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1、北京市京海换热设备制造有限责任公司 板式空冷凝汽器专题报告.1 行业背景现状本产品为我公司研制的新型电厂板式空冷凝汽装置，具有高效、节水、节能、环保等优势，技术水平为国际领先。特别适合在富煤缺水地区发展火电厂大容量直接空冷凝汽装置，解决电力工业发展与水资源严重不足的矛盾。.2 电厂空冷技术综述电厂直接空冷凝汽装置主要以德国80年代开发的KD型顺逆流凝汽器为代表，分为主凝器和分凝器两部分。主凝器为汽水顺流式，作为凝汽装置主体；分凝器被设计成汽水逆流式，便于不凝气抽出并可有效的避免过冷和冻结。空冷器采用干式空冷结构（区别于在空气入口处或向翅片管管束上喷水的增湿型及喷淋型湿式空冷），是以环境空气作为
2、冷却介质，依靠翅片管扩展传热面积来强化管外传热，靠空气横掠翅片管后的空气温升带走热量，达到冷凝管内汽轮机排汽的目的。自1954年在德国使用第一台6.5MW直接空冷机组50多年以来，干式空冷结构的直接空冷凝汽装置已在世界各地、不同容量的发电厂中得到成功应用。在我国，近年来直接空冷凝汽装置也已在山西、内蒙等煤炭资源丰富而水资源较为缺乏地区空冷机组中得到应用。.3 目前干式空冷结构的直接空冷凝汽装置还存在着下列问题（1）传热效率低及翅片管易积灰堵塞和翅片与基管接触热阻而引起传热效率下降干式空冷结构直接空冷凝汽装置空气侧传热膜系数低，传热效率低。由于采用翅片管，干式空冷至少每年需要用高压水喷射清洗一次
3、，以清除翅片管上的沉积污垢。对于坑口电厂或位于工业污染区电厂的直接空冷凝汽装置，情况更加严重。特别是在夏季高温天气，有时清洗工作需要频繁进行，给装置的运行及维护带来许多不便，同时使电厂不能达到满负荷工作的天数增加。由于翅片管结构存在清洗死角，一旦积灰则很难通过清洗翅片管使直接空冷凝汽装置传热效率达到初始水平。翅片和基管之间的接触存在二次传热热阻，这个热阻对于翅片的传热效率起决定性作用，随着时间的推移，尤其在经过热胀冷缩变化之后，二次传热热阻会急剧增加。从而导致翅片管式空冷器传热效率的急剧衰减。（2）偏流直接空冷凝汽装置干式空冷一般有两排至四排管束，由于第一排管与冷空气首先接触，第二排、第三排、
4、第四排再依次与受热空气接触，因此各排管存在热负荷不均匀现象，容易导致偏流甚至倒流发生，在我国北方寒冷地区冬季容易发生凝结水冻结。尽管可以在设计时采取改变各排翅化比、改变主凝器和分凝器比率等等措施，但在存在设计计算误差以及负荷变化，环境变化等因素影响下，改进措施实际很难有效达到目的。（3）使用寿命传统干式空冷器均采用普通碳钢材质，防腐蚀采用镀锌方法处理。在环境大气酸性较高场合使用，设备只有78年使用寿命，而板式空冷器采用不锈钢材质，可以达到与主机同等的使用寿命，并且在整个寿命周期内保证稳定的运行状况。（4）占地大由于传统的干式空冷器管排数一般为三排以上，为提高机组的运行稳定性、降低空气侧压降损失
5、、改善系统防冻性能、改善变负荷条件下系统背压控制特性、改善翅片管清洗效果，国外直接空冷凝汽装置中已逐步由多排管变成一排管，已有单排管结构的干式空冷器出现。从技术角度，单排管可以从根本上避免热负荷不均匀、偏流等问题，易于准确计算并防止冻结。单排管技术是当前空冷器技术的发展方向之一。但采用单排管结构势必增大直接空冷凝汽装置尺寸，增大设备占地面积以及随之带来设备框架等投入的增加，应用单排管时首先必须解决占地大的问题。近年来，椭圆翅片管正逐步取代传统的圆翅片管在空冷器中得到应用。与同样截面的圆管相比，椭圆管的当量直径小，传热性能提高；由于短边迎风，管外侧空气阻力小；结构紧凑，占地面积小。但椭圆翅片管尚
6、未从根本上解决干式空冷存在的上述问题。随着大批火电厂将原有传统水冷式凝汽装置改造为直接空冷式，现有干式空冷占地面积相对于水冷式仍然较大，场地不足的矛盾已日渐突出。.4 板式空冷凝汽器技术我公司在多年从事空冷器研究基础上开发出板式空冷凝汽器技术，突破传统空冷器的结构限制，首次将高效节能、结构紧凑、占地面积小的板式传热元件传热板片引入空冷器作为其传热元件，是对空冷器行业的一次重大变革，将上二代空冷器与板式换热器的优点结合在一起，既具有空冷器节水效果好、环境污染小的特点，又具备板式换热器传热效率高、流通面积大、占地面积小、设备大型化、能效高的特点，是一种国际独创的新型高效空冷技术，技术水平为国际领先
7、。4.1结构原理：板式空冷凝汽器的典型设计结构由板束、风机、构架等组成。传热单元为不锈钢全焊式板束。风机采用垂直安装的轴流式风机。饱和蒸汽在板束内自上向下流动，空气横穿板束，与饱和蒸汽进行换热。4.2技术特点：（1）传热效率高板式空冷器采用波纹板片作为传热元件，一般情况下临界雷诺数为100时即可达到湍流，雷诺数为300时可达到最佳湍流，且当量直径小、污垢系数低（是管式空冷换热器的1/41/5），因此传热效率高。同时，板式空冷器传热面均为一次传热面，与大多数传统空冷式换热器采用的翅片（二次传热面）相比热阻小，更加有利于换热。（2）单排管结构板式空冷器采用单排相当于长宽比达到16：1以上扁管结构的
8、板管，从根本上解决了热负荷不均匀、偏流以及冻结等问题，同时易于清洗。（3）压降低板式空冷器板片相互叠放，不存在传统空冷式器管间距的限制，因此板式空冷器具有流通面积大（是普通空冷器的46倍），同时由于短边迎风，板式空冷器具有管外侧空气阻力小压降低的特点。（4）结构紧凑由于板式空冷器单板换热面积大，因此在完成同样热负荷的情况下，板式空冷器的体积小、重量轻，可大大节约用户的设备安装空间及安装成本，由于占地小可有效地解决装置扩能改造时场地不足的矛盾。板式空冷技术是在总结了其它空冷器技术及结构特点的基础上研发的一种新型空冷技术，它可以在炼油、化工、电力、冶金等领域广泛应用。板式空冷技术是空冷技术的创新，
9、填补了空冷器领域的空白，属国内外首创，也为新型高效、节能型换热设备增添了一个新的品种。综上所述，板式空气凝汽装置是用于火发电厂汽轮机冷却系统的理想产品。.5 板式空冷凝汽器的主要科技成果板式空冷器首次采用板束代替管束作为换热元件，是空冷器设计的重大变革。该设备技术先进、性能优异、结构新颖，是一种新型高效冷凝冷却设备，技术水平达到了国际领先。板式空冷技术的研制开发已完成了：通用的板式空冷器结构型式的研究及开发；板式空冷器板片波纹型式、制造及性能的研究；板式空冷器板束结构的研究；板式空冷器工艺计算软件的开发；制造工艺及检验方法的研究；在工艺计算、结构设计、板片成型、焊接、检测等方面为本产品的开发工
10、作提供了经验、奠定了基础。针对电厂板式空气凝汽装置也已作了大量工作，已完成电厂板式空气凝汽装置的方案设计、比较与选择，并且已经在实际工程应用中得到验证。6 板式空冷器和传统翅片管式空冷器技术对比表序号项目板式空冷器翅片管式空冷器1传热效率传热方式只有一次传热，不存在接触热阻等其他影响效率的问题。存在二次传热，翅片和基管之间的二次传热接触热阻无法避免，导致传热效率下降，翅片本身还存在效率问题，总体传热效率低。膜热阻不存在膜热阻放大效应，膜热阻较小，传热系数较大。传热系数公式如下：存在膜热阻放大效应，膜热阻较大，传热系数较小。传热系数公式如下： 其中：Ao/Ai为换热管外侧面积与内侧面积之比。流态
11、低雷诺数下（300）就可以形成最佳传热湍流流态，在同样的流速下，可以达到更加优良的湍流状态。需要高雷诺数（6000）才能达到最佳传热湍流流态。需要更高的流速才能达到最佳湍流状态。2设备压降设备压降小：流通面积大，相同的管板面积，板式空冷器的流通面积比管式大46倍。设备压降大：流通面积较小，阻力降大。3设备体积紧凑度更高：有效换热面积220m2/m3同样传热面积只需要较小的设备体积。紧凑度较低：基管面积78m2/m3同样传热面积需要更大的体积4受环境影响程度抗冻性蒸汽始终与冷凝水保持接触，减小过冷，避免发生冻结现象，不需要隔离阀防冻。迎风第一排管存在冻结的可能，需要隔离阀控制防冻。偏流现象板式空冷类似于单排管结构，不存在偏流问题。多排管结构，存在严重的偏流问题，造成换热面积浪费，效率低下。稳定性传热面为光滑表面，板片不容易积灰，对灰尘累积不敏感。随时间推移，换热效率的衰减很小，运行稳定。基管和翅片间存在直角夹角，容易积灰，对灰尘累积很敏感。换热效率随灰尘累积衰减明显。5设备使用寿命换热单元为全不锈钢材质，从根本上杜绝了锈蚀的问题。可以保证与主机同寿命。采用锌层防腐，在燃煤量大地区，空气中含硫量偏高，只能保证78年的使用寿命。北京市京海换热设备制造有限责任公司