600MW直接空冷机组凝汽器冷却管束污垢热阻变工况特性研究.doc

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1、600MW直接空冷机组凝汽器冷却管束污垢热阻变工况特性研究6东北电力技术2010年第l2期600MW直接空冷机组凝汽器冷却管束污垢热阻变工况特性研究Off-designCharacteristicsStudyonFoulingThermalResistanceofCoolingTubeClustersfor600MWDirectAircoolingCondensers奄杰(华北电力大学,河北保定071003)摘要:以600MW直接空冷机组为例,限定污垢热阻取值在00.001m?K/w范围内,对管内,外污垢热阻建立数学模型,通过编程计算得到直接空冷机组冷端特性曲线,分析污垢热阻对排汽压力的影响,

2、供发电厂运行参考.关键词:直接空冷;排汽压力;污垢热阻;特性曲线m.?cooledunitenceofpowerplants.Keywords:Directair?cooling;Exhaustpressure;Foulingthermalresistance;Characteristiccurves中图分类号TK264.11文献标志码A文章编号1004-7913(2010)12000604空冷机组与常规湿冷机组最主要的区别在于冷端系统,排汽通过粗大的排汽管道送至室外的空冷凝汽器内,轴流冷却风机使空气通过散热器外表面将排汽凝结成水,凝结水经净化装置后由泵送回汽轮机回热系统(见图1).污垢热阻表

3、示换热设备传热面上因沉积物而导致传热效率下降程度的数值,即换热面上沉积物所产生的传热阻力,包括水垢,锈蚀及其它污垢造成的附加热阻.排汽压力是空冷机组冷端系统的综合指标,排冷凝汽器的冷却管束是直接空冷机组排汽和冷源空气进行热交换的主要设备.分析冷却管束内,外污垢热阻对排汽压力的影响规律,以对直接空冷机组的运行有一定的参考.图l直接空冷机组原则性汽水系统图1空冷凝汽器冷却管内,外污垢热阻变工况数学模型空气与蒸汽的热交换是在散热器内完成的,对空冷系统的变工况计算采用一J7,法,建立数学模型如下.凝汽器倾角为的散热器管内凝结放热系数:,1一1.13()(m2?K/W)(1)当蒸汽在管内流速不高时,液膜

4、上部为层流,下部出现紊流,Kirkbride采用区域加权平均,得出沿整个液膜高度的平均凝结换热系数为=一(2)58Pr,-(YFw)(Re一253)+9200式中,Nu=?LA为努谢尔数;Ga=g?L3/v为伽利略数;Pr:v/a为普朗特数.除P,用壁温t计算外,其余物理量的定性温度为饱和温度,且物性均是凝结液的物性,定性尺寸为竖壁高度.凝汽器管外为强制对流换热,管外对流换热系数的经验公式为2010年第12期东北电力技术7o=0.19e(3)ud日=V/u(4)式中,d为水力直径,m;f为通流面积,m;为湿润周长,m;为雷诺数,Re=Umaxd/v,210.<Re<1.510;一为

5、最窄截面处的气流速度,m/s;为运动黏度,m/s;A为导热系数,W/(m?oC).空冷凝汽器的总热阻为111116,11111一+一+aoVoFo+一eooFoKFOlFFiF.Am.(5)式中,艿.,为翅片管外,内污垢热阻,m?K/W;,为换热器外,内换热面积,m;为换热器壁厚,m;F=(F一F1)/ln(鲁)为管壁对数平均表面积,m2;.:为肋面效率.根据表达式叼=1一e一,当D.,t.,V3个变量中任意2个保持不变,另外1个变化时,可以求出汽轮机排汽压力P随变化量的变化值.从热平衡方程式可以得出空冷凝汽器的散热量为Q=D0(h一)=3600AVP.cAt.(6)排汽量,J/kg;h为排汽

6、比焓,J/kg;h为凝结水比焓,J/kg;P.为冷热空气平均密度,kg/m.;为迎风面风速,m/s;A为空冷凝汽器迎风面面积,In;c.为空气比热容,J/(kg?K).空冷凝汽器冷却管总传热量又可表示为Q=KFAt(7)式中,为冷却管蒸汽和空气传热平均温差,.是表示散热器换热能力强弱的一个无量纲值,也是反应散热器综合技术经济性能的指标,可表示为NTU:旦(8)ApVc式中,K为总传热系数,W/(Ill?K);F为总传热面积,in.由式(6)得出空气在空冷凝汽器中的温升为DO(h,-h,)(9)散热器效率7为叩:l删(10)叩而L川式中,ITD为直接空冷凝汽器装置的初始温差,.t=i:而+t.:

7、jDOi(h,-h)i:.:+t.(11)由水蒸气焓熵图可查出t所对应的空冷凝汽器人口蒸汽饱和压力为P=厂(t)(12)对于常规的湿冷机组,排汽口与凝汽器间距离组排汽管道较长,且有很多阀门和弯头,排汽压损不能忽略,排汽压力和凝汽器压力在数值上有很大差别.其中,排汽流经排汽管道时的压力损失记为p;从排汽口到空冷凝汽器入口的水蒸气柱产生的压差为p.卸:A寺蓦+蓦(13)式中,A,为沿程和局部阻力系数;V为蒸汽在排气管中的流速.却2=pgh(14)式中,h为排汽口到凝汽器人口的高度.P=p+P】+p2式中,P为汽轮机排汽压力;P为空冷凝汽器压力;p.为排汽管道压力损失;p:为水蒸气柱引冷机组夏季工况

8、进行计算,机组的结构参数和夏季工况主要参数见表1.表1600MW直接空冷机组结构参数和夏季工况主要参数8东北电力技术2010年第12期2空冷凝汽器冷却管束污垢热阻的变工况特性若只考虑管内污垢热阻的影响,则式(5)可转化为l11lKF+(16)空冷凝汽器冷却管内,外污垢热阻的变工况计算数学模型大致相同,式(5)可转化为ll11+CoFo(17)由以上各式可见,排汽温度t求取的关键在于总传热系数K,冷却管内,外污垢热阻,而管壁导热系数,管外空气迎风面风速,环境温度等都是影响K的重要因素.对于空冷凝汽器,散热器管内换热为蒸汽冷凝,换热热阻数量级约为10,管外为空气外掠管束强制对流换热,数量级是l0-

9、.由图2和图3可见,排汽压力随空冷凝汽器管内和管外污垢热阻的增大而呈直线关系增大,污垢相对于管外污垢热阻对汽轮机排汽压力的影响较的环境温度,汽轮机满负荷状态下,管内热阻从0变化到O.001m?K/w,汽轮机排汽压力上升3.4kPa;管外污垢热阻从0变化到0.OO1mK/W,汽轮机排汽压力上升0.1kPa.由图4和图5可见,汽轮机排汽压力随环境温度的升高而增大.如在管内,外污垢热阻均为0时,环境温度从15升高到35,汽轮机排汽压力增大20.118kPa.汽轮机排汽压力在冷却管内,o025om鞲o023o管内污垢热阻/(K).W)图2排汽压力随管内污垢热阻的变化30clC时,管内污垢热阻从0变化到

10、0.001m?K/w.汽轮机排汽压力变化4.059kPa;管外污垢热阻从0变化到0.001m?K/w,汽轮机排汽压力变化0.147kPa.由图6和图7可见,汽轮机排汽压力随迎面风速的增大而减小,且在迎面风速较低时汽轮机排汽压力变化较为明显.如在管内,外污垢热阻均为0时,迎面风速从1.5m/S增大到3.5m/S,汽轮机?002188管外污垢热阻/(m2.K).w)图3排汽压力随管外污垢热阻的变化0030髻0025l520253035环境温度/图4管内污垢热阻不同时排汽压力随环境温度的变化00I5l520253035环境温度/图5管外污垢热阻不同时排汽压力随环境温度的变化2010年第l2期东北电力

11、技术9乱-R辐050045040035030025020Ol50lO005迎面风速/(m?S-I)图6管内污垢热阻不同时排汽压力随迎面风速的变化迎面风速/(m.s)图7管外污垢热阻不同时排汽压力随迎面风速的变化t=200340320300280260240220200l8Ol6管内污垢热阻/(K).W.)图8环境温度不同对排汽压力随暂内污垢热阻的变化mK/W,汽轮机排汽压力变化2.748kPa;管外污垢热阻从0变化到0.OOlInK/W,汽轮机排汽压力变化0.093kPa.由图8和图9可见,汽轮机排汽压力随污垢热阻的增大和环境温度的升高而增大.且温度越高,温度分别为2O和32时,管内污垢热阻从

12、0变管外污垢热阻/(K).W图9环境温度不同时排汽压力随管外污垢热阻的变化?=1.61m/s管内污垢热阻/(K).w.)图1O迎面风速不同时排汽压力随管内污垢热阻的变化管外污垢热阻/(K).W-圈11迎面风速不同时排汽压力随管外污垢热阻的变化化到0.001nlK/W,汽轮机排汽压力分别增大2.763kPa和4.368kPa;管内污垢热阻从0变化到kPa和0.16kPa.由图10和图11可见,汽轮机排汽压力随污垢(下转第26页)皇出0OOO0OO00O642086420全;全是j叭叭毗叭叭0OOOOOOOO乏趟盟懈Mm0OO0OOOOOOOO0O垒罐年OOO0OOOOO026东北电力技术2010

13、年第12期星留j盖最图3fC回路保护基本特性曲线4.3其它设备和导体的动,热稳定分析合理选择熔断器,FC回路接触器可以满足C回路柜中导体(如FC回路引线和小车插头)和设备(电流互感器等)动,热稳定值若大于或等于接触器动,热稳定值便可满C回路柜内不属于该柜单元范围内的导体如贯穿主母线等,其动,热稳定电流应按高压厂用电系统实际短路电流水平考虑,不能降低.5最大供电负荷容量接触器热稳定点(4kA,4s)与400A熔断器的时间一电流特性曲线非常接近,若熔断器的额定电流继续增大,接触器的热稳定将不能满足要求.当回路的预期短路电流为40kA时,额定电流为400A的熔断器截断电流已超过40kA,接触器动稳定

14、电流不能满足要求.受真空接触器耐受动,热稳定影响,FC回路供电负荷容量不能过大,当厂用电系统电压为6kV时,热稳定电流为4kA,持续时问为4s的真空接触器,选取容量为1000kW及以下的电动机,1250kVA及以下的低压厂用变压器应选用FC回路供电.参考文献:C回路的应用J.电工技术,2008(8).C回路的设计应用J.黑龙江科技信息,2004(10).作者简介:郑鸿志(1975一),男,学士,工程师,现从事火力发电厂电气专业技术管理工作.(收稿13期20100920)(><>C)<><><><><>()o<&

15、gt;<><><><><><><><><><><><><>(><><><><><><><><><><><><><><><>(>(>(><><><><>(上接第9页)在迎面风速分别为1.61m/

16、s和3.5m/s时,管内污垢热阻从0变化到0.001mK/W,汽轮机排汽压力分别增大3.4kPa和3.12kPa;管内污垢热阻从0变化到0.001mK/W,汽轮机排汽压力分别增大0.158kPa和0.123kPa.3结论温度的升高而增大,在管内,外污垢热阻的影响下,排汽压力会进一步增大.b.汽轮机排汽量,迎面风速和环境温度一定时,在冷却管束有污垢热阻时,汽轮机的排汽压力压力的影响比管外污垢热阻的影响大,管外可用高压水泵进行定期清洗,而管内清洗比较困难,因此在机组变工况运行下应更加注意对管内污垢热阻的控制.c.在温度较高,迎面风速较低的工况下,污温度高,迎面风速低时需要加强对管内,外污垢热阻的控制.参考文献:1丁尔谋.发电厂空冷技术M.北京:水利电力出版社,1992.2E.S米利阿斯.空冷式发电厂M.北京:机械工业出版社,1986.3邱丽霞.直接空冷汽轮机及其热力系统M.北京:中国电力出版社,2006J.动力工程,2007,11(2):165168,217.J.华北工学院测试技术,2000(1):l一6.6严俊杰,张春雨.直接空冷系统变工况特性的研究J.热能动力工程,2000(6):601603.J.华北工学院测试技术,2000(1):16.作者简介:曹智杰(1986一),男,硕士在读,主要研究方向为直接空冷机组节能.(收稿日期20100825)