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電廠閉式冷卻水系統板式換熱器與管式換熱器比較點擊：2315 日期：[ 2014-04-26 22:00:41 ] |
| 電廠閉式冷卻水系統板式換熱器與管式換熱器比較及選型優化 曠仲和 (華能國際電力股份有限公司廣東分公司,廣東省汕頭市,515041) [摘要]在火力發電廠閉式冷卻水系統中,板式閉冷器入口前需要加裝過濾器及升壓泵,而管式閉冷器不需加裝。由于存在此差別,從閉式冷卻水系統整體看,通過設備投資、運行耗能、維護管理等對比分析,可以得出采用管式閉冷器的系統整體節能效果較好、系統比較簡單、基建投資及檢修維護管理費用較少的結果。要達到此結果,設計優化選型是關鍵。 [關鍵詞]閉式冷水系統;板式換熱器;管式換熱器;節能效果;優化選型 中圖分類號:TK414.2+12文獻標志碼:B文章編號:1000-7229(2008)08-0077-04 0 引言 目前在火力發電廠,一般選擇板式換熱器或 管式換熱器作為閉式冷卻水系統的閉冷器[1]。在閉冷器的選型上,設計院通常要根據具體的環境 條件及一次冷卻水水質情況進行技術經濟比較, 來選定板式或管式換熱器作為閉式冷卻水系統的 閉冷器[1]。但是在實際的選型中,往往認為這2種 換熱器都能使用,只要單獨對2種換熱器的價格進行比較,認為哪一種便宜就選定那一種。有人還 把2種閉冷器的傳熱系數進行比較,來作為選型 的依據,并沒有從2種換熱器的使用特點、不同閉 冷水系統的總的價格、運行節能效果、占地面積、 檢修維護管理費用、運行安全性等全面評價后,進 行優化選型,其結果將導致閉冷器系統基建投資 增加、運行耗能增加、維護管理費用增加和運行可 靠性降低的情況發生。有的電廠在不宜使用板式 換熱器時,采用了板式換熱器,導致板式換熱器嚴 重堵塞,影響發電設備正常運行的故障發生。本文 以有關電廠的設計情況為例,對管式換熱器與板 式換熱器結構特點、性能特點、系統特點、投資差 異、耗能差異、維護管理差異、占地面積差異等進 行程序性分析論述,為閉冷水系統優化選型,達到 節約基建投資、節能減排、系統簡單、運行可靠的 目的,提供充分依據,為電廠可靠、安全、經濟運行 提供保障。 1.國內采用管式換熱器和板式換熱器現狀 1.1部分管式換熱器的使用情況 筆者曾考察了南方沿海有關電廠的閉冷水系統,這些電廠均采用管式換熱器?？疾斓那闆r總結如下幾點: (1)除了個別電廠的管式換熱器由于設計制造 及使用不當的原因發生斷管的故障以外,全部運行 情況良好,長時間運行無管束堵塞情況,其換熱效率 及冷卻水端差達到良好效果,水阻小。 (2)換熱器入口前不需加裝過濾器及升壓泵就 可安全運行。沒有因為閉冷器發生堵塞而影響發電 設備正常運行的記錄。 (3)管口泄漏故障很少發生。 (4)個別電廠使用的閉冷器發生斷管事件是由 于設計制造及使用不當引起。此種換熱器是折流板 管式換熱器。采用進口及國內有關電力設備廠的折 流桿管式換熱器沒有斷管的記錄。 (5)不管是折流板管式換熱器還是折流桿管式 換熱器,換熱器入口前不加裝過濾器及升壓泵,都沒 有發生管束堵塞情況,在自然水溫度高的夏天仍然 能夠滿足良好的冷卻效果。 (6)基本無維護工作量。 1.2部分板式換熱器的使用情況 筆者對部分使用板式閉冷器系統的電廠進行了 考察及了解,情況總結有如下幾點: (1)在板式換熱器的入口配套加裝了自動反沖 洗的過濾器與升壓泵及相應的控制裝置及閥門管 道。 (2)對于一次水水質較好的電廠,板式換熱器運 行情況較好。但長時間運行仍然可能發生堵塞,每年 仍需進行1次或2次的解體清洗或檢查,以防止堵 塞的情況發生。 (3)對于一次水水質較差的電廠,板式換熱器運 行情況不好,短時間就可能發生堵塞。有因為閉冷器 突然發生堵塞而影響發電機組正常運行的記錄。 (4)在氣溫低的季節里,運行情況較為良好。但 在夏天的高溫季節,有些電廠的閉冷水的溫度達到 極限值,有時被迫降負荷運行。 (5)發生堵塞時需要對板式換熱器進行解體,一 片一片地清洗。檢修維護工作量較大。 (6)有些電廠原使用板式換熱器,由于使用效果不好,現改為管式換熱器,例如,珞璜電廠。但無由管 式換熱器改為板式換熱器的記錄。 2 2種換熱器及其閉冷水系統的優缺點及其差異 通過考察,可以得出如表1所示的這2種設備及其系統的優缺點對比。 3投資與節能效果等技術指標的對比分析從表1可以看出,采用管式換熱器的閉冷水系 統比采用板式換熱器的系統的優點要多。但表1中的各項只是定性分析,需要作定量分析才能得出最終結果。下面以南方沿海某電廠(HNHMDC)2×1 000 MW機組為例,進行定量分析。該電廠的循環冷卻水 及閉式水系統的一次冷卻水采用開式海水。每臺機組配2臺閉式冷卻水換熱器,1臺運行,1臺備用。 3.1閉冷水系統運行安全性分析 表1中1、2、3項可以歸類于運行安全性分析。 對于管式換熱器的閉冷水系統,影響運行安全性的 因數只有1個,那就是管式換熱器的斷管與泄漏。設 計的介質橫向流速過大引起對管束沖擊振動是引起 斷管的主要原因。在啟動操作中,在沒有把換熱器注 滿水、換熱器本體內含有大量空氣的情況下啟動換 熱器運行,也是造成管子受沖擊振動而斷管的1個 原因。管子的制造質量及管口脹管與焊接的質量是 引起泄漏的主要原因。如注意到換熱器設計與制造 質量及操作水平,這類問題可以避免。事實上這類問 題也很少發生。目前國內有關廠家開發的折流桿管 式換熱器,采用360°圓周進水,用多根圓桿對管束 進行支撐固定而取消了中間多道隔板,這極大地降低了介質的橫向流阻,從根本上避免了上述問題的發生,運行的安全可靠性提高。 對于板式換熱器,因為系統中加裝了配套的過濾器與升壓泵設備,影響運行安全性的因素至少有 4個。第1個因素是泄漏問題,這主要與板片、密封 墊的制造質量、安裝水平及密封墊的老化損壞有關。目前由于板片、密封墊的制造質量和安裝水平的提高,引起泄漏的問題比較少見。密封圈的老化損壞卻不可避免,一般使用周期在5~10年。第2個因素是堵塞問題,即使在板式換熱器前加裝了過濾器,也不可完全避免,只是時間的長短問題。第3個因素是 有時過濾器也有故障受堵。受堵的換熱器,其一次 冷卻水量急劇降低,使二次冷卻水溫度急劇升高。 第4個因素是升壓泵可能存在的泵體機械故障、出口逆止門故障、電源電氣故障、控制裝置故障等,使一次冷卻水中斷。 由于管式換熱器的安全影響因素只有1個,而 板式換熱器有4個,因此,管式換熱器的運行安全性 應高于板式換熱器。 3.2占地面積對比分析 1臺管式換熱器的外形尺寸(長×直徑)為12 m× 1.8 m。1臺板式換熱器的外形尺寸為(長×寬×高)約 3.91 m×1.36 m×3.18 m。1臺板式換熱器配套的過濾 器含進出口閥門接管的尺寸(長×寬)約5 m×1.3 m, 配套的升壓泵含進出口閥門、出口逆止門及其接管 的尺寸(長×寬)約6 m×1.3 m。1臺板式換熱器的總的 安裝尺寸應為板式換熱器、過濾器、升壓泵及其閥門 管道接口的總和(長×寬)為14.91 m×1.36 m。因此,這 兩者的占地面積是相當的。 3.3技術性能及其能量消耗比較(表2) 板式換熱器與管式換熱器海水量耗功計算如 下: 每臺汽機配套3×33.3%容量的循環水泵,單臺 循環水泵軸功率2 200 kW,流量11 m3/s,1臺機組共 3臺循環水泵同時運行,那么單位體積流量的耗功為(2 200×3)/(11×3×3 600)=0.056 kW·h/m3。1臺板式 閉冷器耗功4 387×0.056=246 kW。1臺管式閉冷器耗功6 000×0.056=336 kW。 從表2可以看出: (1)閉冷水系統的綜合耗功:1臺板式換熱器閉 冷水系統比1臺管式換熱器閉冷水系統耗功多119 kW。 如果全年按可用小時6 000 h、發電煤耗率按 0.285 kg/(kW·h)計算,2臺機組的管式換熱器閉冷水 系統比板式換熱器閉冷水系統要節省406 980 kg 標煤。運行30年計算,要節省12 209.4 t標煤。 (2)在保證主要性能即相同的出力、端差的情況 下,管式換熱器的單個流道面積比板式換熱器要大 得多;管式換熱器的一次冷卻水的水阻比板式換熱 器要小得多。 (3)在采用相同鈦材的情況下,板式換熱器的傳 熱系數較大。這是板式換熱器的一個優點,這個優點 對制造廠家有好處,可以降低制造廠家的材料消耗 及生產成本。在技術評標中,把傳熱系數的高低當作 用戶要求的性能指標進行評比,是不適當的。用戶要 求的性能指標是出力、端差、水阻、能耗、結構特點 (例如,介質通流面積大,不易堵塞)及價格。在設備 使用中,用戶采取有關措施(例如,清除換熱材料上 的污垢)提高傳熱系數,則可以達到節能的效果。 3.4設備投資費用的比較 從系統考慮,由于板式換熱器必須加裝升壓泵、自動排污過濾器及相應的閥門及管道、控制、電源等,而管式換熱器則不需要,價格高低應以系統配套的所有設備進行比較,見表3。 從表3看出,如果單從換熱器本體比價格,板式換熱器可能比管式換熱器要低。但是從系統看,2臺機組的板式換熱器閉冷水系統的投資比管式換熱器閉冷水系統要高237.4萬元。 板式閉冷器系統增加的升壓泵及過濾器閥門管道,其安裝調試費用相應增加。 2臺機組按升壓泵與過濾器及閥門管道的總價 (195.64+149.80+40)的24%取費標準估算安裝調試 費(概算值)為92.5萬元。 3.5運行維護管理比較 管式換熱器閉冷水系統簡單。管式換熱器是一 種基本免維修的產品。當熱交換器發生泄漏時,可以 采用堵管的方法在短時間內恢復工作性能,維護工 作量少。無須更換備品備件。無大修工作量。無自動 過濾器與升壓泵及其閥門的維護檢修工作量。 板式換熱器閉冷水系統復雜。人工維護需將整 機拆開,用噴水槍和刷子清洗板片和墊片,檢查板片 和墊片,板片幾百片,數量極多,工作量極大。當水質 差含有懸浮的固體顆粒、泥沙、雜草和水草等時,由 于板的間隙很窄,就容易發生堵塞,另外由于開式循 環水中的水生物對板式熱交換器的危害更大,極易 導致堵塞,引起換熱系統安全隱患。因此板式換熱器 運行維護工作量大。橡膠密封圈是板式換熱器的主 要部件,使用幾年后會老化損壞。數量極多,又是易 損件,也需要大量的維護工作量。除此以外,還有配 套的自動過濾器、升壓泵、閥門及其電氣控制裝置的 運行、維護、檢修的工作量。 4 綜合對比 4.1運行安全性比較 由于管式換熱器閉冷水系統安全受控結點比板 式換熱器要少,系統要簡單得多,因此,管式換熱器閉冷水系統的安全性要高一些。 4.2能耗比較 1臺機組1臺管式換熱器閉冷水系統比板式換熱器閉冷水系統電耗要少119 kW。2臺機組的管式換熱器閉冷水系統比板式換熱器閉冷水系統要節省 406.98 t標煤。運行30年計算,要節省12 209.4 t標 煤。 4.3投資比較 2臺機組的板式換熱器閉冷水系統的投資比管式換熱器閉冷水系統要高237.4萬元。安裝調試費用要多92.5萬元。這2項相加,板式換熱器系統要 多基建投資329.9萬元。 4.4運行維護檢修管理費用比較 2臺機組板式換熱器系統運行維護檢修管理費用比管式換熱器全年多花費16萬元。運行30年計算,需多花費480萬元。 上述計算,還未包括板式換熱器配套的升壓泵密封冷卻水的能耗費用及過濾器反沖洗水排污能耗的費用。如果考慮這2部分能耗費用,板式閉冷器系 統的運行費用還要升高。 5.結論 5.1實踐證明,采用板式換熱器作為閉冷水系統的閉冷器,需要在換熱器前配套加裝過濾器和升壓泵及其閥門,才能正常運行。管式換熱器可以不加裝。 事實上絕大多數電廠的管式換熱器不加裝過濾器和升壓泵,但個別電廠有加裝。 5.2由于管式換熱器系統比板式換熱器系統布置 簡單、運行安全性較高、運行能耗較少、基建投資較少、運行維護檢修工作量較少,因此,采用管式換熱 器作為閉冷水系統的換熱器是優化選型的結果。 6.參考文獻 [1]火電發電廠設計技術規程(DL5000—2000)[S].北京:中國電力 出版社,2001. |
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