600MW機(jī)組首臺折流桿閉冷器的選型及應(yīng)用

陳延波 呂圣杰

（華能國際電力股份公司華能汕頭電廠，廣東 汕頭 515071）

華能汕頭發(fā)電廠3號機(jī)組是廣東省首臺600MW超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，機(jī)組于2003年開始建設(shè)，2005年9月份通過168并網(wǎng)發(fā)電。由于當(dāng)時在國內(nèi)建設(shè)600MW超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組正處于起步階段，對于輔機(jī)設(shè)備的選型缺乏參照性，給設(shè)備的選型增加了難度。當(dāng)時選用折流桿閉冷器，因為其具有高效、節(jié)能、耐用等優(yōu)點的技術(shù)創(chuàng)新產(chǎn)品，且性價比最高。這樣華能汕頭發(fā)電廠成為我國首臺600MW超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組使用折流桿閉冷器的電廠。

本文對600MW超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組折流桿閉冷器的技術(shù)、結(jié)構(gòu)特點進(jìn)行敘述，以及對其實際運行情況進(jìn)行分析總結(jié)。

1 閉冷器的設(shè)計技術(shù)參數(shù)

按華能汕頭電廠廠址條件，閉式水：采用除鹽水走殼程，開式水：采用海水走管程。數(shù)量：本工程設(shè)計容量為：1x600MW，設(shè)置 2 臺65%容量的閉冷器。運行方式：夏季2臺運行，冬季1臺運行。主要設(shè)計參數(shù)見表1。

閉冷器是根據(jù)以上表1的設(shè)計參數(shù)進(jìn)行設(shè)計選型，折流桿閉冷器的技術(shù)參數(shù)見表2

表2 設(shè)備技術(shù)參數(shù)

序號 項目 單位 參數(shù)9 閉式水的流量 t/h 1725 10 閉式水進(jìn)出口溫度 ℃ 45/36 11 開式水流量 t/h 3800 12 開式水進(jìn)出口溫度 ℃ 33/37.1 13 殼側(cè)壓降 MPa ≤0.03 14 管側(cè)壓降 MPa ≤0.02 15 端差 ℃ ≤3 16 設(shè)計的管程通流面積 m2 0.9 17 設(shè)計的管內(nèi)流速 m/s 1.3 18 傳熱量 kw 17970×103 19 總的傳熱系數(shù) w/m 2.℃ 2635 20 換熱面積 m2 1350 21 管子材質(zhì) 鈦管22 管子數(shù)量 根 1868 23 管子外徑×壁厚×長度 mm Φ25×0.6×9010

閉冷器型式：臥式、單流程、外導(dǎo)流析流桿結(jié)構(gòu)，閉冷器外形圖見圖1。

圖1 閉冷器外形圖

2 折流桿換熱器的簡介

折流桿換熱器(Rod Buffle heat exchanger)是1970年由美國菲利浦石油公司首創(chuàng)。最初是為了改善常規(guī)的板式折流流板換熱器的流體誘導(dǎo)振動而設(shè)計的。由于長期以來，一直得到國外、國內(nèi)多家研究機(jī)構(gòu)及相關(guān)公司的深入研究、開發(fā)及優(yōu)化發(fā)展。折流桿換熱器是一種高效、節(jié)能和耐用的新型換熱設(shè)備。

2.1 折流桿換熱器的結(jié)構(gòu)

折流桿換熱器的結(jié)構(gòu)特點是殼程不設(shè)置產(chǎn)生反復(fù)換向折流的折流板，而是沿流體流動方向設(shè)置若干與換熱管束垂直的折流圈，折流圈由折流環(huán)焊上若干根折流桿組成，圖2為折流桿換熱器結(jié)構(gòu)。折流桿從換熱管的四個方向不同角度固定換熱管管束，折流桿既能對管子起支撐作用，又從根本上改變了流體的流動狀況，變折流板換熱器的橫向流動為平行于管子的軸向流動，從而消除了產(chǎn)生流體誘導(dǎo)振動的根源。對流體起擾動作用藉以達(dá)到強(qiáng)化導(dǎo)熱的目的。

圖2 折流桿結(jié)構(gòu)示意

2.2 折流桿換熱器工作原理及優(yōu)點

折流桿換熱器的工作原理是當(dāng)殼程流體順著管束流動時，遇到折流圈中的折流桿時即產(chǎn)生繞流，然后流體又順管束向下一個折流圈流去，如此多次擾動減薄了邊界層，增強(qiáng)了傳熱。同時流體改橫掠管束為順換熱管流動，徹底消除了流動死區(qū)，減少了誘導(dǎo)振動，而且流動阻力大為減小，污垢也不易沉積。

與傳統(tǒng)的折流板管殼式換熱器相比，折流桿換熱器的優(yōu)點為：

1）總傳熱效率高，沒有流動死區(qū)，總傳熱系數(shù)可比折流板換熱器提高30%。

2）殼側(cè)流動阻力小，殼程總壓降可降低 50%～80%，大大節(jié)約能耗；

3）流體誘導(dǎo)振動大大減小，能提高換熱管的使用壽命。

4）消除了流動死區(qū)，減小了污垢沉積和腐蝕，有利于傳熱，延長清洗周期。

綜上所述折流桿換熱器的突出優(yōu)點是：（1）結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，節(jié)省場地空間；（2）換熱效率高，端差??；（3）流動阻力低，節(jié)能降耗；（4）無振動，免維護(hù)，使用壽命長。

3 新型外導(dǎo)流折流桿換熱器的結(jié)構(gòu)特點

華能汕頭發(fā)電廠3號機(jī)組的閉冷器是新型外導(dǎo)流折流桿換熱器的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)技術(shù)是傳統(tǒng)折流桿技術(shù)的改進(jìn)創(chuàng)新，管束結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的基本相同，改進(jìn)在殼體流體的進(jìn)出處，即在殼程流體進(jìn)、出口處設(shè)置外導(dǎo)流筒，導(dǎo)流筒所包圍的殼體范圍內(nèi)開有大量小孔供流體進(jìn)出，見圖3。殼程流體在導(dǎo)流筒內(nèi)環(huán)繞筒體圓周經(jīng)過小孔分散低速進(jìn)、出管束，避免了殼程流體在進(jìn)、出管束時高速噴射直接沖擊管子的情況。該結(jié)構(gòu)設(shè)計不但能從根本上消除了振動源，而且提高了總傳熱系數(shù)。

圖3 外導(dǎo)結(jié)構(gòu)示意

4 折流桿閉冷器的運行情況

華能汕頭發(fā)電廠3號機(jī)組的閉冷器從安裝、調(diào)試、運行到發(fā)稿前，都是良好的。于2006年4月發(fā)電機(jī)組經(jīng)過半年多的正常并網(wǎng)發(fā)電后。受華能汕頭電廠委托，依據(jù)《華能汕頭電廠二期1×600MW擴(kuò)建工程超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組 閉式循環(huán)冷卻水熱交換器采購合同》有關(guān)內(nèi)容，西安熱工研究院有限公司針對二期 1×600MW機(jī)組的閉式循環(huán)冷卻水熱交換器進(jìn)行性能試驗，為華能汕頭電廠驗收該閉式循環(huán)冷卻水熱交換器提供理論依據(jù)。同時，也是對新型外導(dǎo)流折流桿閉冷器設(shè)備的性能考核。性能考核指標(biāo)及實際試驗情況如下：

4.1 閉冷器的技術(shù)參數(shù)

閉冷器的技術(shù)參數(shù)見表2。

4.2 性能保證

? 管側(cè)壓降：≤0.02MPa；

? 殼側(cè)壓降：≤0.03MPa；

? 端差：≤3℃ （閉式水回水與循環(huán)水進(jìn)水溫度差）；

? 閉冷器的換熱性能：≥2635 w/m2.℃；

4.3 試驗原始數(shù)據(jù)

試驗時間2006年4月20日14:15～15:15，試驗原始數(shù)據(jù)見下表：

注：試驗時一臺閉冷器（B）運行。

4.4 試驗結(jié)果計算

序號 測試項目 單位 數(shù)據(jù)1 機(jī)組負(fù)荷 MW 622.182 2 閉冷水壓降 kPa 27.0 3 循環(huán)水壓降 kPa 11.7 4 閉冷器出口端差 ℃ 2.2 5 對數(shù)傳熱溫壓(溫差) ℃ 2.82 6 閉冷水放熱量 kW 11365.8 7 試驗傳熱系數(shù) W/(m2℃) 2985

4.5 試驗結(jié)論

（1）閉式循環(huán)冷卻水熱交換器的出口端差為2.2℃，小于設(shè)計值（3℃）。

（2）閉式循環(huán)冷卻水熱交換器的管側(cè)壓降為 11.7kPa小于設(shè)計值 0.02MPa，殼側(cè)壓降為 27.0kPa小于設(shè)計值0.03MPa。

（3）循環(huán)水實測流量為4354 m3/h，比設(shè)計值3800 m3/h大554 m3/h。

（4）閉冷水實測流量為2723 m3/h，比設(shè)計值2650 m3/h大73 m3/h。

（5）閉式循環(huán)冷卻水熱交換器的試驗傳熱系數(shù)為 2985 W/(m2℃)大于設(shè)計值2635 W/(m2℃)。

（6）循環(huán)水和閉冷水的實測流量都比設(shè)計值，原因是實際水阻比設(shè)計值小。

5 結(jié)論

華能汕頭發(fā)電廠3號機(jī)組作為國內(nèi)首臺選用折流桿閉冷器的600MW機(jī)組，不但經(jīng)西安熱工研究院有限公司試驗測試結(jié)論得知閉冷器的各項技術(shù)性能指標(biāo)均優(yōu)于合同要求，且在這7年多的實際運行中，該設(shè)備從無需要維護(hù)、維修，一直運行良好。該結(jié)構(gòu)的閉冷器具有換熱效率高、節(jié)能降耗、免維護(hù)等優(yōu)點，適合推廣使用。

[1]蘭州石油機(jī)械研究所.換熱器(上、中、下冊) [M].中國石化出版社.

[2]姚仲鵬,等.傳熱學(xué)[M].北京:北京理工大學(xué)出版,1995.

[3]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).GB151-1999,管殼式換熱器[M].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社.

[4]錢頌文.換熱器設(shè)計手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002.

[5]西安熱工研究有限公司.華能汕頭發(fā)電廠 3號機(jī)組性能考核試驗報告.