凝汽器仿生雙連樹型管束優化布置在電廠中的應用

俞啟云， 鄒曉輝

凝汽器仿生雙連樹型管束優化布置在電廠中的應用

俞啟云， 鄒曉輝

（華電電力科學研究院，浙江 杭州 310030）

大型火電機組凝汽器改造前存在傳熱特性差現象，嚴重影響機組的經濟性，采用仿生雙連樹型布管方式對凝汽器進行改造，并進行改造后性能鑒定試驗。結果表明：該布管方式是可行的，在設計循環水溫度、流量、凝汽器熱負荷相同的條件下，改造后的凝汽器真空能達到設計值。

凝汽器； 管束布置； 性能分析； 流動與傳熱特性

0 引言

凝汽器是汽輪機冷端系統中的主要設備，在系統中起著“冷源”的作用，降低冷源溫度就能提高系統的循環熱效率，因此凝汽器性能的好壞將直接影響機組的出力及經濟性。影響凝汽器性能因素有很多，其中之一便是在凝汽器殼側的蒸汽流動和換熱狀況不理想，而這取決于冷卻管束的布置。因此，具有合理的管束布置是確定凝汽器性能的必要條件。

國內外研究人員在凝汽器性能提升方面做了大量工作，鐘達文[1]等人在凝汽器性能數值模擬與布管原則方面做了相關的研究，總結出一些凝汽器布置基本原則；候平利[2-6]通過數值方法研究凝汽器熱力性能及相應的改造措施；范鑫[7]等人通過現場試驗的方法來評價凝汽器布管性能；孟建安[8]等人在理論及數值分析的基礎上提出凝汽器管束布置方法。結合數值仿真結果與性能試驗來驗證仿真模型的可行性，并評價凝汽器布管優化效果。

1 凝汽器改造

1.1 存在問題

某電廠300MW與600MW機組凝汽器在額定負荷工況下，凝汽器壓力分別較設計值高0.451kPa和1.33kPa。分析主要原因，一是機組投產時間較長，水側銅管表面會出現腐蝕坑，壁厚減薄現象，嚴重情況會出現網格狀腐蝕裂紋，銅管泄露問題，經現場統計堵管總數達到幾百根，致使凝汽器的換熱面積不斷減少，影響凝汽器傳熱，降低真空，導致電廠循環熱效率低下、能耗增加。二是凝汽器冷卻管結構布置不合理，相對落后，不能形成明確的進汽通道和排汽通道，導致局部管束中局部出現渦流，造成總體傳熱系數低。三是凝汽器運行清潔系數偏低。膠球清洗系統運行效率不高，造成凝汽器清潔系數偏低，結垢嚴重，降低凝汽器換熱能力。

1.2 凝汽器管束布置

1.2.1 改造前管束布置

該廠凝汽器采用的是德國B-D公司模塊化式布管技術，或者稱為TEPEE布管，為目前國內普遍采用的布管設計之一。該凝汽器布管基本合理，其優點是管束汽阻小、回熱效果好、過冷度小；但其蒸汽流動存在壓力梯度場和流速分布不均勻現象，特別是存在一定的漏汽，在凝汽器氣密性中等情況下，其性能不滿足按HEI設計工況。

1.2.2 仿生雙連樹型管束優化

針對設計不太合理的問題，主要表現在回熱通道的合理分配、空冷區位置和結構合理設計、管束氣阻均勻性設計、擋汽板和擋水板的合理設計等，進行凝汽器仿生雙連樹型管束優化布置，該優化布置方法是根據自然界樹木結構，將冷卻管布置成兩樹相連的形狀,并在外圍設有枝杈狀結構，以增加蒸汽進入管束的通流面積。雙連樹型管束布置在管束外設置了假想分割線，以假想分割線和空冷擋汽板為界，將管束分為樹枝疏松管束區、樹干密集管束區、漸縮型空冷區和樹干中心抽氣通道。其仿生管束布置圖如圖1所示。

圖1 仿生雙連樹型管束圖

1.3 凝汽器改造前后技術規范

300MW、600MW機組改造前后設計數據見表1。

表1 凝汽器改造前后設計數據

2 改造效果

凝汽器布管優化改造后，按照《凝汽器性能試驗規程》進行凝汽器性能考核試驗，為評價改造后凝汽器的性能是否達到設計要求，需要與保證值進行比較，但是保證值是在設計條件（循環水進口溫度、循環水流量和凝汽器熱負荷均為設計值）下計算得出的。因此需進行循環水進口溫度、循環水量及凝汽器熱負荷修正。本次改造后性能試驗是委托西安熱工院進行性能測試，300MW及600MW機組凝汽器改造后的數據見表2。

凝汽器性能鑒定試驗結果表明：對循環水流量、進水溫度以及凝汽器熱負荷進行修正后，300MW機組凝汽器改造后機組負荷在316MW工況下，凝汽器修正后端差為2.8℃，水阻64.12kPa，修正后凝汽器背壓為4.44kPa，低于機組的設計背壓4.9kPa；600MW機組凝汽器改造后機組負荷在632MW工況下，凝汽器修正后高低壓傳熱端差為8.2/4.17℃，水阻為45.87kPa，凝汽器修正后平均背壓為4.908kPa，基本達到設計4.9kPa的保證性能。

表2 凝汽器改造后性能數據

3 結語

仿生雙連樹凝汽器管束優化布置經工程運用得出以下結論：

（1）仿生雙連樹凝汽器管束優化布置方法，從仿真設計到實際應用是可行的，可以應用到300MW及600MW機組凝汽器改造項目中。

（2）通過改造后凝汽器性能試驗結果可以看出，仿生雙樹連凝汽器管束優化布置方法，能提高凝汽器經濟性能。

[1]鐘達文，曾輝，等.凝汽器性能的數值模擬與布管原則[J].工程熱物理學報，2014，35（1）：123-127.

[2]候平利，俞茂錚，等.雙流程凝汽器汽相流動與傳熱特性的準三維數值分析[J].西安交通大學學報，2003，37（5）：459-462.

[3]王學棟，袁建華，等.300MW機組凝汽器改造的數值模擬及性能分析[J].汽輪機技術，2010，52（2）：150-154.

[4]王學棟，欒濤，等.改造前后凝汽器性能的數值模擬與分析[J].動力工程，2009，29（4）：320-325.

[5]汪洋，汪國山，等.N-11220-1型凝汽器的熱力性能分析與改造措施探討[J].汽輪機技術，2004，46（4）：283-286.

[6]曾輝，孟繼安，等.N-17000型凝汽器的熱力性能的數值分析[J].工程熱物理學報，2010，31（7）：1212-1214.

[7]范鑫，秦建明.300MW機組凝汽器改造后的性能測試分析[J].汽輪機技術，2011，53（3）：217-219.

[8]孟繼安，李志信.管束布置對凝汽器性能影響的燦積分析及其應用[J].科學通報，2016，61（17）：1878-1887.

Application of Optimal Arrangement of Bionic Double Connected Tree Bundle in Power Plant

YU Qi-Yun，ZOU Xiao-hui

（Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China）

Before the retrofit of the condenser of large thermal power plant，there is a phenomenon of poor heat transfer characteristics,which seriously affects the economic performance of the unit,In this paper，the structure of the condenser is modified with a bionic double connecting pipe，and the performance evaluation test is carried out after the retrofit.The result shows that the retrofit plan is feasible，and the design of the condenser vacuum can reach the design value under the condition that the circulating water temperature，flow rate and condenser heat load are the same

condenser； tube bundle collocation； performance analysis；flow and heat transfer characteristics

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.04.007

TM621

B

2095-3429（2017）04-0033-03

俞啟云（1984-），男，安徽宣城人，碩士，工程師，從事電廠汽輪機及熱力系統熱經濟性分析及改造研究。

2017-07-05

修回日期：2017-08-16