板式换热器在电厂冷端系统中应用的可行性分析

点击：1935 日期：[ 2014-04-26 22:55:00 ]

板式换热器在电厂冷端系统中应用的可行性分析周耕宇 (华北电力大学能源与动力工程学院,北京102206) 摘要:针对电厂凝汽器真空度普遍偏低的情况,提出了以新型的LT板式换热器取代现在的管壳式凝汽器.在对板式换热器和管壳式换热器的性能进行比较的基础上,以某电厂300MW机组凝汽器为例,对改造方案进行技术经济分析,结果表明方案可行. 关键词:凝汽器;管壳式换热器;板式换热器中图分类号:TK32文献标识码:A0　引言凝汽器是冷端系统的关键换热设备,而真空度是表征凝汽器工作的主要指标,是影响汽轮机经济运行的主要因素之一.真空度降低使汽轮机的有效焓降降低,影响汽轮机的出力和机组设备的安全性.电厂凝汽器一般运行经验表明:凝汽器真空下降1kPa,汽轮机组热耗会增加1.5%~2.5%[1].而且,凝汽器真空下降,会使排汽温度升高,使汽轮机轴承中心偏移,严重时会使机组产生振动,影响汽轮机安全运行.从国内发电厂来看,300MW级机组的凝汽器均采用管壳式换热器且大多存在着真空度偏低的情况.造成凝汽器运行真空达不到设计值的原因有很多,但均与凝汽器壳侧的蒸汽侧流动和换热状况不理想有关,而冷却管束和蒸汽通道的结构和布置方式对此有很大的影响[2].鉴于板式换热器具有紧凑、质量轻、高传热效率等优点,本文提出将板式换热器应用在电厂凝汽器上,以取代现有管壳式凝汽器的新思路.针对某电厂凝汽器真空度达不到设计值的情况提出改进方案,并进行技术经济分析,希望对凝汽器真空度的改善有所帮助.1　管壳式换热器和板式换热器的比较1.1　结构比较管壳式换热器由前水室、管束、筒体和后水室等组成.管束采用可抽式管束,它由前后管板和折流板、拉杆、定距管和换热管组成.拉杆与管板、折流板采用丝扣连接和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.管内走冷却水,管外走蒸汽.LT板式换热器采用分段压制成的无孔矩形的凸凹形板,每段尺寸的凸凹相同,沿纵向和横向将板管的板边焊接在一起,组成板束,然后在上下和左右侧按工作压力要求组装在一起.LT板板式换热器的压力降小,汽轮机排汽自上而下流入板管束, 在板管束内完成排汽的潜热放热.而抽气口又设在板管束的下部,不占用板管束换热面积,所以提高了板管束的有效换热面积.水侧流体自下侧横向进入管束,经第1个流程后再从上侧横向进入上管束的第2个流程,流程形式是“错流”和“逆流”换热, 从而提高了换热效率[3-4].板式换热器板管错流换热见图1.1.2　传热系数比较在管壳式换热器中,一种流体横向掠过管子,通过管壁与管内流动的另一种流体换热,彼此垂直交叉流动,其传热系数一般为1000~3000W/(m2·K). 板式换热器中,冷却水侧与蒸汽侧流动均为湍流,2种流体逆向流动,由于波纹的作用引起湍流从而产生高传热率、高阻力压降、高切应力场,这可抑制污垢在传热面上形成.其传热系数一般为3500~ 5500W/(m2·K),可节省换热器的换热面积[5].1.3　端差比较管壳式换热器传热端差(即冷却水进口温度与被冷却介质出口温度的差)为5℃左右.板式换热器由于其结构特点可以将传热端差降低至1℃左右.1.4　安装检修比较管壳式换热器由管束组成,自身质量体积都较大,在检修抽管时需要留出与管束一样长的距离,占地较多,还需配备必要的起吊检修设施.管壳式换热器的设计寿命一般为30a,大修周期4a.当换热器发生泄漏时(可能是管子与管板间的泄漏或是管子破裂引起的泄漏),可采用堵管等措施在短时间内恢复工作性能,允许有7%的堵管裕量.可以根据需要采用胶球清洗装置对管内进行定期的机械清洗[6-7]. 板式换热器具有体积小、质量轻的特点,检修方便,不需设检修起吊设施,安装占地较少.在冷却水中可加入多种无毒强螯合剂,这些螯合剂可抑制生物的生长也可促使微生物的死亡.而且这些螯合剂相互之间还具有协调作用和增效作用,与Ca2+,Mg2+离子螯合能防垢.还具有强渗透作用和晶格扭曲作用,使水垢晶格扭曲变疏松,在水力冲刷作用下疏松的污垢顺冲洗水冲走.在水力冲刷时只要打开凝汽器两端的铰链活动门,在不停产的条件下,用水枪喷刷即可,缩短了维修时间,提高了经济性[8].2　实例分析某电厂三、四期工程原设计2炉2机,总装机容量2×300MW,自投产以来,汽轮机真空度一直偏低,汽轮机运行比设计值大2.822kPa,特别是夏季没有热用户,机组均以纯凝汽方式运行.汽轮机排汽量比抽汽工况时增大.由于凝汽器原始设计方案按抽汽式机组运行条件设计,显然凝汽器面积偏小,背压值升高,影响发电量.管壳式换热器和板式换热器的比较如表1 所示.2.1　同样热力参数条件下的初投资比较为简化计算进行如下假设:1)凝汽器负荷不变;2)循环水流量不变;3)循环水温度不变.从表1中列出的数据可以看出,如果在冷却水量、冷却水进、出口温度等热力参数相同的条件下, 板式换热器的传热系数远高于管壳式换热器,所以要达到同样的设计压力,板式换热器大约可以减少 1/3的换热面积,根据市场价格,大致可以节约1/5 的初投资.

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