發(fā)電廠應用螺旋折流板換熱器的可行性分析

彭輝

【摘要】發(fā)電廠包含各類的換熱器，例如常規(guī)發(fā)電廠的低壓凝結(jié)水加熱器，高壓的給水加熱器。除此以外，發(fā)電廠還布設(shè)了各種類型的密閉水冷卻器、油冷卻器。螺旋折流板換熱器能夠耐高溫，并且具有可靈活調(diào)節(jié)的特點。模擬數(shù)值運算得到的數(shù)據(jù)表明，螺旋折流板特有的這類構(gòu)造，便于布置及運用，凸顯了技術(shù)的獨有優(yōu)勢，可被推廣采納。

【關(guān)鍵詞】發(fā)電廠；螺旋折流板；換熱器

螺旋折流板的換熱器，帶有自然狀態(tài)下的分割作用，抑制了逆向的液體泄漏，必備配件很少。與此同時，與殼側(cè)相關(guān)聯(lián)的換熱系數(shù)和壓降都可調(diào)整至最優(yōu)指標。螺旋折流板架構(gòu)的新式換熱器，采納傾斜布置的折流板，設(shè)計螺旋通道，依托氣液作用來傳遞熱量。這種換熱裝置占地很少，便于常規(guī)維護，拓展了發(fā)電廠應用換熱器的思路。

一、換熱性能的提升

螺旋框架內(nèi)的折流板，可分為三等分，這種思路帶有適宜的特性。殼側(cè)測得的換熱指數(shù)、對應壓降、平均綜合指標，都超出了常用的弓形折流板。

布設(shè)螺旋折流板的換熱裝置，局部范疇內(nèi)的溫度、精準的流場，都很難按照單純的測試方式來判斷。然而，采納數(shù)值模擬的方法，能夠化解這個難題。模擬得到如下的圖示，建立了坐標系。坐標原點設(shè)定在接近左側(cè)管板圓心這樣的位置，在這之中，z軸代表著換熱器的軸向，x及y代表著徑向。換熱器外徑為20厘米，呈現(xiàn)正方形的布置排列狀態(tài)。殼體內(nèi)徑是230毫米，換熱器的總長930毫米。設(shè)定了下列的邊界條件：進出口的給定流量、管壁的恒定溫度、殼體內(nèi)側(cè)的表層溫度。管板及折流板時絕熱邊界。

圖為數(shù)值模型

這種數(shù)值模擬表征了流場之中的真實狀態(tài)。從設(shè)定好的高壓區(qū)直至對應著的低壓區(qū)，根據(jù)換熱器設(shè)定出來模擬體系。模擬體系考慮了逆向泄漏，但是這類泄漏并不太大。這是因為，鄰近區(qū)段的折流板疊合，阻擋了逆向泄漏。由數(shù)值模擬得到的計算結(jié)果表明換熱效率比常用的弓形換熱器有較大提升。

二、可行性分析

（一）單相特性的換熱體系

電廠常見的油冷卻裝置，都采納了慣用的立式框架。油體經(jīng)由殼側(cè)，水體經(jīng)由管側(cè)。采用螺旋折流板后，油側(cè)范疇的換熱系數(shù)被提升，壓降被適當縮減，提升了總體冷卻能力。從這種角度看，采納周向的這類換熱途徑，能夠縮減必備面積，縮減壓降。油側(cè)的容積偏小，折流板布設(shè)的總傾斜角應被設(shè)定成10°。

管殼式換熱器，管側(cè)的清洗方法包含膠球清洗、塑料片清洗。對比手動清洗，這些清洗方法凸顯了費用低、便于修護這樣的優(yōu)勢，常被用戶采納。殼側(cè)布設(shè)的螺旋通道，強化了傳熱管的傳熱特性，縮減換熱面積。這種布設(shè)方式，省掉了費用偏高的管材原材，延長材料壽命，縮減泵體耗費的總功耗。這促進了節(jié)能，提升了運行效率。

（二）給水加熱體系

電廠低壓加熱器占地面積較大；與此同時，還應預留一定的管路長度，占用很多空間。水平布設(shè)的抽取管路，并不便于操作。此外，汽輪機配有高大廠房，通常布設(shè)了機械起吊裝置。這種狀態(tài)之下，若能采納新的立式框架，即可縮減原有的占地又節(jié)省了費用。這種新式搭配結(jié)構(gòu)簡易，不用增加導向滾輪等配件。它節(jié)省了更換設(shè)備的工作量，促進電站可用小時數(shù)的提升。

螺旋折流板換熱器特有的基礎(chǔ)之上，可以添加冷凝器。折流板設(shè)定好的導向之下，蒸汽攜帶著的液滴漸漸聚集在螺旋流道的外殼內(nèi)側(cè)。傾斜架構(gòu)的折流板，能夠固定傳熱管，抑制住蒸汽喘流引起的傳熱管振蕩。它把傳熱管分隔為多個較短管段，建構(gòu)了排液盤。扇形折流板下游的折疊邊緣處設(shè)置了擋液裝置，配有缺口裂隙。這種新式架構(gòu)能引導殼側(cè)通道中的凝結(jié)液體，讓它們聚集在外殼內(nèi)側(cè)。這樣液體會順暢流入底側(cè)液囊，傳熱管表層附帶著的液體薄膜被縮減，強化了傳熱及凝結(jié)。

三、加工折流板

折流板與殼體、管路交接位置帶有一定的傾角。這種折流板與傳熱管交匯處，存在較大的加工難度。這是因為，若鉆孔方位出現(xiàn)偏差，會干擾后續(xù)的穿管步驟。對于此，適合采購配套數(shù)控鉆床銑床，以便妥善加工。但這樣會使加工過程變得復雜，阻礙了后續(xù)的工藝推廣。

為化解這一難題，可采用新型的激光切割機加工扇形和圓形的折流板。激光切割方式，提升了加工速率，費用較低。這類新技術(shù)，徹底替換了常用的成套模具。它從根本上為普及螺旋折流板換熱器提供了基礎(chǔ)。

四、篩選測驗實例

初始時段的蒸氣流速被擬定為每秒鐘10米；不凝結(jié)氣體擬定了3%這一質(zhì)量分數(shù)。蒸氣的表層溫度、壁面溫度有著偏大的差值。螺旋折流板、篩選的弓形板，都均勻布設(shè)了周邊方位的液膜。液膜沿著銜接的折流板漸漸變厚。遇有折流板時，液體會被排至底側(cè)方位的液囊。

經(jīng)過對比可知，弓形的傳統(tǒng)折流板，液膜薄厚也有著周期變化的傾向。但它固有的疏液特性卻并不優(yōu)良。對比傾角可知，15°的這類螺旋板，性能超出其他傾角折流板。螺旋折流板的液膜會隨著初始的傾角減小而漸漸變小。此外，螺旋折流板經(jīng)過長期使用，也沒有覆蓋污垢，保持潔凈。

結(jié)語

螺旋折流板這種新式換熱器，減少了必備配件，便于制造安裝。換熱器壽命延長，不易結(jié)出污垢。采用激光切割，簡化制造流程，便于推廣。借助傾斜的疏液作用、螺旋的離心分離，可以使傳熱管表面液膜減薄。換熱器占到的空間很少，帶有構(gòu)架簡易這樣的優(yōu)勢。換熱系數(shù)被提升，可被逐漸推廣。

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