折流杆换热器在火力发电厂低压加热器上应用

[ 字号: ] [ 关闭 ] 2009-1-7 12:01:29 来自网络 作者:admin 浏览次数: 发表评论

关键词:换热器 热管

现在的火力发电机组中,从25MW到300MW机组的低压加热器几乎全部采用的是U型管折流板式换热器,它的结构特点是换热管为铜合金光管,为适应热膨胀的要求,一般设计成U形结构。壳侧采用折流板,它使壳程流体反复横向流过管束,增大了流体湍动,提高了壳程传热系数,同时对换热管起到支撑作用。但这种结构和流体流动方式有如下严重缺陷:(1)流体反复横向流过管束,容易激发管束振动,即产生换热器的流体诱导振动,这种振动常常使换热管破裂。据统计,换热器初次使用一个月后就有换热管破裂的情况发生。(2)流体反复横向冲刷管束并不断改变流动方向会产生较大的形体阻力,往往超过允许的压降值。(3)存在较大的流动死区而引起局部换热系数降低,结垢严重。长期以来,韶关发电厂8号机(机组容量为200MW)的4号低压加热器由于流体横向冲刷管束引起U行弯头及换热管与管板连接处破裂,加之蒸汽腐蚀的影响,也引起管身的破裂,经常需要堵管,造成停机,损失很大。因此,在1998年初决定对其实施改造。改造方案是用折流杆换热器代替折流板换热器,原换热器的壳体不动,附属设备及管接口均不变,只更换换热器器芯,换热管由原来的19×1mm锡黄铜管换成19×2mm锅炉用无缝钢管,换热管与管板的连接采取先用亚弧焊接然后再胀接的方式。加热器为垂直布置。这样改造方便易行而且成本低。改造由原电力工业部茂港电力设备厂完成。换热器的设计参数见表1。

  

2 折流杆换热器结构特征及其性能特点
2.1 结构特征

  

  结构设计与折流板换热器比较,折流杆换热器结构特点主要表现在管束上(如图1)。它用折流杆圈组件代替传统折流板支承换热管并提高壳程流体的湍动性能。折流杆圈是由一个支承环和一些折流杆组成(见图2)。折流杆圈的组合方式如图3所示。由4个折流杆圈按W、X、Y、Z组成一组,在组内4个折流杆圈的彼此相位差为90°,实现对换热管的4个方向的支承(见图4)。除管束外,流杆圈的组合方式如图3所示。由4个折流杆圈按W、X、Y、Z组成一组,在组内4个折流杆圈的彼此相应差为90°,实现对换热管的4个方向的支承(见图4)。除管束外,折流杆换热器的其它结构与传统折流杆换热器的其它结构与传统折流板换热器基本相同,允许按传统设计方法进行设计。
2.2 性能特点
  (1)在这种换热器中,传热管由折流栅支撑,折流栅又由折流杆和折流环组成,具有良好的弹性性能。同时传热管与折流杆为圆弧接触,四周均被固定,能有效地防止换热管的破坏振动。
  (2)折流杆对传热管起支撑作用的同时,又增大了流体的湍动,提高了壳程传热系数。这里流体湍动的提高是借助流体流过折流环和折流杆时的文丘里效应和涡流脱体来实现的,没有改变流体流动方向。壳程流体主要是呈轴向流动,与管内流体流动过程基本相同,可以使换热器产生最佳的热力和水力效果。
  (3)在折流杆换热器中,壳程流体不存在横向流过管束,基本消除了流体诱导振动的因素,同时壳程压降比折流板换热器明显减小。(4)壳程流体大体一致的轴向流动基本消除了流动死区,减少了污垢的沉积。
3 折流杆换热器的使用效果
  20世纪70年代,美国Phillips公司首先开发了折流杆换热器,80年代进入我国。目前这种新型的换热器在国外已得到广泛的应用,在我国也已从研究、试验阶段走向了实际应用,但仅仅局限于石化行业,在电力行业还从未使用过。韶关发电厂8号机的4号低加的改造是第一次使用折流杆换热器。改造后的加热器于1998年年底投入使用。在1999年10月,广东省电力试验研究所对其进行了性能验收试验。试验在满负荷下进行了两次,均达到了设计要求。试验的测量值及计算值列于表2。由表2可以看出,在满负荷(200MW)下,温升为21℃,出水端差小于5℃,完全达到了设计要求。这次改造是在原壳体不改变的情况下进行的,在固定的壳体内径下进行折流杆换热器的布管。由于换热管外径都是19,因此,换热面积在改造前后基本相同。在达到相同的运行参数条件下,虽然改造后的换热器换热面积没有减少,但与改造前的折流板换热器比较仍具有以下优点:
  (1)换热管由铜管改为钢管,钢管的导热系数比铜管的小,而且换热管管壁增厚,在相同的传热面积下达到同样的传热效果,说明折流杆换热器比折流板换热器的传热性能好。


  

  

   (2)换热管由19×1mm铜管改为19×2mm锅炉用无缝钢管,换热管与管板的连接采用先焊后胀的方式,换热器芯抗腐蚀性、抗冲击性、抗振性增强。因此换热器的使用寿命延长。实际上,改造后的折流杆换热器从投入使用到目前为此三年多的时间还没有换热管破裂的现象发生。
  (3)改造后的换热器壳侧的压降比改造前的降低。(4)锡黄铜管比锅炉用无缝钢管贵得多,换热管由铜管改为钢管,在相同的换热面积达到同样的使用效果情况下,换热器的成本大大降低。
4 折流杆换热器在火力发电厂回热系统推广应用问题探讨 
   折流杆换热器在韶关电厂的应用表明,折流杆换热器可以完全取代折流板换热器。折流杆换热器的制造与折流板换热器比较起来要注意两点:首先,对于折流板换热器只需进行管板与折流板孔的配钻,就可满足管束组装要求。而对于折流杆换热器管板孔的加工,则须保证管板孔间的管间距具有允许的位置度,才能保证换热管顺利穿过两个管板。其次,折流圈上折流杆的间距也必须控制在装配上允许的公差范围内,才能顺利进行管束的组装。一般地说,凡具有制造传统折流板管壳式换热器的厂家,在设计制造一些简单而必要的工艺装备之后,都有能力生产折流杆管壳式换热器,不需添置专用设备。电厂回热系统中的低压加热器或高压加热器,都是壳侧走蒸汽,管侧走水。壳侧为蒸汽冷凝放热,其传热系数远大于管侧。本文作者在对韶关电厂低压加热器进行热力设计时也发现传热热阻主要集中在管侧。这样势必在管内形成热量传递的喉口效应。如换热管采用缩放形不锈钢管,那么管内换热将被强化,整个换热器的传热性能将大大提高。与铜管加热器相比,不锈钢管芯抗腐蚀性、抗冲击性、抗振性强,从而减少了振动腐蚀造成的泄漏和损坏的机率。此外,对于直流锅炉来说,回热加热器采用了不锈钢管芯后可实现给水水质的无铜化运行,减少了铜离子在锅炉管道及汽轮机通道等处的堆积,减少了锅炉爆管等事故的发生。因此,对于电厂回热系统中的低压加热器或高压加热器,采用折流杆缩放形不锈钢管换热器将会取得比较理想的效果。

  

5 结束语
  对于目前火力发电厂回热系统中旧加热器的改造,在不改变壳体及附属设备的情况下,采用折流杆换热器器芯,换热管为锅炉用无缝钢管,完全可以满足性能要求,而且成本降低、使用寿命延长;对于整台加热器的制造,可以采用缩放形不锈钢管折流杆换热器,预期可有效提高换热性能,减少换热面积,实现给水水质的无铜化运行。
 



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