jīng)驗總結(jié)。電話:022-26689332,26689329傳真:022-26512114海水利用、中水回用等新技術(shù)的國內(nèi)外研究與應(yīng)用現(xiàn)(中國化工學(xué)會工業(yè)水處理專業(yè)委員會)·國內(nèi)外水處理技術(shù)信息排水處理用絮凝劑——長谷川和也JP2007167721本發(fā)明提供了對于無機絮凝劑需求量大的難處理性有上的聚合氯化鋁與二甲胺·環(huán)氧氯丙烷縮合物的相容性良機質(zhì)污水的絮凝性優(yōu)良的絮凝劑。絮凝劑含有鹽基度58%以好,長中國煤化工程鹽基度50%以下的上的聚合氯化鋁和二甲胺環(huán)氧氯丙烷編合物。該絮凝劑用聚合CNMHG量添加就可發(fā)揮有于有機質(zhì)污水處理,尤其食品加工廠等產(chǎn)生的含有機質(zhì)、油效的效不Hpⅸm以w量。分多的排水處理是有效的。而且用作絮凝劑的鹽基度58%以張淑云供稿