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折流杆换热器在火力发电厂低压加热器上的应用

发布时间：2009/10/27 阅读次数：2500 字体大小: 【小】【中】【大】

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黄德斌,邓先和(华南理工大学教育部强化传热与过程节能重点实验室,广东　广州　510640)

1 引　言
　　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:

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