火电厂开式循环冷却水高频电磁阻垢研究

论文摘要

火电厂开式循环冷却水系统用水量占整个厂用水量的90%以上。为减少厂用水量,普遍采用的方法是提高循环水的浓缩倍率,但这会使水质变差,引起管道或器壁的结垢和腐蚀,进而影响电力的安全生产。传统的阻垢防腐方法主要是通过对循环水进行酸化和加阻垢剂等化学处理,这些方法虽然效果显著,但存在污染环境、使用复杂、成本高等缺点。随着国家对环保要求的标准越来越严格,无污染的物理阻垢方法受到了普遍关注。目前主要的物理法有:磁场、静电、超声和高频电磁处理法等,其中高频电磁处理法的阻垢效果较好,得到了较快的发展和应用。本文根据火电厂开式循环冷却水系统的特点,通过电磁场仿真、高频发生器与参数检测系统的研制以及阻垢实验,对高频电磁场阻垢技术的机理进行研究和分析。主要研究工作如下:①结合水垢的形成过程和水处理相关理化参数,从水分子结构变化和碳酸钙晶体的生成两方面,对高频电磁场的阻垢机理进行分析。通过Maxwell软件对同轴和螺线管两种结构的处理腔进行电磁场仿真,为比较两种处理腔的阻垢效果提供理论基础。②研制高频发生器和参数检测系统硬件电路。高频发生器可输出峰-峰值为400V、频率范围为10kHz1MHz的交流方波信号,经搭配不同的负载匹配电路后可输出至同轴和螺线管两种处理腔。参数检测电路实现对电导率、pH值、温度和流速的在线检测。③开发高频发生控制程序、参数检测程序和上位机程序,实现高频发生器的单频、扫频模式输出,参数检测系统的各参数数据处理,以及上位机软件平台各参数的显示、存储、数据表导出等功能。④研制一套微型循环水系统装置,以碳酸钙垢为研究对象,在一定浓度、温度和流速条件下进行阻垢实验,记录实验过程中溶液的电导率、pH值、表面张力和粘度,并通过扫描电镜对碳酸钙晶体形貌进行观察,以研究高频方波信号的频率和处理腔结构对阻垢效果的影响。实验研究表明:高频电磁场能增大水的活性,改变析出碳酸钙晶体的结构和大小。高频电磁场阻垢的最佳频率不是越高越好,而是存在多个最佳频率,且最佳频率呈多极值分布。在相同的循环水和高频发生器输出条件下,同轴式处理腔的阻垢效果优于螺线管式处理腔。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景和研究意义
• 1.2 国内外最新研究现状
• 1.2.1 化学处理法
• 1.2.2 物理处理法
• 1.2.3 高频发生器
• 1.3 本文的主要工作和技术难点
• 1.3.1 主要工作
• 1.3.2 技术难点
• 1.4 本论文的内容和结构
• 2 高频电磁场阻垢的机理分析
• 2.1 水处理相关的理化参数
• 2.1.1 电导率
• 2.1.2 pH 值
• 2.1.3 温度
• 2.1.4 流速
• 2.1.5 表面张力和粘度
• 2.2 水垢形成过程
• 2.3 高频电磁场阻垢原理
• 2.3.1 对水分子结构的影响
• 2.3.2 对碳酸钙晶体生成的影响
• 2.4 处理腔体设计
• 2.4.1 螺线管式处理腔
• 2.4.2 同轴式处理腔
• 2.5 小结
• 3 高频发生器硬件设计
• 3.1 系统总体方案设计
• 3.2 控制信号发生电路
• 3.3 功率放大电路
• 3.3.1 全桥逆变电路
• 3.3.2 MOSFET 驱动电路
• 3.4 可调直流电源
• 3.5 调试结果
• 3.6 本章小结
• 4 参数检测系统设计
• 4.1 系统结构
• 4.1.1 单片机最小系统
• 4.1.2 电导率测量设计
• 4.1.3 pH 值测量设计
• 4.1.4 温度测量设计
• 4.1.5 流速测量设计
• 4.2 通信规约
• 4.3 本章小结
• 5 软件系统设计
• 5.1 下位机软件设计
• 5.1.1 MPLAB IDE 简介
• 5.1.2 高频发生程序设计
• 5.1.3 参数检测程序设计
• 5.2 上位机软件设计
• 5.2.1 LabVIEW 简介
• 5.2.2 数据处理软件
• 5.3 小结
• 6 高频阻垢实验及数据分析
• 6.1 实验装置和仪器
• 6.1.1 实验装置
• 6.1.2 实验仪器
• 6.2 频率对阻垢效果的影响
• 6.2.1 实验方法
• 6.2.2 实验结果分析
• 6.3 处理腔结构对阻垢效果的影响
• 6.3.1 实验方法
• 6.3.2 实验结果分析
• 6.4 小结
• 7 总结与展望
• 7.1 研究总结
• 7.2 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读学位期间发表的论文目录