火力發(fā)電廠汽輪機熱管式冷油器的研制與應(yīng)用

火力發(fā)電廠汽輪機熱管式冷油器的研制與應(yīng)用

摘要：針對汽輪機列管式冷油器存在的問題，開發(fā)研制了熱管式冷油器并成功應(yīng)用，不但解決了油污染的問題，而且冷卻效率高、節(jié)水，便于維護(hù)檢修。
關(guān)鍵詞：列管式冷油器  熱管式冷油器
        0 引言
        在火力發(fā)電廠中，由于汽輪機轉(zhuǎn)速高達(dá)3000r|min，所以其軸瓦的冷卻很重要。要保證汽輪機軸瓦在規(guī)定的溫度下連續(xù)安全運行，必須對冷卻軸瓦的透平油進(jìn)行冷卻。常規(guī)的冷卻方式是通過列管式冷油器實現(xiàn)的。
        1 列管式冷油器的結(jié)構(gòu)及存在的問題
        1.1 結(jié)構(gòu) 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(nèi)，鋼管的兩端均脹結(jié)在鋼板上。水從水室進(jìn)入管內(nèi)，油進(jìn)入殼體在管束外流動。管外流動的透平油和管內(nèi)流動的循環(huán)水通過鋼管壁進(jìn)行換熱，從而達(dá)到用水冷卻透平油的目的。
        1.2 存在的問題 由于結(jié)構(gòu)上的原因加之存在腐蝕問題，這類冷油器在運行中容易發(fā)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(yán)重的，也是環(huán)境保護(hù)法所不允許的，受到的經(jīng)濟(jì)處罰很嚴(yán)厲。冷卻油一般使用未經(jīng)處理的河水直接通入鋼管內(nèi)，運行溫度經(jīng)常在40至50℃，因此鋼管內(nèi)表面不可避免地結(jié)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(hù)工作量很大。一旦結(jié)垢或堵塞，將達(dá)不到透平油的冷卻效果，嚴(yán)重時會限制機組的發(fā)電出力，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。
        2 熱管式冷油器的工作原理和結(jié)構(gòu)
        熱管技術(shù)是一門新技術(shù)，主要用于提高傳熱效率，在電站鍋爐的空氣預(yù)熱器中已廣泛使用。為進(jìn)一步拓寬熱管技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域和解決火力發(fā)電廠汽輪機透平油冷卻器存在的問題，研究開發(fā)了用于冷卻汽輪機透平油的熱管式冷油器，并成功地應(yīng)用于實際生產(chǎn)中。
        2.1 原理 溫度較高的透平油從油入口進(jìn)入油室流經(jīng)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(nèi)的工質(zhì)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(guī)的列管式冷油器不同。這樣，原來管內(nèi)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(chuàng)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(yuǎn)比內(nèi)表面容易，這也將減少冷油器設(shè)備的日常維護(hù)工作量。
        為了強化換熱，在油室和水室內(nèi)的熱管束設(shè)計了折流板，以使油和水流經(jīng)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(cè)和水側(cè)兩個花板上，從而實現(xiàn)油、水分開的目的。
        2.2 結(jié)構(gòu) 熱管式冷油器的結(jié)構(gòu)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(hù)清洗變得容易，另一方面徹底避免了由于管子泄漏而出現(xiàn)的油水相混的問題，大大延長了設(shè)備的使用周期，避免了油對水環(huán)境的污染。其結(jié)構(gòu)為：將數(shù)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(cè)為熱管的蒸發(fā)段（透平油段，也稱加熱段），另一個多孔板的外側(cè)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(nèi)，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(jìn)入蒸發(fā)段，熱的透平油使幾百根熱管內(nèi)的工質(zhì)發(fā)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(fā)段傳至冷凝段的熱量帶走，從而達(dá)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(nèi)結(jié)距離達(dá)100mm，這就徹底解決了透平油滲漏入冷卻水、污染水環(huán)境的問題，即使熱管的蒸發(fā)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(nèi)，并且能夠排出。
        熱管冷油器采用了以下結(jié)構(gòu)設(shè)計。
        ①采用雙隔板密封結(jié)構(gòu)，以保證在任何情況下油側(cè)和水側(cè)相互隔離，徹底解決了油水污染的問題。熱管在兩側(cè)均為自由端，隔板與油水側(cè)外筒的密封比較簡單。②為了減少油側(cè)折流板與筒內(nèi)壁的間隙，以盡可能避免出現(xiàn)油流動短路現(xiàn)象，間隙中間應(yīng)適當(dāng)予以填充。③為了使水側(cè)流動均勻橫向沖刷管束，進(jìn)水口和出水口均設(shè)有導(dǎo)流管。④管束采用三角形錯列排列。⑤每根熱管的質(zhì)量約為2.22Kg，冷油器中的熱管質(zhì)量約為1500 Kg，冷油器的總質(zhì)量控制在2700 Kg左右。這和原列管式冷油器的質(zhì)量相當(dāng)。
        3 檢測結(jié)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(jīng)天津市電力監(jiān)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(dá)26 m3h。以1臺機組2臺冷油器年運行6000h計算，節(jié)約能缺水量31.2萬t。在節(jié)水的同時，也節(jié)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(jié)約用水量187.2萬t，創(chuàng)造了很好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。
        4 小結(jié)
        ①實際應(yīng)用檢測數(shù)據(jù)表明熱管式冷油器的熱力設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計達(dá)到了設(shè)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(zhì)的要求大大降低，具有優(yōu)異的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，且安裝方便，易于推廣。③水側(cè)結(jié)構(gòu)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(tài)，大大減小了維護(hù)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(jìn)和系列化批量生產(chǎn)的形成，可以使熱管式冷油器具有合理的性價比。
參考文獻(xiàn)：
[1]剪天聰.汽輪機原理.北京：水利電力出版社.1985.
[2]山東電力學(xué)校主編.汽輪機設(shè)備及運行.北京：水利電力出版社.1979.
[3]章得龍.單元機組集控運行.北京：中國電力出版社.1998.

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