火力發電廠汽輪機熱管式冷油器的研制與應用

火力發電廠汽輪機熱管式冷油器的研制與應用

摘要：針對汽輪機列管式冷油器存在的問題，開發研制了熱管式冷油器并成功應用，不但解決了油污染的問題，而且冷卻效率高、節水，便于維護檢修。
關鍵詞：列管式冷油器  熱管式冷油器
        0 引言
        在火力發電廠中，由于汽輪機轉速高達3000r|min，所以其軸瓦的冷卻很重要。要保證汽輪機軸瓦在規定的溫度下連續安全運行，必須對冷卻軸瓦的透平油進行冷卻。常規的冷卻方式是通過列管式冷油器實現的。
        1 列管式冷油器的結構及存在的問題
        1.1 結構 列管式冷油器主要由外殼、水室和芯子組成。由很多鋼管和多層隔板組成的芯子裝在圓形殼體內，鋼管的兩端均脹結在鋼板上。水從水室進入管內，油進入殼體在管束外流動。管外流動的透平油和管內流動的循環水通過鋼管壁進行換熱，從而達到用水冷卻透平油的目的。
        1.2 存在的問題 由于結構上的原因加之存在腐蝕問題，這類冷油器在運行中容易發生透平油漏入冷卻水中污染冷卻水的問題。冷卻水受到油污染的后果是十分嚴重的，也是環境保護法所不允許的，受到的經濟處罰很嚴厲。冷卻油一般使用未經處理的河水直接通入鋼管內，運行溫度經常在40至50℃，因此鋼管內表面不可避免地結垢，影響傳熱；并且冷卻水中的泥沙和微生物容易造成鋼管堵塞，需要定期人工捅刷清洗，維護工作量很大。一旦結垢或堵塞，將達不到透平油的冷卻效果，嚴重時會限制機組的發電出力，造成較大的經濟損失。
        2 熱管式冷油器的工作原理和結構
        熱管技術是一門新技術，主要用于提高傳熱效率，在電站鍋爐的空氣預熱器中已廣泛使用。為進一步拓寬熱管技術的應用領域和解決火力發電廠汽輪機透平油冷卻器存在的問題，研究開發了用于冷卻汽輪機透平油的熱管式冷油器，并成功地應用于實際生產中。
        2.1 原理 溫度較高的透平油從油入口進入油室流經熱管的加熱段，由于熱管具有極高的傳熱性能，它將吸收的能量傳到熱管的冷卻段，然后被冷卻水帶走。
        由于熱管內的工質液體是靠重力作用回流工作的，因此，冷卻水室必然在上部。這一點與常規的列管式冷油器不同。這樣，原來管內與外表面的換熱就變成了在熱管的兩部分外表面的換熱，為油、水徹底分開創造了條件。換熱表面的污垢熱阻對傳熱影響很大，而熱管外表面的清潔工作要遠比內表面容易，這也將減少冷油器設備的日常維護工作量。
        為了強化換熱，在油室和水室內的熱管束設計了折流板，以使油和水流經熱管表面時具有一定的流速，提高換熱效率。
        每根熱管作為一個獨立的傳熱元件在油、水間傳遞熱量，并且都分別焊接在油側和水側兩個花板上，從而實現油、水分開的目的。
        2.2 結構 熱管式冷油器的結構使油室和水室完全分開，它們之間通過高性能的熱管傳熱。每根熱管傳熱都是獨立的，油和水均走管外，這樣，一方面使維護清洗變得容易，另一方面徹底避免了由于管子泄漏而出現的油水相混的問題，大大延長了設備的使用周期，避免了油對水環境的污染。其結構為：將數百根熱管焊接在位于熱管的中間部分并相距100mm的兩個圓形多孔板上，一個多孔板外側為熱管的蒸發段（透平油段，也稱加熱段），另一個多孔板的外側為熱管的冷凝段（冷卻水段，也稱冷卻段）。兩段分別裝在兩個獨立的圓形殼體內，殼體的法蘭盤分別用螺栓組裝在多孔板上。

     其工作過程為：冷卻汽輪機軸瓦后的透平油進入蒸發段，熱的透平油使幾百根熱管內的工質發生相變傳熱至另一端的冷凝段，冷凝段通入的冷卻水把由蒸發段傳至冷凝段的熱量帶走，從而達到冷卻透平油的目的。熱管式冷油器的透平油和冷卻水分別在兩個不相通的殼體內結距離達100mm，這就徹底解決了透平油滲漏入冷卻水、污染水環境的問題，即使熱管的蒸發段和冷凝段與多孔板的焊口有滲漏，也只能漏到兩個多孔板中間空腔內，并且能夠排出。
        熱管冷油器采用了以下結構設計。
        ①采用雙隔板密封結構，以保證在任何情況下油側和水側相互隔離，徹底解決了油水污染的問題。熱管在兩側均為自由端，隔板與油水側外筒的密封比較簡單。②為了減少油側折流板與筒內壁的間隙，以盡可能避免出現油流動短路現象，間隙中間應適當予以填充。③為了使水側流動均勻橫向沖刷管束，進水口和出水口均設有導流管。④管束采用三角形錯列排列。⑤每根熱管的質量約為2.22Kg，冷油器中的熱管質量約為1500 Kg，冷油器的總質量控制在2700 Kg左右。這和原列管式冷油器的質量相當。
        3 檢測結果
        熱管式冷油器于2003年9月在天津某電廠100 MW機組上與原有的列管式冷油器同時運行，經天津市電力監督檢測中心檢測。
        熱管式冷油器的冷卻效果比列管式好很多。列管式冷油器透平油的流量比熱管式少10m3h；同樣的入口油溫，前者出口油溫比后者要高2.6℃；冷卻水流量前者比后者達26 m3h。以1臺機組2臺冷油器年運行6000h計算，節約能缺水量31.2萬t。在節水的同時，也節約廠用電。該電廠共4臺機組12臺冷油器，若均改為熱管式冷油器，則全年節約用水量187.2萬t，創造了很好的經濟效益和環境效益。
        4 小結
        ①實際應用檢測數據表明熱管式冷油器的熱力設計和結構設計達到了設計要求，目前的加工工藝流程可以滿足。②熱管式冷油器徹底解決了油、水分離的問題，使油冷卻對水質的要求大大降低，具有優異的經濟效益和環境效益，且安裝方便，易于推廣。③水側結構便于清潔工作，可以使冷油器的冷卻性能始終處于良好狀態，大大減小了維護工作量。④熱管式冷油器的投資比列管式冷油器稍高，但隨著工藝的改進和系列化批量生產的形成，可以使熱管式冷油器具有合理的性價比。
參考文獻：
[1]剪天聰.汽輪機原理.北京：水利電力出版社.1985.
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