探析電廠熱網(wǎng)加熱器的優(yōu)化設計

1、    探析電廠熱網(wǎng)加熱器的優(yōu)化設計    孫明洋 王玉麗 孫敬軒摘 要：熱網(wǎng)加熱器是用來加熱送往熱網(wǎng)的采暖水，加熱蒸汽來自壓力較高的汽輪機抽汽或從鍋爐引來的新汽經(jīng)減溫減壓后做為熱源，將熱網(wǎng)水加熱到所需的送水溫度。為了充分發(fā)揮其作用，結合電廠熱網(wǎng)加熱器，本文概述了熱網(wǎng)加熱器，闡述了熱網(wǎng)加熱器選型，對電廠熱網(wǎng)加熱器的優(yōu)化設計進行了探討分析。關鍵詞：熱網(wǎng)加熱器；選型；電廠；優(yōu)化設計；一、熱網(wǎng)加熱器的概述熱網(wǎng)加熱器是熱網(wǎng)系統(tǒng)的關鍵設備，是熱電廠的主要設備之一，其主要功能是利用汽輪機的抽汽或從鍋爐引來的蒸汽（加熱介質）來加熱熱水供應系統(tǒng)中的循環(huán)水以滿足供熱用戶要

2、求，從而實現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)。熱網(wǎng)加熱器分基本熱網(wǎng)加熱器和高峰熱網(wǎng)加熱器兩種，基本熱網(wǎng)加熱器是在整個供熱期間一直連續(xù)工作，承擔基本熱負荷即滿足絕大部分供熱期間用戶對熱水溫度的要求。在冬季最冷期間，串聯(lián)在基本熱網(wǎng)加熱器之后，提高供熱的熱水溫度以滿足用戶對更高水溫要求的熱網(wǎng)加熱器稱為高峰熱網(wǎng)加熱器。二、熱網(wǎng)加熱器選型的分析熱網(wǎng)加熱器被廣泛地應用于煉油、化工、輕工、制藥及城市的集中供暖等領域，是工業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的設備。特別是管殼式加熱器約占全部加熱器的70%左右，它結構堅固容易清洗，易損件易于更換，維修方便；不易堵、漏，密封周長短；材料的選擇范圍較廣，滿足幾乎所有的場合，包括特別低和特別高壓力、溫度，大的

3、溫差，蒸發(fā)與凝結以及嚴重污染和具有腐蝕性流體的情況，這種加熱器不但使用方便，而且經(jīng)久耐用，互換性強。與其它品種加熱器比較，管殼式加熱器的最大缺點是傳熱效率低。近年來出現(xiàn)的波紋管加熱器繼承了管殼式加熱器的優(yōu)點，克服了其缺點，因而具有很強的實用性和更為廣泛的應用領域。波節(jié)管管殼式加熱器采用的換熱管為波節(jié)管，是強化傳熱換熱管。波節(jié)管不僅壁薄，而且形狀獨特。一般波節(jié)管壁厚為0.51.2mm，形狀為直管段與弧形段交替。流體在波節(jié)管內外流動中，由于斷面周期性變化所引起的壓力與流速的周期性變化，使流體邊界層發(fā)生分離、破壞了邊界層熱阻，使管內外的流體與管壁的換熱系數(shù)可提高25倍，同時從根本上破壞了在管壁上有結

4、垢的可能。另外，波節(jié)管為直管段與弧形段交替的形狀，使流體有前噴射與后節(jié)流的雙重作用。噴射使弧形段內流體向管壁產(chǎn)生橫向沖刷破壞了邊界層，節(jié)流使直管段內流體產(chǎn)生整流，流體的流向、密度、壓力趨于一致，且不造成能量損失。波節(jié)管即不同于其它換熱管，由于管內外的流體與管壁的換熱系數(shù)大幅度提高，使得用波節(jié)管作換熱管的加熱器綜合傳熱系數(shù)得以大大提高，保證了加熱器的使用性能。三、電廠熱網(wǎng)加熱器的優(yōu)化設計分析1、電廠熱網(wǎng)加熱器結構選型。電廠熱網(wǎng)加熱器主要利用汽輪機或鍋爐引來的蒸汽（加熱介質）來加熱熱水供應系統(tǒng)里的循環(huán)水，作為熱網(wǎng)系統(tǒng)的關鍵設備，傳統(tǒng)結構上一般采用管殼式加熱器。而列管式加熱器中以u形管加熱器和固定管

5、板式加熱器較為普遍。對比u形管加熱器，u形換熱管的布管相比并不均勻，抗震性能不好，壞管率相比直管要高。而固定管板式加熱器，管程清洗方便，換熱管損壞時更方便堵管或更換。所以新型熱網(wǎng)加熱器的結構選擇在固定管板式加熱器結構的基礎上進行優(yōu)化設計。2、電廠熱網(wǎng)加熱器的水室設計分析。結合電廠熱網(wǎng)加熱器的實際運行環(huán)境，選用橢圓形封頭水室，封頭頂部設置hg/t521521標準人孔，同時在水室內設置分程隔板，分程隔板上設有把手，以便于設備的清洗與維護1，為了保證水室的使用壽命，在分程隔板均設有加強筋，避免在循環(huán)水長期的沖蝕下，分程隔板發(fā)生變形，影響設備的正常運行。分程隔板的位置取決于加熱器的實際布管情況。3、電

6、廠熱網(wǎng)加熱器的管束設計分析。主要表現(xiàn)為：（1）合理選擇換熱管。換熱管通常選取不銹鋼材質和碳鋼材質，對比在相同的換熱面積下進行設計，。根據(jù)國內大型熱網(wǎng)加熱器的運行使用情況來看，不銹鋼換熱管的運行情況最好。綜合考慮設備的運輸，運行維護成本，以及使用壽命等因素，不銹鋼焊接管為優(yōu)先選擇。（2）加熱器布管。在蒸汽入口側，考慮蒸汽入口側流量較大，同時按照gb/150.3-2011不另行補強的最大開孔直徑要求，選擇在殼程筒體上開有兩個蒸汽抽氣孔。這樣做的優(yōu)點在于簡化了筒體的結構，增加了蒸汽的流通面積，而且便于設備的清洗與維護。為了減少蒸汽的阻力，在換熱管與殼程之間預留了合理的流通面積，以增強熱網(wǎng)加熱器的換熱

7、效率。在蒸汽入口處的換熱管位置設有防沖板，以保護換熱管。為增強加熱器的換熱效率，在布管方面與傳統(tǒng)的固定管板式加熱器有所區(qū)別。由于在結構和性能上對比，熱網(wǎng)加熱器與冷凝器較為相似。所以布管上采取三段式布管。將管束設計為過熱段，冷凝段和疏冷段。這樣設計的優(yōu)點是使得殼程內介質的流動更為穩(wěn)定，提高加熱器的傳熱效率。設置疏冷段區(qū)間主要是防止疏水排空造成危險。換熱管布管區(qū)自上而下分別為過熱段區(qū)間，凝結段區(qū)間和疏冷段區(qū)間。設計時在殼程內采用隔板件1517分隔出用于監(jiān)測疏冷段工況的區(qū)間，對熱網(wǎng)加熱器實時監(jiān)控，保證加熱器的使用安全。4、電廠熱網(wǎng)加熱器的殼體設計分析。固定管板式加熱器的殼體的熱膨脹補償性能不及u形管

8、式加熱器，需要在殼體上設置膨脹節(jié)。膨脹節(jié)按結構上主要分為軸向型，平面鉸鏈型，萬向鉸鏈型，曲管壓力平衡型，和拉桿型幾種型式。從結構上進行選擇，單式軸向u型膨脹節(jié)滿足設計要求。但是對于熱網(wǎng)加熱器，在殼體上如果設置單式軸向型波紋膨脹節(jié)，在補償處容易造成沉積物的積累，而且不便于殼程的清洗，影響其實際理論的熱膨脹補償效果。而且在制造階段進行水壓試驗后，在u形處容易造成試壓水排放不凈，影響設備運行后膨脹節(jié)的使用壽命。所以在膨脹節(jié)的設計過程中采用了半u型不銹鋼膨脹節(jié)，并對其進行有限元分析。結束語綜上所述，供熱電廠熱網(wǎng)首站系統(tǒng)最主要的設備就是熱網(wǎng)加熱器，加熱器選型及其設計直接關系到供熱系統(tǒng)的安全性及穩(wěn)定性，同時也關系到供熱的質量、工程造價，因此對電廠熱網(wǎng)加熱器的優(yōu)化設計進行分析具有重要意義。參