凝汽器仿生雙連樹型管束優(yōu)化布置在電廠中的應(yīng)用

俞啟云， 鄒曉輝

凝汽器仿生雙連樹型管束優(yōu)化布置在電廠中的應(yīng)用

俞啟云， 鄒曉輝

（華電電力科學(xué)研究院，浙江 杭州 310030）

大型火電機(jī)組凝汽器改造前存在傳熱特性差現(xiàn)象，嚴(yán)重影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，采用仿生雙連樹型布管方式對(duì)凝汽器進(jìn)行改造，并進(jìn)行改造后性能鑒定試驗(yàn)。結(jié)果表明：該布管方式是可行的，在設(shè)計(jì)循環(huán)水溫度、流量、凝汽器熱負(fù)荷相同的條件下，改造后的凝汽器真空能達(dá)到設(shè)計(jì)值。

凝汽器； 管束布置； 性能分析； 流動(dòng)與傳熱特性

0 引言

凝汽器是汽輪機(jī)冷端系統(tǒng)中的主要設(shè)備，在系統(tǒng)中起著“冷源”的作用，降低冷源溫度就能提高系統(tǒng)的循環(huán)熱效率，因此凝汽器性能的好壞將直接影響機(jī)組的出力及經(jīng)濟(jì)性。影響凝汽器性能因素有很多，其中之一便是在凝汽器殼側(cè)的蒸汽流動(dòng)和換熱狀況不理想，而這取決于冷卻管束的布置。因此，具有合理的管束布置是確定凝汽器性能的必要條件。

國(guó)內(nèi)外研究人員在凝汽器性能提升方面做了大量工作，鐘達(dá)文[1]等人在凝汽器性能數(shù)值模擬與布管原則方面做了相關(guān)的研究，總結(jié)出一些凝汽器布置基本原則；候平利[2-6]通過(guò)數(shù)值方法研究凝汽器熱力性能及相應(yīng)的改造措施；范鑫[7]等人通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的方法來(lái)評(píng)價(jià)凝汽器布管性能；孟建安[8]等人在理論及數(shù)值分析的基礎(chǔ)上提出凝汽器管束布置方法。結(jié)合數(shù)值仿真結(jié)果與性能試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證仿真模型的可行性，并評(píng)價(jià)凝汽器布管優(yōu)化效果。

1 凝汽器改造

1.1 存在問(wèn)題

某電廠300MW與600MW機(jī)組凝汽器在額定負(fù)荷工況下，凝汽器壓力分別較設(shè)計(jì)值高0.451kPa和1.33kPa。分析主要原因，一是機(jī)組投產(chǎn)時(shí)間較長(zhǎng)，水側(cè)銅管表面會(huì)出現(xiàn)腐蝕坑，壁厚減薄現(xiàn)象，嚴(yán)重情況會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)格狀腐蝕裂紋，銅管泄露問(wèn)題，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)堵管總數(shù)達(dá)到幾百根，致使凝汽器的換熱面積不斷減少，影響凝汽器傳熱，降低真空，導(dǎo)致電廠循環(huán)熱效率低下、能耗增加。二是凝汽器冷卻管結(jié)構(gòu)布置不合理，相對(duì)落后，不能形成明確的進(jìn)汽通道和排汽通道，導(dǎo)致局部管束中局部出現(xiàn)渦流，造成總體傳熱系數(shù)低。三是凝汽器運(yùn)行清潔系數(shù)偏低。膠球清洗系統(tǒng)運(yùn)行效率不高，造成凝汽器清潔系數(shù)偏低，結(jié)垢嚴(yán)重，降低凝汽器換熱能力。

1.2 凝汽器管束布置

1.2.1 改造前管束布置

該廠凝汽器采用的是德國(guó)B-D公司模塊化式布管技術(shù)，或者稱為TEPEE布管，為目前國(guó)內(nèi)普遍采用的布管設(shè)計(jì)之一。該凝汽器布管基本合理，其優(yōu)點(diǎn)是管束汽阻小、回?zé)嵝Ч?、過(guò)冷度??；但其蒸汽流動(dòng)存在壓力梯度場(chǎng)和流速分布不均勻現(xiàn)象，特別是存在一定的漏汽，在凝汽器氣密性中等情況下，其性能不滿足按HEI設(shè)計(jì)工況。

1.2.2 仿生雙連樹型管束優(yōu)化

針對(duì)設(shè)計(jì)不太合理的問(wèn)題，主要表現(xiàn)在回?zé)嵬ǖ赖暮侠矸峙?、空冷區(qū)位置和結(jié)構(gòu)合理設(shè)計(jì)、管束氣阻均勻性設(shè)計(jì)、擋汽板和擋水板的合理設(shè)計(jì)等，進(jìn)行凝汽器仿生雙連樹型管束優(yōu)化布置，該優(yōu)化布置方法是根據(jù)自然界樹木結(jié)構(gòu)，將冷卻管布置成兩樹相連的形狀,并在外圍設(shè)有枝杈狀結(jié)構(gòu)，以增加蒸汽進(jìn)入管束的通流面積。雙連樹型管束布置在管束外設(shè)置了假想分割線，以假想分割線和空冷擋汽板為界，將管束分為樹枝疏松管束區(qū)、樹干密集管束區(qū)、漸縮型空冷區(qū)和樹干中心抽氣通道。其仿生管束布置圖如圖1所示。

圖1 仿生雙連樹型管束圖

1.3 凝汽器改造前后技術(shù)規(guī)范

300MW、600MW機(jī)組改造前后設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 凝汽器改造前后設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)

2 改造效果

凝汽器布管優(yōu)化改造后，按照《凝汽器性能試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行凝汽器性能考核試驗(yàn)，為評(píng)價(jià)改造后凝汽器的性能是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，需要與保證值進(jìn)行比較，但是保證值是在設(shè)計(jì)條件（循環(huán)水進(jìn)口溫度、循環(huán)水流量和凝汽器熱負(fù)荷均為設(shè)計(jì)值）下計(jì)算得出的。因此需進(jìn)行循環(huán)水進(jìn)口溫度、循環(huán)水量及凝汽器熱負(fù)荷修正。本次改造后性能試驗(yàn)是委托西安熱工院進(jìn)行性能測(cè)試，300MW及600MW機(jī)組凝汽器改造后的數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

凝汽器性能鑒定試驗(yàn)結(jié)果表明：對(duì)循環(huán)水流量、進(jìn)水溫度以及凝汽器熱負(fù)荷進(jìn)行修正后，300MW機(jī)組凝汽器改造后機(jī)組負(fù)荷在316MW工況下，凝汽器修正后端差為2.8℃，水阻64.12kPa，修正后凝汽器背壓為4.44kPa，低于機(jī)組的設(shè)計(jì)背壓4.9kPa；600MW機(jī)組凝汽器改造后機(jī)組負(fù)荷在632MW工況下，凝汽器修正后高低壓傳熱端差為8.2/4.17℃，水阻為45.87kPa，凝汽器修正后平均背壓為4.908kPa，基本達(dá)到設(shè)計(jì)4.9kPa的保證性能。

表2 凝汽器改造后性能數(shù)據(jù)

3 結(jié)語(yǔ)

仿生雙連樹凝汽器管束優(yōu)化布置經(jīng)工程運(yùn)用得出以下結(jié)論：

（1）仿生雙連樹凝汽器管束優(yōu)化布置方法，從仿真設(shè)計(jì)到實(shí)際應(yīng)用是可行的，可以應(yīng)用到300MW及600MW機(jī)組凝汽器改造項(xiàng)目中。

（2）通過(guò)改造后凝汽器性能試驗(yàn)結(jié)果可以看出，仿生雙樹連凝汽器管束優(yōu)化布置方法，能提高凝汽器經(jīng)濟(jì)性能。

[1]鐘達(dá)文，曾輝，等.凝汽器性能的數(shù)值模擬與布管原則[J].工程熱物理學(xué)報(bào)，2014，35（1）：123-127.

[2]候平利，俞茂錚，等.雙流程凝汽器汽相流動(dòng)與傳熱特性的準(zhǔn)三維數(shù)值分析[J].西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，37（5）：459-462.

[3]王學(xué)棟，袁建華，等.300MW機(jī)組凝汽器改造的數(shù)值模擬及性能分析[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2010，52（2）：150-154.

[4]王學(xué)棟，欒濤，等.改造前后凝汽器性能的數(shù)值模擬與分析[J].動(dòng)力工程，2009，29（4）：320-325.

[5]汪洋，汪國(guó)山，等.N-11220-1型凝汽器的熱力性能分析與改造措施探討[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2004，46（4）：283-286.

[6]曾輝，孟繼安，等.N-17000型凝汽器的熱力性能的數(shù)值分析[J].工程熱物理學(xué)報(bào)，2010，31（7）：1212-1214.

[7]范鑫，秦建明.300MW機(jī)組凝汽器改造后的性能測(cè)試分析[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2011，53（3）：217-219.

[8]孟繼安，李志信.管束布置對(duì)凝汽器性能影響的燦積分析及其應(yīng)用[J].科學(xué)通報(bào)，2016，61（17）：1878-1887.

Application of Optimal Arrangement of Bionic Double Connected Tree Bundle in Power Plant

YU Qi-Yun，ZOU Xiao-hui

（Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China）

Before the retrofit of the condenser of large thermal power plant，there is a phenomenon of poor heat transfer characteristics,which seriously affects the economic performance of the unit,In this paper，the structure of the condenser is modified with a bionic double connecting pipe，and the performance evaluation test is carried out after the retrofit.The result shows that the retrofit plan is feasible，and the design of the condenser vacuum can reach the design value under the condition that the circulating water temperature，flow rate and condenser heat load are the same

condenser； tube bundle collocation； performance analysis；flow and heat transfer characteristics

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.04.007

TM621

B

2095-3429（2017）04-0033-03

俞啟云（1984-），男，安徽宣城人，碩士，工程師，從事電廠汽輪機(jī)及熱力系統(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性分析及改造研究。

2017-07-05

修回日期：2017-08-16