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板翅式换热器在燃气轮机进气冷却系统中的应用

点击:810 日期:[ 2014-04-26 22:06:33 ]
                 板翅式换热器在燃气轮机进气冷却系统中的应用                    贺云根  胡亚才  李立军  廖武辉 姜周曙 (1.浙江大学机械与能源工程学院,浙江杭州310027;2.杭州天元电力科技有限公司。浙江杭州3100243.杭州电子科技大学,浙江杭州310018)     摘要:将板翅式换热器应用于吸收式燃气轮机进气冷却系统中,降低燃气轮机压缩机进口温度,提高燃气轮机高温条件下的出力,在国内尚无先例。针对板翅式换热器,简要介绍了结构、布置形式和性能。通过实测的运行数据,对板翅式换热器和管式换热器的性能进行了对比。结果表明:板翅式换热器在传热系数、体积、进气阻力等方面,性能优于管式换热器,是一种值得发展的换热设备。最后提出了该板翅式换热器在实际应用中存在的一些问题及对应的处理方法。     关键词:板翅式换热器;管式换热器;空气冷却器     0 引 言     板翅式换热器是一种传热效率高、结构紧凑、轻巧而牢固、适应性强、经济性好的换热设备 ,与传统的管壳式换热器相比,具有两个显著的特点,重量轻,体积小。现已广泛应用于石油化工、航空航天、电子、原子能和机械等领域 。将板翅式换热器应用于燃气轮机进气冷却系统中,作为空气冷却器,在国内尚属首例。本文针对某燃气轮机电厂的燃气轮机进气冷却系统,分析板翅式换热器的性能。该电厂的燃气轮机进气冷却系统见图1。     板翅式换热器布置于原燃气轮机进口滤网之前。设计时,将板翅式换热器空气侧的阻力设计成较小,以减少阻力对燃气轮机出力的影响。经计算得到板翅式换热器体积为7.02 m 。由于换热器的尺寸大于燃气轮机进风口尺寸,为将板翅 式换热器与原燃机进风口较好的结合,在换热器和进风口之间加装一扩口,见图2。     1 板翅式换热器结构与性能     板翅式换热器结构的基本单元由翅片、隔板、封条3部分组成(见图3)。许多基本单元体组成板翅式换热器的芯体。波形翅片置于两块平隔板之间,并由侧封条封固,许多单元体进行不同组叠并进行钎焊焊牢,就得到了错流布置的芯体 。冷热流体在相邻的基本单元体的流道中流动,通过翅片及与翅片连成一体的隔板进行热交换。                       图3板壳式换热器示意      该燃气轮机电厂的进气冷却系统应用板翅式换热器来降低燃气轮机进口空气温度,换热器基本单元结构为锯齿多孔型。空气从左向右流动,其质量流量为414 t/h;水从前向后流动,质量流量600 t/h。板翅式换热器空气侧压力为大气压,冷冻水进、出口压力分别为6bar、2bar;空气、水侧阻力分别为271 Pa、4×10 Pa;空气、水侧传热面积分别为2 323.4 m 、622.4 m 。     2 板翅式换热器与管式换热器的性能对比     目前,国内燃气轮机进气冷却系统中的空冷器中换热器形式有两种,分别为板翅式和管式。现将该燃气轮机电厂与深圳某电厂的吸收式燃气轮机进气冷却系统中的板翅式换热器性能进行对比 。表1为两家电厂换热器基本参数,表2、3为性能参数对比。          为了进行合理的对比,引入三个评价指标.s、V、F。其中:S=换热面积/制冷量;V=体积/制冷量;F=阻力/制冷量。           由表2、3可知:(1)板翅式换热器传热系数较高,为管式换热器的1.83倍;(2)板翅式换热器换热面积较小,为管式的77.80% ;(3)板翅式换热器体积较小,仅为管式的57.30% ;(4)板翅式换热器空气侧阻力较小,为管式的40.70% 。除此之外,翅式换热器还有以下特点:(1)迎风面风速大于管式换热器,可以减少表面积灰的可能性;(2)通过计算,得到板翅式换热器的热效率比管式高;(3)板翅式换热器设备价格68万元/台,低于管式换热器。     3 板翅式换热器应用中存在的问题及解决的办法     尽管板翅式换热器在传热系数等方面具有很多优点,但由于制造材料使用铝合金,因此存在耐腐蚀性差、承压低等缺点。     3.1 水侧堵塞     因板翅式换热器肋片高都为厘米级,水侧极易堵塞,导致压降加大、工作能力下降。由于不能拆卸,清洗和检修很困难,故需保证换热器内部水质。建议使用除盐水或者生活用水,并且在冷冻水进入换热器之前加装高效过滤器。     3.2 腐 蚀     由于换热器采用薄板铝材制造,一旦腐蚀造成内漏很难检修。在燃气轮机进气冷却系统中,换热器的热侧是大气,水侧是除盐水,腐蚀性较弱。换热器后安装的汽水分离器及其他设备,可以将漏水对燃气轮机压缩机叶片造成的影响降低 至最小。同时,通过监测冷冻水的流量变化,可以发现有无泄漏。     3.3 冲 击     板翅式换热器水侧的流量快、压力大,极易造成冲击,产生漏点。为此采取了两种措施:(1)严格控制板翅式换热器冷水进口压力,一般压力不超过0.6 MPa;(2)在板翅式进出口使用导流片和封条,减缓水对肋片的冲击。     3.4 空气侧结垢     长期运行会导致风侧积垢,影响换热器效率。因此在板翅式换热器之后安装一冲灰器,在换热器运行效率下降时,定期清洗。     4 结 论     (1)板翅式换热器传热系数较高、体积小、阻力小、重量较轻、价格便宜;     (2)换热器漏水对燃气轮机压缩机叶片的影响几乎可以忽略,系统运行可靠安全;     (3)为避免水侧的腐蚀、结垢、堵塞,对水质的要求较高;     (4)为减少水侧冲击,需控制冷冻水进口压力。对易造成冲击部位,采取一定的加固措施或者进行导流。     总的说来,板翅式换热器优点突出,发展很快。目前,随着性能的不断改进,应用范围也变得越来越广泛。本文通过分析实际应用当中换热器的性能,发现板翅式换热器适用于吸收式燃气轮机进气冷却系统,其性能优于管式换热器,是一种值得应用的换热设备。     参考文献:     [1] 张小松,李舒红.板翅式换热器用于空调系统排风能量回收的研究[J].通风除尘,1998(3):4—7.     [2] 凌祥,周帼彦.板翅式换热器新技术及应用[J].石油化工设备,2002,31(2):1—4.     [3] 朱聘冠.换热器原理及计算[M].北京:清华大学出版社,1987:204—207.     [4] 何语平,祝耀坤.采用进气冷却技术提高燃气轮机的出力和热效率[J].浙江电力,2004(3):25—29.     [5] 邓世敏,郜时旺.联合循环机组热力性能试验研究[J].热力发电,1999,28(3):25—29.     [6] 孔水源,孔祥伟.燃气轮机进气制冷技术[J].燃气轮机技术,1999,12(3):33—36. 
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