淺談直接空冷凝器管排數(shù)的選擇.doc

淺談直接空冷凝器管排數(shù)的選擇韓振國 許亦武（滿洲里深能源達(dá)賚湖熱電有限公司）【摘 要】 介紹了空冷凝汽器冷卻元件的歷史發(fā)展過程，通過對(duì)空冷裝置中三排管、雙排管、單排管冷卻效果的比較，提出了直接空冷凝汽器冷卻元件管排數(shù)的合理選擇方案，最后得出直接空冷凝器選用單排管可提高直接空冷機(jī)組的防凍能力和的經(jīng)濟(jì)性的結(jié)論。【關(guān)鍵詞】 直接空冷凝汽器 三排管 兩排管 單排管0 引言直接空冷技術(shù)又稱空氣冷卻系統(tǒng)，即用空氣直接冷卻汽輪機(jī)的排汽，空氣與排汽之間進(jìn)行表面式熱交換。所需冷卻空氣通常由機(jī)械通風(fēng)方式供應(yīng)。直接空冷的凝汽設(shè)備稱為空冷凝汽器。它是由表面鍍鋅外套矩形鋼翅片橢圓形鋼管束或由大直徑扁管釬焊蛇行翅片的管束組成，這些管束亦稱散熱器。目前，在西北地區(qū)，這種空冷方式還很少采用。1 冷卻元件的發(fā)展過程冷卻元件的發(fā)展也經(jīng)過逐漸完善的過程，在這個(gè)過程中圓管圓翅片作為電站空冷發(fā)展的起始階段而得到應(yīng)用，發(fā)展過程主要經(jīng)歷三個(gè)階段即：圓管圓翅片四排管；矩形翅片橢圓管兩排管；大直徑扁鋼釬焊蛇行翅片單排管。發(fā)展的三個(gè)過程如圖1 圖12 對(duì)于翅片管的基本要求翅片管是空冷器的核心和關(guān)鍵元件，它的性能直接影響空冷器的性能和應(yīng)用。對(duì)于翅片管的基本要求有如下幾點(diǎn)：良好的傳熱性能。良好的耐熱性能。良好的耐熱沖擊力。良好的耐大氣腐蝕能力。較低的制造費(fèi)用。易于取得的金屬材料。足夠的管內(nèi)耐壓力，較低的管內(nèi)壓降。良好的抗械振動(dòng)能力。較小的空氣阻力。易于清理塵垢。便于檢漏、消漏。3.幾種翅片管的比較3.1三排管（包括四排管、多排管）在三排管空冷管束中，各排管的放熱量是不一樣的。迎風(fēng)面第三排接觸的是第二排上出口的熱風(fēng)，第二排接觸的是第一排出口的熱風(fēng)。如圖2所示。 圖2三排管中存在壓差對(duì)于蒸汽和空氣，第一排溫差較大，當(dāng)然熱交換量增加，隨之而來凝縮的蒸汽量也增多。凝縮量最多的第一排管內(nèi)的壓力損耗最大。由于各排的壓力損耗不同，所以蒸汽出口壓力是第一排第二排第三排。三排管中聚集不凝氣體 由于三排管中存在壓差，第二排、第三排的出口蒸汽流入第一排的出口側(cè)（逆流）。也就是說第一排從管的兩側(cè)流入蒸汽。因蒸汽中含有微量的惰性氣體（空氣），該氣體積蓄在第一排的斜線部分，因此，該區(qū)域不僅不能進(jìn)行熱交換，冬季還有可能因?yàn)閮鼋Y(jié)而造成損傷。3.2兩排管兩排管在國內(nèi)外寒冷地區(qū)雖有多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，但也存在熱負(fù)荷分配不均和管中存在不凝氣體及凝結(jié)水結(jié)冰的危險(xiǎn)。兩排管熱負(fù)荷不均兩排管由于迎風(fēng)面第一排管的翅化比小于第二排的翅化比，在全風(fēng)速時(shí)，雖然第一排進(jìn)入的是冷空氣，但也能做到兩排管熱量的平均分配，使進(jìn)入兩排管的蒸汽流量基本相當(dāng)。從而避免因熱負(fù)荷分配不均而造成的管內(nèi)凝結(jié)水的冰凍。當(dāng)風(fēng)速降低時(shí)，兩排管出現(xiàn)熱負(fù)荷分配不均的現(xiàn)象，如圖3所示.圖3圖3按照空冷凝汽器設(shè)計(jì)的一般規(guī)則，當(dāng)環(huán)境溫度高于設(shè)計(jì)氣溫時(shí)，風(fēng)機(jī)要全速運(yùn)行。當(dāng)環(huán)境溫度低于設(shè)計(jì)氣溫時(shí)，部分風(fēng)機(jī)要減速運(yùn)行。滿洲里2200MW直接空冷機(jī)組設(shè)計(jì)氣溫T a=12，按典型年氣象資料全年氣溫Ta12，為87606218=2542h，占典型年29%。即在滿洲里若采用雙排管或多排管約71%的工況下是熱負(fù)荷分配不均勻。兩排管中聚集不凝氣體在嚴(yán)寒冬季，迎風(fēng)面第一排管具有最低的空氣溫度，能凝結(jié)大部分蒸汽，因此在管子出口具有較大的壓力降，如圖4中線段AB。第二排接受的是經(jīng)過第一排管的具有較高的空氣溫度，凝結(jié)較少部分蒸汽，因此具有較少的壓力降，線段AC，由于兩排管具有共同的后管箱，而C點(diǎn)的壓力高于B點(diǎn)的壓力，導(dǎo)致第二排管出口的蒸汽經(jīng)后管箱進(jìn)入第一排，達(dá)到平衡直至壓力曲線D點(diǎn)。此時(shí)在第一排的“EH”段產(chǎn)生死區(qū)。不凝氣體發(fā)生聚集和擴(kuò)大，直至管長(zhǎng)“GH”。其間不凝氣體由“H”點(diǎn)排出。 圖4兩排管中不凝氣體危害在嚴(yán)寒地區(qū)，不凝氣體聚集區(qū)（死區(qū)）結(jié)冰問題對(duì)多排管仍然是個(gè)威脅，且管排數(shù)越多，威脅越大。不凝氣體附著于管內(nèi)表面，會(huì)使傳熱效果降低。在某些特殊條件下會(huì)產(chǎn)生不凝結(jié)氣體聚集區(qū)，當(dāng)其中第一排所凝結(jié)的蒸汽比另一排多時(shí)會(huì)發(fā)生回流現(xiàn)象，這種現(xiàn)象會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)不好的結(jié)果：管中凝結(jié)水易于結(jié)冰，增加了管子凍裂的危險(xiǎn)性;降低了熱性能。3.4單排管單排管采用大截面扁平狀基管釬焊蛇形鋁翅片或熱浸鋅鋼翅片。單排管是適應(yīng)電站空冷凝汽器的防凍要求提出的。單排管同多排（含兩排）管的比較單排管采用扁鋼為基管，具有較大的縱寬比，有利于汽液的分離和防凍，有利于提高蒸汽的入口速度。單排管的管內(nèi)截面面積比兩排管大33%，管內(nèi)蒸汽壓降減少，管內(nèi)不凝氣體能及時(shí)抽出，防凍性能好。在同樣的迎風(fēng)面尺寸下，兩排管束的外表面積比單排管大13%，在同樣的傳熱面積下，兩排管束占地面積比單排管占地面積小。單排管適用機(jī)械通風(fēng)和自然通風(fēng)，有利于降低蒸汽、空氣側(cè)阻力；有利于降低噪音和風(fēng)機(jī)電耗。單排管相對(duì)多排管空氣流道內(nèi)污物不易沉積，便于清洗、便于查漏、消漏、維護(hù)，有利于提高換熱效率等。單排管較多排（包括兩排）管運(yùn)行背壓低、經(jīng)濟(jì)性好。單排管與多排（包括兩排）管的空冷凝汽器在不同的環(huán)境溫度下，汽輪機(jī)排汽機(jī)背壓特性曲線見圖5圖5多排管空冷凝汽器整個(gè)排汽背壓曲線為碗型至0時(shí)最低。由此推算單排管比多排管的排汽背壓全年可降低3kpa以上，可提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。按哈爾濱汽輪機(jī)廠提供的滿洲里深能源達(dá)賚湖2200MW空冷機(jī)組VWO工況和最大滿發(fā)工況（具有相同進(jìn)汽量，而不同背壓）比較。全年影響背壓3Kpa以上，按全年3Kpa計(jì)算，全年8760小時(shí)按年利用小時(shí)數(shù)6000小時(shí)，使用壽命按30年計(jì)，電價(jià)按0.247元/kw.h,則30年多收益：W=907.6636000300.247=121063690.8元/臺(tái)機(jī)組。兩臺(tái)機(jī)組的收益為：121063690.82=242127381.6元此收益不考慮由于采用單排管過冷減小對(duì)提高機(jī)組熱效率和風(fēng)機(jī)節(jié)電的影響。7.結(jié)束語綜上所述，從冷卻元件的冷卻效果和空冷凝器汽的安全性、防凍性及汽輪機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、便于維護(hù)等長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，直接空冷機(jī)組選用單排管是比較合理的選擇。參考文獻(xiàn)1 馬義偉 國外空冷電站設(shè)計(jì)與建造2馬義偉 美國HODSON STAC FLO型空冷凝汽器3馬義偉 翅片管與翅片管束4張桂芝 空冷式凝汽器5王佩章 600MW火電機(jī)組直接空冷技術(shù)的開發(fā)研究6 Hamonlumm.Belgiun 新開