提高发电机组空冷器换热效率技术研究

提高发电机组空冷器换热效率技术研究

古江华

（河南能源义煤热电分公司河南省义马市472300）

摘要：随着新结构、新材料和新设计手段的运用，空冷汽轮发电机单机容量不断增大，因为不需要严格的气体密封和水密封要求，以及相应的氢系统和水系统，所以其可靠性高，运行成本低。空冷发电机具有系统简单、安装周期短、启停方便、运行经济、可靠性高、维护检修方便等突出优点，近年来200MW容量及以下空冷发电机的应用日渐增多。基于此，本文主要对提高发电机组空冷器换热效率技术进行分析探讨。

关键词：发电机组；空冷器；换热效率；提高技术研究

前言

直接空冷凝汽器作为空冷机组的冷端系统，其换热效率对机组效率的影响相当。空冷凝汽器的效率直接受到空冷管束内外流动换热状况的影响，为了提高空冷组的效率，有必要对直接空冷管束内外流动换热特性进行研究。义煤热电分公司2×12MW机组空冷机采用型号为KR45×13-2740，冷却水量为125M3/H，空气量为４.３２×１０４M3/H，进水温度为３３℃，出水温度为４０℃，组数：４，最大工作压力：１.９６×１０5PA，总容量：４５０KW，出厂试验水压：５.８８×１０５PA，安装试验水压：２.９４×１０３PA，气体阻力压降：２９４PA。

1、实施背景

公司冷却塔循环水来源多、水质不能保证，造成冷却塔水质差杂质含量高、原水硬度大。运行中极易造成空冷器管道堵塞及结垢，进而影响空冷器换热效率，造成发电机进口风温高，影响发电机负荷。且发电机空冷器原设计为母管式连接，维修空冷器必须停运机组，影响发电机负荷。

2、改造方案：

2.1对2017年度空冷器运行情况进行统计分析：

1）全年1#发电机组因空冷器换热效率低，发电机进口风温高停运检修3次（通过观察空冷器进口风温，判断空冷器换热效率），均发现空冷器堵塞严重，管壁不同程度结垢。

2）2017年5月—9月因空冷器换热效率低，机组频繁降负荷运行。通过现场调查也证实了空冷器堵塞、结垢是造成空冷换热效率低的重要因素。我厂冷却塔循环水来源多，多为矿井水、回收水，水质差，客观存在，无法解决。

3）通过重点对发电机进口风温进行调查，当空冷器堵塞及结垢造成发电机进口风温超过55℃时，就必须停运发电机进行空冷器疏通、酸洗，否则严重影响发电机负荷。而空冷器从“换热效率降低”至“停机处理”这段时间内，不能进行单组疏通、酸洗，需机组停运，方能处理。

表1：发电机进口风温变化对负荷的影响

表2：2017年5月—9月报表记录发电机进口风温平均值

2.2改造方案：

1）将空冷器由母管式连接改为单列运行：通过在每组空冷器进出口处加装阀门，使单组空冷器运行方式从母管式连接变为单列运行，空冷器出现故障时，可通过关闭单组进出口阀门，使单组空冷器退出运行，进而在机组不停运的情况下进行检修作业。共计在进出口管道上加装DN80阀门8个。

2）空冷器室内加装备用换热器：利用原锅炉省煤器管道制作换热器。利用厂区井水接入换热器，对空气进行冷却。共计加装4组换热器，增加换热面积8㎡。单组情况如下图：

3、主要内容及创新点：

3.1改变空冷器运行方式

通过在每组空冷器进出口处加装阀门，使单组空冷器运行方式从母管式连接变为单列运行，空冷器出现故障时，可通过关闭单组进出口阀门，使单组空冷器退出运行，进而在机组不停运的情况下进行检修作业。

3.2在空冷器室内加装换热器

有效地增加了换热面积，降低了发电机风温。

4、完成时间与效果分析：

（1）改造于2018年6月底完成。

（2）改造后运行效果：

1）7月—8月在机组正常运行情况进行下疏通空冷器1次。

2）发电机进口风温平均值与2017年同期对比

改造后的运行情况可以看出，改造后当空冷器发生堵塞、结垢影响空冷器换热效率、影响发电机负荷时，通过单列运行空冷器和备用换热器的投入，依次疏通空冷器管道，能实现在机组不停运的情况下进行空冷器检修作业，提高了空冷器换热效率，有效提高了发电机负荷。

通过2018年7、8月份的运行情况可以发现，有效的降低了发电机进口风温。

（3）经济效益：

按照改造后7、8月份运行数据发电机进口风温平均值最低降低2℃，每降低1℃进口风温影响负荷0.3MW计算。

每天经济效益约为：0.3×103×24(小时)×2（℃）×0.5522元/度=7951.68元=0.795万元。

年经济效益（按有效使用时间5个月计算）约为：0.795万元×150天=119.3万元。

成本费用=人工费-材料费-制作安装费=21+1.3+1.7=24万

直接经济效益=（119.3-24）×（1-所得税）=119.3×（1-25%）=89.5万元。

5、结语

直接空冷系统作为一种凝汽设备，是汽轮发电机组的重要辅机之一，是火力发电厂热力循环过程中的重要环节，对于整个电站的经济安全运行具有决定性的影响。直接空冷系统采用热容量比较小的空气作为冷却介质，冷端散热能力差，同容量的空冷机组与湿冷机组相比，空冷机组存在发电热耗高、经济性差等固有缺陷。

从目前已经投运的直接空冷机组运行情况来看，国产空冷机组还存在很多问题：厂用电率高、供电煤耗高、热风回流现象和换热管束积灰等。我国的空冷技术起步较晚，空冷技术设计能力相对比较弱，目前，直接空冷技术在我国的应用还主要以引进国外技术为主。空冷凝汽器的流动传热性能是空冷机组设计和优化的基础，为实现对空冷技术进行吸收、提炼，继而国产化的目标，有必要对直接空冷凝汽器翅片管束内外流动换热特性进行深入的理论分析研究，为进一步设计传热系数高、流动阻力小、具有优良的防冻和抗污染特性的高效直接空冷凝汽器奠定基础。

参考文献

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[2]周兰欣,白中华,李富云,等.管型和长宽比对空冷散热器换热特性的影响[J].汽轮机技术,2007,49(6):417-419

[3]高猛,周国兵.带斜截半椭圆柱面空冷器的传热和流阻特性数值模拟[J].化工学报,2011,62(5):1252-1257