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    電網(wǎng)中換熱器提高效率的方法研究

    2012-04-13 15:35:04吳開波
    時代農(nóng)機(jī) 2012年7期
    關(guān)鍵詞:油器翅片管光管

    吳開波,楊 豪,徐 聰

    (中國礦業(yè)大學(xué)化工學(xué)院,江蘇 徐州 221116)

    熱電廠汽機(jī)冷油及給水泵的冷換設(shè)備因為夏天循環(huán)水溫度高(37℃),而原設(shè)計由于未充分考慮到冷換管壁結(jié)垢后影響冷換效果的因素,在夏季被迫摻用或直接用工業(yè)水(地下水)進(jìn)行冷卻,達(dá)到維持設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的目的,由此,約300t/h工業(yè)水流入冷卻水塔,造成水塔水位長期處于高位,導(dǎo)致水塔長時間不能補(bǔ)入軟化水,水質(zhì)變差,不得已加大循環(huán)水排污,從而造成循環(huán)水濃縮倍率偏低,最終導(dǎo)致工業(yè)水耗量增加和凝汽器換熱管束因腐蝕發(fā)生泄漏的可能性增大,為此,必須對汽機(jī)及輔機(jī)的冷換設(shè)備進(jìn)行必要的技術(shù)改造。

    受條件限制,改造時需要把握兩個原則,一是不影響正常生產(chǎn),二是減少動改工作量,減少投資。為此,經(jīng)過廣泛調(diào)研和論證,利用比較成熟和先進(jìn)和翅片管換熱技術(shù),將原冷換設(shè)備中的光管改造成雙金屬翅片管管束,增加了有效的冷卻面積,從而提高冷油器的換熱效果。

    1 換熱器介紹

    用普通的圓管(光管)組成的熱交換器,在很多情況下,管外流體和管內(nèi)流體對管壁的換熱系數(shù)是不一樣的。所謂換熱系數(shù),是指單位換熱面積,單位溫差(流體與壁面之間的溫差)時的換熱量,它代表流體和壁面之間的換熱能力的大小。

    例如:水在壁面上凝結(jié)時的換熱系數(shù)為:10000~20000W/(m2.)。

    水在壁面上沸騰時的換熱系數(shù)為:5000~10000W/(m2.℃)

    水流經(jīng)壁面時的換熱系數(shù)大約為:2000~10000W/(m2.℃)

    空氣或煙氣流經(jīng)壁面時的換熱系數(shù)為:20~80W/(m2.℃)

    空氣自然對流時的換熱系數(shù)只有:5~10(W/m2.℃)

    由此可見,流體與壁面之間的換熱能力的大小相差是很懸殊的。因此換熱器的換熱效果取決于換熱系數(shù)低的一側(cè),即為換熱瓶頸。

    要提高換熱效果最有效的方法之一就是在低側(cè)采用擴(kuò)展表面,即做成翅片管。假定翅片管的實際傳熱面積為原來的光管外表面積的若干倍,雖然換熱系數(shù)仍然很低,但總體的傳熱效果將大大增加,從而使整個傳熱過程增強(qiáng),在總傳熱量一定的情況下,也可以使設(shè)備的金屬耗量減小,經(jīng)濟(jì)性提高。

    2 “復(fù)合雙金屬翅片管冷卻器”技術(shù)

    (1)翅片管冷卻器單位體積的換熱面積一般要比光管冷卻器大出5~10倍。換熱管采用銅鋁復(fù)合雙金屬翅片管,即銅管與鋁管復(fù)合后,在專用機(jī)床上軋出鋁翅片,銅鋁結(jié)合為一體,其間無熱阻。

    (2)由于翅片的特殊結(jié)構(gòu)和翅片管合理的布置,使流體在通道中形成強(qiáng)烈的湍流,并使熱邊界層不斷的破壞,從而使其換熱效率比傳統(tǒng)的光管得到很大的提高,并且具有自清潔作用,翅片污垢不易積存。

    (3)保證換熱效果的前提下減少換熱管子的數(shù)量,減少金屬的消耗率,這樣可以使得管板應(yīng)力分布均勻,不易泄漏。采用雙層金屬材料,而基(襯)管由一層鋁壁保護(hù),抗腐蝕,對溫度突變及振動有良好的抗力,不易泄漏。

    (4)鋁翅片很薄,結(jié)構(gòu)緊湊,重量輕,既是主要的傳熱表面,又是兩隔板的支撐,故強(qiáng)度高。

    (5)采用防止電化學(xué)腐蝕的特殊措施,保護(hù)冷卻器管板。

    (6)阻力以不大于100kPa為宜。根據(jù)不同冷熱介質(zhì)流量比,換熱器板間流道內(nèi)介質(zhì)平均流速以 0.30.6ms為宜。可參照表1選用不同形式的板式換熱器,表中非對稱型板式換熱器流道截面積比為2采用對稱型或非對稱型、單流程或多流程板式換熱器,均可設(shè)置換熱器旁通管,但應(yīng)經(jīng)詳細(xì)的熱力計算。

    3 改造實施情況(以給水泵冷油器為例)

    (1)改造要求。由于熱電廠原汽機(jī)及輔機(jī)的冷換設(shè)備所占空間的限定,且考慮到在不影響生產(chǎn)的前提下,盡量縮短改造時間及減少改造的工作量,要求主冷油器的改造在不停機(jī)情況下進(jìn)行,這就要求主冷油器的接口定位尺寸與外形尺寸不能改變,給水泵冷油器也存在類似的要求,因此改造后的冷油器必須考慮在限定的空間內(nèi)布置更大換熱面積的換熱元件,并且要采用其它措施以強(qiáng)化傳熱。

    給水泵冷油器采用俄羅斯的銅鋁“復(fù)合雙金屬翅片管”技術(shù),用銅鋁復(fù)合雙金屬冷軋翅片管作為傳熱元件,代替原來的光管。

    (2)技術(shù)指標(biāo)。①冷油器進(jìn)口最高油溫:≤60℃;②冷油器出口油溫:35~45℃;③冷油器進(jìn)口水溫:≤37℃;④冷油器管承壓力:0.2MPa;⑤冷油器殼承壓力:0.5Mpa;⑥循環(huán)水水質(zhì)情況:電導(dǎo)率:3348US/cm2,懸浮物含量:94mg/L。

    (3)設(shè)計要求。經(jīng)綜合分析,采用俄羅斯的銅鋁“復(fù)合雙金屬翅片管”技術(shù),根據(jù)現(xiàn)場的溫度、流量參數(shù)要求,計算分析確定合適的流體空間,布置足夠的換熱面積;并根據(jù)透平油的邊界層特點設(shè)計翅片高度與節(jié)距,加強(qiáng)油流體的湍流,增大傳熱系數(shù),增加換熱量,改善其換熱效果。①換熱管采用銅鋁復(fù)合雙金屬翅片管,即銅管與鋁管復(fù)合后,在專用機(jī)床上軋出鋁翅片,銅鋁結(jié)合為一體,其間無熱阻。②鋁翅片外徑φ24,翅片節(jié)距2.3mm。根據(jù)透平油的邊界層厚度,對翅片高度和節(jié)距進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計,最大可能地減少了油流體邊界層的影響,強(qiáng)化了油側(cè)的傳熱,提高了整體傳熱系數(shù)。③基管尺寸為φ16×1,材質(zhì)為加砷錫黃銅,錫的作用在于抑制黃銅脫鋅,提高黃銅的耐蝕性;加少量的砷是為了防止應(yīng)力腐蝕。④設(shè)計該冷油器殼體直徑為φ377,換熱管有效長度為1.44m,換熱面積為15m。⑤在保持原殼體不變的情況下,有效地增大冷油器的換熱面積。翅片的特殊結(jié)構(gòu)和翅片管合理的布置,使流體在通道中形成強(qiáng)烈的湍流,并使熱邊界層不斷的破壞,從而使其換熱效率比傳統(tǒng)的銅管得到很大的提高。⑦保證換熱效果的前提下排列換熱管的數(shù)量要少,這樣可以使得管板應(yīng)力分布均勻,不易泄漏。⑧用雙層金屬材料,基(襯)管由一層鋁壁保護(hù),抗腐蝕,對溫度突變及振動有良好的抗力,不易泄漏。⑨鋁翅片很薄,結(jié)構(gòu)緊湊,重量輕,強(qiáng)度高。⑩將殼體直徑增加至φ590,高度不變,接口尺寸不變。此方案可布管306根,冷油器的換熱面積增至68m2,比原來的40m2增加了67.5%;水側(cè)通流面積為0.0236m2,水速1.2m/s。這樣不僅換熱面積得到有效增加,水速也從原0.9m/s(偏低)提至 經(jīng)濟(jì) 安全水速1.2m/s,使水側(cè)傳熱系數(shù)有效提高,且由于高度與原殼體保持不變,接口尺寸不變,并不增加安裝工作量,還可以較容易地將原管板易泄漏的密封方式改為結(jié)構(gòu)簡單且更不易泄漏的新密封方式。

    4 結(jié)語

    我們對液力耦合器冷油器電機(jī)空冷器等同時進(jìn)行了相應(yīng)改造。技術(shù)改造完成后,在夏季用循環(huán)水(37℃)冷卻,仍可保證冷換設(shè)備工質(zhì)側(cè)油溫、風(fēng)溫在規(guī)定范圍內(nèi),并有較大調(diào)整余量,消除了重大安全生產(chǎn)隱患。同時,可使一期循環(huán)水冷卻塔保持正常水位,節(jié)約新鮮工業(yè)水300t/h,并可向水塔補(bǔ)入足夠軟化水,提高循環(huán)水濃縮倍率,減少汽輪機(jī)凝汽器腐蝕,可以滿足經(jīng)濟(jì)與安全的。

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