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折流杆换热器在火力发电厂回热系统中的应用点击：2053 日期：[ 2014-04-26 22:55:11 ] |
| 赖学江1,黄素逸2,叶加贵3,李 权3(1:湛江海洋大学,广东湛江 524005;2.华中科技大学,湖北武汉 430074;3.茂名茂港电力设备厂,广东茂名 525000) 折流杆换热器是一种新型高效的传热设备,具有抗振性能强、流动阻力小、不易结垢、传热性能好及表面温度均匀等优点。它不同于常用的垂直弓形板换热器,其换热管子由折流杆组成的折流圈组支承,在上下左右4个方位将管子固定,壳程流体为轴向流动,消除了流体反复横向流过管束时产生的诱导振动;壳程流动阻力小,流速增加,紊流程度增大,从而强化了传热。第1台折流杆换热器自1970年由美国菲利普石油公司首创至今,已在工业设备中广泛应用。本文分析总结了折流杆换热器在火力发电厂回热系统换热器改造中的2个应用实例,其经验可供参考、借鉴。1低压加热器改造 韶关发电厂8号汽轮机的4号低压加热器,原设计为垂直弓形板换热器,加热器的设计参数(由改造前工况及生产能力确定)见表1。由于流体横向冲刷管束产生低频振动及蒸汽的作用,引起Ｕ形管弯头及换热管与管板连接破裂。1998年,茂港电力设备厂对4号低压加热器实施改造。改造方案是用折流杆换热器代替垂直弓形板换热器,不改变原换热器的壳体,只更换换热器管芯,仍为垂直安装。壳程流体采用上进下出方式,附属设备及管接口均不变。换热管由原来的ｄ19ｍｍ×1ｍｍ黄铜管更换成ｄ19ｍｍ×2ｍｍ锅炉用无缝钢管。改造技术协议要求,机组带满负荷时,凝结水温升不低于21℃,改造后的加热器性能试验数据与计算结果见表2。 改造后的换热器满负荷时,凝结水温升不低于21℃,抗腐蚀性、抗冲击性、抗振性显著增强;铜管换钢管,壳体不更换,换热面积没有增加,换热量和温升等满足协议要求;改造成本低,投资回收时间较短。运行至今,没有出现爆管现象,机组运行的安全性有所提高。2闭式冷却器改造 华能汕头发电厂2号机闭式冷却器(闭冷器)是俄罗斯产品,单台机组配置2台100%容量的铜管3块折流板式换热器。按制造厂家设计要求,正常运行时,一台闭冷器工作,另一台闭冷器备用,但电厂实际运行时,因为换热器已出现多处管子断裂,换热面积严重减少,要求2台闭冷器均投入运行。为解决闭冷器换热管断裂问题,华能汕头发电厂采用茂港电力设备厂折流杆技术对闭冷器系统进行了改造。协议要求改造后闭冷水出口温度小于35℃,闭冷器出口端差小于2.5℃。闭冷器结构参数见表3,改造后全年运行数据摘录见表4。 从表4看出,改造后1台闭冷器的换热性能达到改造协议要求,即1台换热器代替了改造前2台折流板式换热器(部分管堵)。由于改造后流过管侧、壳侧的流体压力损失低于改造前,所以在原系统管路及泵送系统不变的情况下,闭冷水及循环水的流量都增大,有利于热传递。同时,钛管替换铜管,耐腐蚀,管壁两侧不易结垢,热阻小,有利于热传递。本换热器折流杆间距小,用折流杆支承管子,增加了管子的支承点和牢固性。同时,壳程进、出口处设置导流筒,流体环绕筒体圆周方向进入冷却器管束时流速很低,避免了流体高速喷射直接冲击管子的情况,从而使管子不发生诱导振动。改造后的闭冷器自2001年12月30日投运至今,经过不间断的运行跟踪检验,运行效果良好,电厂设备的安全运行水平得到了提高。本改造的初投资较大,但改造后循环水泵的耗电量减少了40%,解决了管子断裂问题,机组安全运行,运行费用大幅度降低,缩短了改造投资的回收年限。3折流杆换热器强化传热特点 实际运行表明,折流杆换热器性能优于弓形板和折流板式的换热器,传热机理分析表明,折流杆换热器具有以下特点: (1)折流杆换热器的壳侧膜传热系数大于改造前换热器的壳侧膜传热系数。以韶关电厂加热器改造为例,改造后的换热器的换热面积略为减少,且钢管的导热系数(49.8Ｗ/ｍ•Ｋ)比铜管(109Ｗ/ｍ•Ｋ)小,改造后的换热管壁厚大于改造前换热管。改造前、后换热管的导热热阻分别为5.85×10-8Ｋ/Ｗ和2.721×10-7Ｋ/Ｗ。改造后管子导热热阻增大导致的传热效果降低,必然由壳侧膜传热系数增加来弥补。改造前、后加热器壳体、换热面积、管子根数、工作状态基本不变,可以认为改造前后换热器的传热系数相等。 (2)折流杆换热器的总有效冷却面积大于垂直弓形折流板换热器的总有效冷却面积。垂直弓形折流板换热器的折流板把壳程分为几段,蒸汽在各段之间流动很不顺畅,每一段都存在“有效传热区”和“死区”[2],“死区”会导致不凝性气体大量积聚,从而使热传递量下降[3]。而折流杆换热器几乎没有“死区”,换热效果好。由于换热器的垂直安装形式,换热器上段的热传递率大于下段的热传递率。为了提高换热效果,换热器下段的折流杆的间距可以缩短些。 (3)折流杆换热器的壳程压力降小于垂直弓形折流板换热器的壳程压力降。改造后的壳程压力降为0.06ＭＰａ,壳程压力降减少有利于蒸汽流速的提高,而蒸汽流速对凝结换热过程影响很大,当蒸汽和液膜同方向流动时,由于蒸汽凝结时转换为液相而产生的动量转换和由于蒸汽分子的粘性摩擦作用,会引起凝结液膜的减薄。蒸汽流速愈高,液膜厚度愈薄,而且使液膜中出现局部紊流流动,有利于增强凝结换热系数。简而言之,提高壳侧膜传热系数、增大换热器的有效冷却面积、减少蒸汽通道的“死区”、减少蒸汽中的不凝性气体并防止其大量积聚、提高蒸汽的流速等改造措施,都将有利于凝结换热。4 结 论 折流杆换热器应用于闭冷器及低压加热器的改造,体现出传热效果好、抗震性强等优点。折流杆换热器的折流圈、折流杆、折流圈距、折流圈组合的调整容易,可根据不同工况,调整折流杆换热器的内部结构,以期达到较好的改造效果。 |
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