600MW機組首臺折流桿閉冷器的選型及應用

陳延波 呂圣杰

（華能國際電力股份公司華能汕頭電廠，廣東 汕頭 515071）

華能汕頭發電廠3號機組是廣東省首臺600MW超臨界燃煤發電機組，機組于2003年開始建設，2005年9月份通過168并網發電。由于當時在國內建設600MW超臨界燃煤發電機組正處于起步階段，對于輔機設備的選型缺乏參照性，給設備的選型增加了難度。當時選用折流桿閉冷器，因為其具有高效、節能、耐用等優點的技術創新產品，且性價比最高。這樣華能汕頭發電廠成為我國首臺600MW超臨界燃煤發電機組使用折流桿閉冷器的電廠。

本文對600MW超臨界燃煤發電機組折流桿閉冷器的技術、結構特點進行敘述，以及對其實際運行情況進行分析總結。

1 閉冷器的設計技術參數

按華能汕頭電廠廠址條件，閉式水：采用除鹽水走殼程，開式水：采用海水走管程。數量：本工程設計容量為：1x600MW，設置 2 臺65%容量的閉冷器。運行方式：夏季2臺運行，冬季1臺運行。主要設計參數見表1。

閉冷器是根據以上表1的設計參數進行設計選型，折流桿閉冷器的技術參數見表2

表2 設備技術參數

序號 項目 單位 參數9 閉式水的流量 t/h 1725 10 閉式水進出口溫度 ℃ 45/36 11 開式水流量 t/h 3800 12 開式水進出口溫度 ℃ 33/37.1 13 殼側壓降 MPa ≤0.03 14 管側壓降 MPa ≤0.02 15 端差 ℃ ≤3 16 設計的管程通流面積 m2 0.9 17 設計的管內流速 m/s 1.3 18 傳熱量 kw 17970×103 19 總的傳熱系數 w/m 2.℃ 2635 20 換熱面積 m2 1350 21 管子材質 鈦管22 管子數量 根 1868 23 管子外徑×壁厚×長度 mm Φ25×0.6×9010

閉冷器型式：臥式、單流程、外導流析流桿結構，閉冷器外形圖見圖1。

圖1 閉冷器外形圖

2 折流桿換熱器的簡介

折流桿換熱器(Rod Buffle heat exchanger)是1970年由美國菲利浦石油公司首創。最初是為了改善常規的板式折流流板換熱器的流體誘導振動而設計的。由于長期以來，一直得到國外、國內多家研究機構及相關公司的深入研究、開發及優化發展。折流桿換熱器是一種高效、節能和耐用的新型換熱設備。

2.1 折流桿換熱器的結構

折流桿換熱器的結構特點是殼程不設置產生反復換向折流的折流板，而是沿流體流動方向設置若干與換熱管束垂直的折流圈，折流圈由折流環焊上若干根折流桿組成，圖2為折流桿換熱器結構。折流桿從換熱管的四個方向不同角度固定換熱管管束，折流桿既能對管子起支撐作用，又從根本上改變了流體的流動狀況，變折流板換熱器的橫向流動為平行于管子的軸向流動，從而消除了產生流體誘導振動的根源。對流體起擾動作用藉以達到強化導熱的目的。

圖2 折流桿結構示意

2.2 折流桿換熱器工作原理及優點

折流桿換熱器的工作原理是當殼程流體順著管束流動時，遇到折流圈中的折流桿時即產生繞流，然后流體又順管束向下一個折流圈流去，如此多次擾動減薄了邊界層，增強了傳熱。同時流體改橫掠管束為順換熱管流動，徹底消除了流動死區，減少了誘導振動，而且流動阻力大為減小，污垢也不易沉積。

與傳統的折流板管殼式換熱器相比，折流桿換熱器的優點為：

1）總傳熱效率高，沒有流動死區，總傳熱系數可比折流板換熱器提高30%。

2）殼側流動阻力小，殼程總壓降可降低 50%～80%，大大節約能耗；

3）流體誘導振動大大減小，能提高換熱管的使用壽命。

4）消除了流動死區，減小了污垢沉積和腐蝕，有利于傳熱，延長清洗周期。

綜上所述折流桿換熱器的突出優點是：（1）結構緊湊，體積小，節省場地空間；（2）換熱效率高，端差小；（3）流動阻力低，節能降耗；（4）無振動，免維護，使用壽命長。

3 新型外導流折流桿換熱器的結構特點

華能汕頭發電廠3號機組的閉冷器是新型外導流折流桿換熱器的結構。該結構技術是傳統折流桿技術的改進創新，管束結構與傳統的基本相同，改進在殼體流體的進出處，即在殼程流體進、出口處設置外導流筒，導流筒所包圍的殼體范圍內開有大量小孔供流體進出，見圖3。殼程流體在導流筒內環繞筒體圓周經過小孔分散低速進、出管束，避免了殼程流體在進、出管束時高速噴射直接沖擊管子的情況。該結構設計不但能從根本上消除了振動源，而且提高了總傳熱系數。

圖3 外導結構示意

4 折流桿閉冷器的運行情況

華能汕頭發電廠3號機組的閉冷器從安裝、調試、運行到發稿前，都是良好的。于2006年4月發電機組經過半年多的正常并網發電后。受華能汕頭電廠委托，依據《華能汕頭電廠二期1×600MW擴建工程超臨界燃煤發電機組 閉式循環冷卻水熱交換器采購合同》有關內容，西安熱工研究院有限公司針對二期 1×600MW機組的閉式循環冷卻水熱交換器進行性能試驗，為華能汕頭電廠驗收該閉式循環冷卻水熱交換器提供理論依據。同時，也是對新型外導流折流桿閉冷器設備的性能考核。性能考核指標及實際試驗情況如下：

4.1 閉冷器的技術參數

閉冷器的技術參數見表2。

4.2 性能保證

? 管側壓降：≤0.02MPa；

? 殼側壓降：≤0.03MPa；

? 端差：≤3℃ （閉式水回水與循環水進水溫度差）；

? 閉冷器的換熱性能：≥2635 w/m2.℃；

4.3 試驗原始數據

試驗時間2006年4月20日14:15～15:15，試驗原始數據見下表：

注：試驗時一臺閉冷器（B）運行。

4.4 試驗結果計算

序號 測試項目 單位 數據1 機組負荷 MW 622.182 2 閉冷水壓降 kPa 27.0 3 循環水壓降 kPa 11.7 4 閉冷器出口端差 ℃ 2.2 5 對數傳熱溫壓(溫差) ℃ 2.82 6 閉冷水放熱量 kW 11365.8 7 試驗傳熱系數 W/(m2℃) 2985

4.5 試驗結論

（1）閉式循環冷卻水熱交換器的出口端差為2.2℃，小于設計值（3℃）。

（2）閉式循環冷卻水熱交換器的管側壓降為 11.7kPa小于設計值 0.02MPa，殼側壓降為 27.0kPa小于設計值0.03MPa。

（3）循環水實測流量為4354 m3/h，比設計值3800 m3/h大554 m3/h。

（4）閉冷水實測流量為2723 m3/h，比設計值2650 m3/h大73 m3/h。

（5）閉式循環冷卻水熱交換器的試驗傳熱系數為 2985 W/(m2℃)大于設計值2635 W/(m2℃)。

（6）循環水和閉冷水的實測流量都比設計值，原因是實際水阻比設計值小。

5 結論

華能汕頭發電廠3號機組作為國內首臺選用折流桿閉冷器的600MW機組，不但經西安熱工研究院有限公司試驗測試結論得知閉冷器的各項技術性能指標均優于合同要求，且在這7年多的實際運行中，該設備從無需要維護、維修，一直運行良好。該結構的閉冷器具有換熱效率高、節能降耗、免維護等優點，適合推廣使用。

[1]蘭州石油機械研究所.換熱器(上、中、下冊) [M].中國石化出版社.

[2]姚仲鵬,等.傳熱學[M].北京:北京理工大學出版,1995.

[3]中華人民共和國國家標準.GB151-1999,管殼式換熱器[M].北京:中國標準出版社.

[4]錢頌文.換熱器設計手冊[M].北京:化學工業出版社,2002.

[5]西安熱工研究有限公司.華能汕頭發電廠 3號機組性能考核試驗報告.