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超临界机组2×1000MW水-水换热器选型点击：2055 日期：[ 2014-04-26 21:39:32 ] |
| 华能海门电厂超超临界机组2×1000MW水-水换热器选型 邓成刚 (广东省电力设计研究院,广州市,510600) [摘要]通过闭式循环冷却水系统中水-水换热器的选型,详细论述了管壳式与板式换热器的结构性能。根据海门电厂的实际厂址条件,从7个方面对上述2种换热器进行了技术经济比较。 [关键词]管式换热器;板式换热器;水-水换热器;选型 中图分类号:TK223.3文献标志码:B文章编号:1000-7229(2008)02-0064-03 0·引言 目前,在电厂应用最广泛的水-水热交换器主要是管式和板式2种形式。管壳换热器在设计中已得到了广泛的应用。板式换热器由于结构紧凑、重量轻、传热效率高,已引起大家广泛关注。结合海门2×1 000 MW机组工程招标情况,对管壳式及板式换热器2种型式进行比较,并提出选型参考意见。 1·结构简介 1.1管式换热器 管壳式换热器一般由前水室、管束、筒体、后水室等组成。管束采用可抽式管束,它由前后管板、折流板、拉杆、定距管、换热管组成。拉杆与管板、折流板采用丝扣连接,换热管与管板采用胀接加密封焊。在壳侧水入口处的管束上设置防冲板,以防止被冷却水直接冲刷换热管。前后水室端盖上设有检查孔或人孔,以便检查清理室中垃圾、泥沙及管子的堵塞等。此外还设有排气和放水接口等。 1.2板式换热器 板式换热器由1组波纹形的平行金属板构成,在板片的4个拐角处都有通道孔,板被夹紧在1个侧面附有连接管的固定板和活动压紧板的框架中,并用夹紧螺栓加以夹紧。这些连接管同板上的通道孔对中,并与热交换的2种液体的外部管路相连,传热板和活动压紧板悬挂在顶部承载梁的下面,并由底部横梁使其对准定位。传热板被固紧的垫片密封,以防止外部泄漏。流体的流量、物理性质,压降和温度差决定了板片的数目和尺寸。 2·容量的选择 根据《火力发电厂设计技术规程》(DL5000—2000),闭式循环冷却水系统宜设置2台65%换热面积的水-水热交换器。考虑到海门电厂靠近海边,参考汕头电厂2001~2005年统计水温,水温长达半年较高、温差不大,且电厂附近海域海生物、垃圾多,容易堵管,选用2×100%容量的水-水交换器,具备“一运一备”的检修、清冼条件,故本工程每台换热器按100%运行水量考虑。 3·水-水换热器设计技术参数 按海门电厂厂址条件,根据厂家投标情况,管式换热器及板式换热器的参数分别见表1。 4·管式及板式换热器的比较 4.1海水侧系统配备选择 根据水-水换热器布置位置、海水侧阻力要求及广东院设计经验,管式换热器及板式换热器海水侧系统配套设备如表2。 4.2传热设计的比较 管式换热器的管子是换热器的主要构件,流体分别在管内及管外流动,从而在管子内、外壁形成换热器传热表面。管子根据流体的性质决定其材料,一般将具有腐蚀性、水质差的海水放在管内流动,水质较好的除盐水放在管子外侧。这样,只需管子采用耐海水腐蚀的钛管,同时有利于清冼污垢。理论上,在给定壳体内使用小直径的管子可以得到更大的表面面积,但由于大多流体会在管子表面沉积污垢,尤其管内为海水,会有泥沙、污物及海生物的存在,使传热表面恶化,从而使清冼工作成为必要。管子清冼限制其管径最小约为20 mm,本工程选用的钛管采用φ25 mm。对给定的流体,污垢形成主要受管壁温度和流速的影响,设计规范中其范围为0.5~2.5 m/s,为得到合理的维修周期及防止振动,管内侧水的流速一般控制在2 m/s左右。 板式换热器的冷却水和被冷却水在波纹板的两侧对流,波纹采用人字形波纹,这些传热板的波纹斜交,即在相邻的传热板上具有倾斜角相同而方向不同的波纹。沿流动方向横截面积是恒定的,但是由于流动方向不断变化致使流道形状改变,而引起湍流。一般传热板的波纹深度为3～5 mm,湍流区流速约为0.1～1.0 m/s,根据水质要求选择合适的流速,按照海门电厂工程,为达到合适的效果,流速要求较高,阻力大,必须配备升压泵,否则容易积泥沙。板式换热器的波纹板很薄,厚度为0.5～1 mm,相邻板间要有许多接触点,以承受正常的运行压力,相邻的板有相反方向的人字形沟槽,两种沟槽的交叉点就形成接触点,这样还可消除振动,并且在促进湍流和热交换的同时,消除了由于疲劳裂缝引起的内部泄漏。人字形波纹板湍流度较高,高湍流还能充分发挥清洗作用,可以特别有效地将沉积污垢减至最小。但是波纹板的接触点较多,当液体水质差,含有悬浮的固体颗粒、杂物和水草等时,由于板间隙很窄,所以要尽可能地保证将所有2 mm以上颗粒在进入换热器以前都要过滤掉,假如滤网不能有效地发挥作用,就容易发生堵塞。 4.3传热系数的比较 由表1可以看出,板式比管式换热器系数低很多,节省了换热器的换热面积。 4.4端差 由表1可看出,管式为4℃,板式可以做到1℃。 4.5冷却水量比较 由表1可以看出,管式比板式所要求的水量小很多,一般管式其冷却水量与被冷却水量之比为(1.2~2.5)∶1,板式为(0.8~1.1)∶1。 4.6安装检修比较 管壳式热交换器是由管束等组成,自身重量体积都较大,在检修抽管时需留出管束一样长的距离,设备本身占地较多。管壳式热交换器的设计寿命一般为30年,大修周期5年,当热交换器发生泄漏时,可以采用堵管的方法在短时间内恢复工作性能。管壳式热交换器允许有5%的堵管裕量,对于管内的清洗可以根据需要采用胶球清洗装置进行定期的机械清洗。如不采用胶球清洗装置,可在大修期中从人孔进入水室用高压水枪进行冲洗。 板式热交换器体积小、重量轻,检修不需设检修起吊设施,板式热交换器的人工维护包括将整机拆开,用喷水枪和刷子清洗板片和垫片,检查板片和垫片,如有必要,更换板片和垫片。据了解,板式热交换器一般每年要清洗2次;在国外,应用河水时,清洗频率平均每年3.3次。另外,板式热交换器采用波纹板作传热表面,板很薄,相邻板间要有许多接触点,以承受正常的运行压力,相邻的板有相反方向的人字沟槽,2种沟槽的交叉点就形成接触点,这样还可消除振动。但是波纹板的接触点较多,当水质差,含有悬浮的固体颗粒、泥沙、杂草和水草等时,由于板的间隙很窄,所以要尽可能地保证将所有4.5 mm以上颗粒在进入热交换器以前过滤掉,假如滤网不能有效地发挥作用,就容易发生堵塞,另外在海水中运行,由于海水中的贝类动物对板式热交换器的危害更大,极易导致堵塞,引起换热系统安全隐患。另外,板式换热器由于上述检修特点,适于室内布置。 4.7换热器在国内电厂运行情况 广东省沿海电厂,例如,沙角C、珠海、妈湾(1~4号机组)、台山1~5号机、汕尾、靖海、大唐潮州、汕头一期、汕头二期以及福建漳州后石、可门等电厂,均采用管壳式闭冷器,即使在闭冷器前不加装升压泵与过滤器,也都运行良好,不结垢,不沉积,不堵塞。 板式换热器使用情况如下: (1)汕头一期1号机组曾采用3台50%的板式闭冷器,在闭冷器前没有加装升压泵及过滤器,运行中经常发生闭冷器内部严重堵塞,严重时引起闭冷水温度过高,进而引起发电机氢冷器冷却效果不好,发生发电机被迫降负荷等故障,影响机组的稳定可靠运行。后改为管式换热器后,运行良好,现还未发生海生物滋长及管子堵塞情况。 (2)妈湾电厂5、6号机组的闭冷器,采用配套有升压泵及自动清洗过滤器系统的板式闭冷器,在运行一段时间后,仍然发生堵塞现象,每年必须要对板式换热器进行解体清洗,否则无法维持运行。由此增加了大量的检修维护工作量。 (3)大亚湾核电站的闭冷器,采用板式闭冷器,经常发生堵塞。后来在板式闭冷器前加装了升压泵及自动清洗过滤器后,堵塞情况才减轻。但增加了设备,系统复杂,投资增加,运行的厂用电增加。仍需定期清洗。检修维护费用增加。为了抑止海生物生长,还在海水中增加了氯的含量,生产成本相应增加。另外,据了解,重庆珞璜电厂、江西九江电厂、华能岳阳电厂、上海吴泾电厂六期都有类似问题,重庆珞璜电厂已改造为管式换热器。 5·经济技术比较 按表1设计条件及表2系统要求,按华能海门电厂投标商的报价,对辅助设备估价后,其比较如表3。 板式换热器采用进口设备,表3中的报价为国内到岸价。由于设备检修很难估计,故表3中未含维护及检修费用,只能定性分析,对于管式换热器,包括堵塞时清理污垢物及泄漏时堵管的费用。对于板式,主要包括板片扩垫片更换,因为清冼次数较多及垫片需2~3年更换,因此板式换热式相对要高。从表3可看出,采用板式换热器,投资及运行费用较高。 6·结论 通过对管式与板式换热器比较可看出,板式换热器传热效率高、体积小、重量轻及便于拆装,当水质较好时,且在无需安装升压泵、滤网等配套设备时是一种较好的换热器设备。但对于冷却水水质不好,其内含有污物、水草、海生物等,滤网不能有效发挥作用,极易引起堵塞,影响机组安全运行。本工程根据条件,对管式换热器与板式换热器进行了合理的系统配置,研究结果表明:管式换热器比板式换热器具体系统简单、投资节省、运行费用低、维护检修方便等优点,本工程最终采用2×100%管式换热器。 7·参考文献 [1]江哲生,董卫国,毛国光.国产1 000 MW超超临界机组技术综述[J].电力建设,2007,28(8):6-9.(责任编辑:马明) |
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