浅谈直接空冷凝器管排数的选择.doc

浅谈直接空冷凝器管排数的选择韩振国 许亦武（满洲里深能源达赉湖热电有限公司）【摘 要】 介绍了空冷凝汽器冷却元件的历史发展过程，通过对空冷装置中三排管、双排管、单排管冷却效果的比较，提出了直接空冷凝汽器冷却元件管排数的合理选择方案，最后得出直接空冷凝器选用单排管可提高直接空冷机组的防冻能力和的经济性的结论。【关键词】 直接空冷凝汽器 三排管 两排管 单排管0 引言直接空冷技术又称空气冷却系统，即用空气直接冷却汽轮机的排汽，空气与排汽之间进行表面式热交换。所需冷却空气通常由机械通风方式供应。直接空冷的凝汽设备称为空冷凝汽器。它是由表面镀锌外套矩形钢翅片椭圆形钢管束或由大直径扁管钎焊蛇行翅片的管束组成，这些管束亦称散热器。目前，在西北地区，这种空冷方式还很少采用。1 冷却元件的发展过程冷却元件的发展也经过逐渐完善的过程，在这个过程中圆管圆翅片作为电站空冷发展的起始阶段而得到应用，发展过程主要经历三个阶段即：圆管圆翅片四排管；矩形翅片椭圆管两排管；大直径扁钢钎焊蛇行翅片单排管。发展的三个过程如图1 图12 对于翅片管的基本要求翅片管是空冷器的核心和关键元件，它的性能直接影响空冷器的性能和应用。对于翅片管的基本要求有如下几点：良好的传热性能。良好的耐热性能。良好的耐热冲击力。良好的耐大气腐蚀能力。较低的制造费用。易于取得的金属材料。足够的管内耐压力，较低的管内压降。良好的抗械振动能力。较小的空气阻力。易于清理尘垢。便于检漏、消漏。3.几种翅片管的比较3.1三排管（包括四排管、多排管）在三排管空冷管束中，各排管的放热量是不一样的。迎风面第三排接触的是第二排上出口的热风，第二排接触的是第一排出口的热风。如图2所示。 图2三排管中存在压差对于蒸汽和空气，第一排温差较大，当然热交换量增加，随之而来凝缩的蒸汽量也增多。凝缩量最多的第一排管内的压力损耗最大。由于各排的压力损耗不同，所以蒸汽出口压力是第一排第二排第三排。三排管中聚集不凝气体 由于三排管中存在压差，第二排、第三排的出口蒸汽流入第一排的出口侧（逆流）。也就是说第一排从管的两侧流入蒸汽。因蒸汽中含有微量的惰性气体（空气），该气体积蓄在第一排的斜线部分，因此，该区域不仅不能进行热交换，冬季还有可能因为冻结而造成损伤。3.2两排管两排管在国内外寒冷地区虽有多年的运行经验，但也存在热负荷分配不均和管中存在不凝气体及凝结水结冰的危险。两排管热负荷不均两排管由于迎风面第一排管的翅化比小于第二排的翅化比，在全风速时，虽然第一排进入的是冷空气，但也能做到两排管热量的平均分配，使进入两排管的蒸汽流量基本相当。从而避免因热负荷分配不均而造成的管内凝结水的冰冻。当风速降低时，两排管出现热负荷分配不均的现象，如图3所示.图3图3按照空冷凝汽器设计的一般规则，当环境温度高于设计气温时，风机要全速运行。当环境温度低于设计气温时，部分风机要减速运行。满洲里2200MW直接空冷机组设计气温T a=12，按典型年气象资料全年气温Ta12，为87606218=2542h，占典型年29%。即在满洲里若采用双排管或多排管约71%的工况下是热负荷分配不均匀。两排管中聚集不凝气体在严寒冬季，迎风面第一排管具有最低的空气温度，能凝结大部分蒸汽，因此在管子出口具有较大的压力降，如图4中线段AB。第二排接受的是经过第一排管的具有较高的空气温度，凝结较少部分蒸汽，因此具有较少的压力降，线段AC，由于两排管具有共同的后管箱，而C点的压力高于B点的压力，导致第二排管出口的蒸汽经后管箱进入第一排，达到平衡直至压力曲线D点。此时在第一排的“EH”段产生死区。不凝气体发生聚集和扩大，直至管长“GH”。其间不凝气体由“H”点排出。 图4两排管中不凝气体危害在严寒地区，不凝气体聚集区（死区）结冰问题对多排管仍然是个威胁，且管排数越多，威胁越大。不凝气体附着于管内表面，会使传热效果降低。在某些特殊条件下会产生不凝结气体聚集区，当其中第一排所凝结的蒸汽比另一排多时会发生回流现象，这种现象会产生两个不好的结果：管中凝结水易于结冰，增加了管子冻裂的危险性;降低了热性能。3.4单排管单排管采用大截面扁平状基管钎焊蛇形铝翅片或热浸锌钢翅片。单排管是适应电站空冷凝汽器的防冻要求提出的。单排管同多排（含两排）管的比较单排管采用扁钢为基管，具有较大的纵宽比，有利于汽液的分离和防冻，有利于提高蒸汽的入口速度。单排管的管内截面面积比两排管大33%，管内蒸汽压降减少，管内不凝气体能及时抽出，防冻性能好。在同样的迎风面尺寸下，两排管束的外表面积比单排管大13%，在同样的传热面积下，两排管束占地面积比单排管占地面积小。单排管适用机械通风和自然通风，有利于降低蒸汽、空气侧阻力；有利于降低噪音和风机电耗。单排管相对多排管空气流道内污物不易沉积，便于清洗、便于查漏、消漏、维护，有利于提高换热效率等。单排管较多排（包括两排）管运行背压低、经济性好。单排管与多排（包括两排）管的空冷凝汽器在不同的环境温度下，汽轮机排汽机背压特性曲线见图5图5多排管空冷凝汽器整个排汽背压曲线为碗型至0时最低。由此推算单排管比多排管的排汽背压全年可降低3kpa以上，可提高机组经济性。按哈尔滨汽轮机厂提供的满洲里深能源达赉湖2200MW空冷机组VWO工况和最大满发工况（具有相同进汽量，而不同背压）比较。全年影响背压3Kpa以上，按全年3Kpa计算，全年8760小时按年利用小时数6000小时，使用寿命按30年计，电价按0.247元/kw.h,则30年多收益：W=907.6636000300.247=121063690.8元/台机组。两台机组的收益为：121063690.82=242127381.6元此收益不考虑由于采用单排管过冷减小对提高机组热效率和风机节电的影响。7.结束语综上所述，从冷却元件的冷却效果和空冷凝器汽的安全性、防冻性及汽轮机运行的经济性、便于维护等长远考虑，直接空冷机组选用单排管是比较合理的选择。参考文献1 马义伟 国外空冷电站设计与建造2马义伟 美国HODSON STAC FLO型空冷凝汽器3马义伟 翅片管与翅片管束4张桂芝 空冷式凝汽器5王佩章 600MW火电机组直接空冷技术的开发研究6 Hamonlumm.Belgiun 新开