板式空冷凝汽器在汽轮机乏汽冷凝系统中的应用

来源：发布时间：2014-07-28 12:43:37点击率：

　　采用波纹板作传热元件强制冷凝汽轮机乏汽具有传热效率高、耐腐蚀、不易结垢以及节省占地面积等优点。介绍了板式空冷凝汽器在汽轮机乏汽冷凝系统中的应用情况,采用板式空冷凝汽器可以显著节约汽轮机运行的耗水量,对节能环保具有积极推动作用。

　　关键词:板式空冷凝汽器;汽轮机;乏汽冷凝;应用

　　中图分类号: TQ 051.5　文献标志码: B

　　水资源紧缺已成为国民经济快速发展的制约因素,这促使空冷设备在工业装置低温位冷凝冷却工位的大量应用。空冷器传热元件发展经历了圆管圆翅片、椭圆管矩形翅片、扁钢管钎焊铝蛇形翅片管、扁钢管矩形翅片管及波纹板片等型式[1]。以波纹板片作为传热元件的空冷设备突破了传统空冷器的结构限制, 将高效节能、结构紧凑、占地面积小的板式传热元件引入空冷器作为其传热元件。板式空冷凝汽器既具有空冷器节水效果好、环境污染小的特点,又具备板式换热器传热效率高、流通面积大、占地面积小、设备结构紧凑的特点,是一种国际首创的新型高效空冷设备。2004年以来,兰州石油机械研究所将板式空冷凝汽器应用于工业、电站用凝汽式汽轮机的乏汽冷凝工位,在节约用水和减少污水排放等方面创造了巨大的经济效益。截至2007年底,已申请两项板式空冷凝汽器专利。

　　1　板式空冷凝汽器简介

　　1.1　传热机理

　　(1)干式空冷　干式空冷以环境空气作冷却介质,横掠板片后的空气升温带走热量,达到冷凝、冷却乏汽的目的。乏汽冷凝温度通常比环境干球温度高15℃左右。

　　(2)湿式空冷　在空气入口处直接向板片(板束立放)上喷雾状水,使入口空气增湿降温,依靠降低空气入口温度、增大空气与乏汽之间的传热温差来强化传热效果。同时,直接喷淋到板片表面上的水蒸发也能强化传热。湿空冷一般适用于乏汽入口温度低于80℃的冷凝,冷凝温度可比环境干球温度高 5℃左右。

　　(3)蒸发空冷　板式蒸发空冷是将水冷与空冷、传热与传质过程融为一体且兼有两者之长的新型空冷器。它利用水蒸发汽化带走热量,降低工作介质温度,甚至可以将介质冷却到干球温度以下,接近湿球温度。空气与喷淋水流动方向相同,顺风布膜(图 1),在较低风速下便可形成利于蒸发的均匀水膜,传热效率高。与管式元件相比,板式元件外表面水膜更均匀,有效蒸发面积接近100%[2]。

　　1.2　传热元件

　　(1)换热板片　换热板片采用自主开发板型波纹板片,其具有传热效率高、流体压降小、流通面积大、传热表面光滑、结构紧凑、抗腐能力强和易清洗等优点,而且波纹板面均为一次换热面积,长周期运行传热性能可靠稳定,彻底解决了翅片管式空冷器长周期运行翅片接触热阻逐年增大导致传热效率下降的问题。板束采用单板排结构,冬季防冻、抗冻性能好,可有效防止凝结水过冷。

　　(2)板束组成　首先将2个成型的板片组焊两侧纵向长焊缝形成板管(图2),板管依次叠合形成板束。板束所有连接均为焊接连接,强度高,可靠性、致密性好。

　　1.3　特点

　　(1)传热效率高　采用波纹板片作传热元件,一般情况下临界雷诺数为100时可达到湍流,雷诺数为300时可达到湍流,且当量直径小、污垢系数低(是管壳式换热器的1/4~1/5)。同时,板式空冷凝汽器的传热面均为一次传热面,与大多数传统空冷式换热器采用的翅片(二次传热面)相比热阻小, 传热效率更高。

　　(2)抗腐蚀性能好　传热元件采用不锈钢材质, 可以达到与主机同等的使用寿命,比传统空冷器的碳钢热浸锌结构具有更好的防腐性能。

　　(3)压降低　板片相互叠放,不存在传统空冷器管间距的限制,因此板式空冷凝汽器流通面积大(是普通空冷器的4~6倍)。同时由于短边迎风,板式空冷凝汽器具有板间蒸汽冷凝及板外侧空气阻力降低的特点。

　　(4)结构紧凑　板式传热元件单位空间传热面积大,因此在完成同样热负荷的情况下,板式空冷器的体积小、质量轻、占地小,可极大节约用户的设备安装空间及成本,有效解决装置扩能改造时场地不足的矛盾[3]。

　　2　板式空冷凝汽器的推广应用

　　2005年3月,首台由兰州石油机械研究所开发研制的板式空冷凝汽器在中国石油化工股份有限公司荆门公司100×104t/a柴油加氢精制装置中作为汽轮机乏汽空冷器投入应用并取得成功。应用证明,蒸汽轮机板式空冷凝汽器技术及经济性能优异, 节能、节水效果显著。板式空冷凝汽器与普通湿式空冷器性能比较见表1。表1中数据是按设备开工率8 000 h/a,电费0.4元/(kW·h),软化水费2.7 元/t,风机每年运行8 000 h,水耗量分别为6 000 h(板式空冷器)及2 880 h(湿式空冷器)计算得出。

　　此后,在中国石油新疆石油管理局20×104t/ 甲醇项目、中国石油华北石化分公司以及山西永皓电厂等单位大面积推广应用板式空冷凝汽器,取得了非常显著的经济效益和社会效益。

　　3　结语

　　板式空冷凝汽器已发展为干式空冷、湿式空冷、蒸发空冷系列产品,可充分满足不同地区、不同工况的要求,代替水冷器能大量节约水资源。湿式空冷、蒸发空冷可替代原翅片管式空冷凝汽器,解决扩容改造时遇到的节水、节能及场地空间限制的问题。

　　截至目前,兰州石油机械研究所已提供换热面积达200 000 m2的板式空冷凝汽器。应用实践证明,板式空气凝汽器节水效果显著,可降低能耗,减少环境污染,节约设备投资,节省占地面积,综合经济性明显好于水冷器及翅片管式空冷器,符合国家产业发展政策和环境保护要求。板式空冷凝汽器对我国汽轮机乏汽冷凝技术发展、解决工业快速发展与水资源严重不足的矛盾等方面具有重要意义。

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