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板翅式換熱器在燃氣輪機進氣冷卻系統中的應用

點擊:2256 日期:[ 2014-04-26 22:06:33 ]
                 板翅式換熱器在燃氣輪機進氣冷卻系統中的應用                    賀云根  胡亞才  李立軍  廖武輝 姜周曙 (1.浙江大學機械與能源工程學院,浙江杭州310027;2.杭州天元電力科技有限公司。浙江杭州3100243.杭州電子科技大學,浙江杭州310018)     摘要:將板翅式換熱器應用于吸收式燃氣輪機進氣冷卻系統中,降低燃氣輪機壓縮機進口溫度,提高燃氣輪機高溫條件下的出力,在國內尚無先例。針對板翅式換熱器,簡要介紹了結構、布置形式和性能。通過實測的運行數據,對板翅式換熱器和管式換熱器的性能進行了對比。結果表明:板翅式換熱器在傳熱系數、體積、進氣阻力等方面,性能優于管式換熱器,是一種值得發展的換熱設備。最后提出了該板翅式換熱器在實際應用中存在的一些問題及對應的處理方法。     關鍵詞:板翅式換熱器;管式換熱器;空氣冷卻器     0 引 言     板翅式換熱器是一種傳熱效率高、結構緊湊、輕巧而牢固、適應性強、經濟性好的換熱設備 ,與傳統的管殼式換熱器相比,具有兩個顯著的特點,重量輕,體積小?,F已廣泛應用于石油化工、航空航天、電子、原子能和機械等領域 。將板翅式換熱器應用于燃氣輪機進氣冷卻系統中,作為空氣冷卻器,在國內尚屬首例。本文針對某燃氣輪機電廠的燃氣輪機進氣冷卻系統,分析板翅式換熱器的性能。該電廠的燃氣輪機進氣冷卻系統見圖1。     板翅式換熱器布置于原燃氣輪機進口濾網之前。設計時,將板翅式換熱器空氣側的阻力設計成較小,以減少阻力對燃氣輪機出力的影響。經計算得到板翅式換熱器體積為7.02 m 。由于換熱器的尺寸大于燃氣輪機進風口尺寸,為將板翅 式換熱器與原燃機進風口較好的結合,在換熱器和進風口之間加裝一擴口,見圖2。     1 板翅式換熱器結構與性能     板翅式換熱器結構的基本單元由翅片、隔板、封條3部分組成(見圖3)。許多基本單元體組成板翅式換熱器的芯體。波形翅片置于兩塊平隔板之間,并由側封條封固,許多單元體進行不同組疊并進行釬焊焊牢,就得到了錯流布置的芯體 。冷熱流體在相鄰的基本單元體的流道中流動,通過翅片及與翅片連成一體的隔板進行熱交換。                       圖3板殼式換熱器示意      該燃氣輪機電廠的進氣冷卻系統應用板翅式換熱器來降低燃氣輪機進口空氣溫度,換熱器基本單元結構為鋸齒多孔型??諝鈴淖笙蛴伊鲃?,其質量流量為414 t/h;水從前向后流動,質量流量600 t/h。板翅式換熱器空氣側壓力為大氣壓,冷凍水進、出口壓力分別為6bar、2bar;空氣、水側阻力分別為271 Pa、4×10 Pa;空氣、水側傳熱面積分別為2 323.4 m 、622.4 m 。     2 板翅式換熱器與管式換熱器的性能對比     目前,國內燃氣輪機進氣冷卻系統中的空冷器中換熱器形式有兩種,分別為板翅式和管式?,F將該燃氣輪機電廠與深圳某電廠的吸收式燃氣輪機進氣冷卻系統中的板翅式換熱器性能進行對比 。表1為兩家電廠換熱器基本參數,表2、3為性能參數對比。          為了進行合理的對比,引入三個評價指標.s、V、F。其中:S=換熱面積/制冷量;V=體積/制冷量;F=阻力/制冷量。           由表2、3可知:(1)板翅式換熱器傳熱系數較高,為管式換熱器的1.83倍;(2)板翅式換熱器換熱面積較小,為管式的77.80% ;(3)板翅式換熱器體積較小,僅為管式的57.30% ;(4)板翅式換熱器空氣側阻力較小,為管式的40.70% 。除此之外,翅式換熱器還有以下特點:(1)迎風面風速大于管式換熱器,可以減少表面積灰的可能性;(2)通過計算,得到板翅式換熱器的熱效率比管式高;(3)板翅式換熱器設備價格68萬元/臺,低于管式換熱器。     3 板翅式換熱器應用中存在的問題及解決的辦法     盡管板翅式換熱器在傳熱系數等方面具有很多優點,但由于制造材料使用鋁合金,因此存在耐腐蝕性差、承壓低等缺點。     3.1 水側堵塞     因板翅式換熱器肋片高都為厘米級,水側極易堵塞,導致壓降加大、工作能力下降。由于不能拆卸,清洗和檢修很困難,故需保證換熱器內部水質。建議使用除鹽水或者生活用水,并且在冷凍水進入換熱器之前加裝高效過濾器。     3.2 腐 蝕     由于換熱器采用薄板鋁材制造,一旦腐蝕造成內漏很難檢修。在燃氣輪機進氣冷卻系統中,換熱器的熱側是大氣,水側是除鹽水,腐蝕性較弱。換熱器后安裝的汽水分離器及其他設備,可以將漏水對燃氣輪機壓縮機葉片造成的影響降低 至最小。同時,通過監測冷凍水的流量變化,可以發現有無泄漏。     3.3 沖 擊     板翅式換熱器水側的流量快、壓力大,極易造成沖擊,產生漏點。為此采取了兩種措施:(1)嚴格控制板翅式換熱器冷水進口壓力,一般壓力不超過0.6 MPa;(2)在板翅式進出口使用導流片和封條,減緩水對肋片的沖擊。     3.4 空氣側結垢     長期運行會導致風側積垢,影響換熱器效率。因此在板翅式換熱器之后安裝一沖灰器,在換熱器運行效率下降時,定期清洗。     4 結 論     (1)板翅式換熱器傳熱系數較高、體積小、阻力小、重量較輕、價格便宜;     (2)換熱器漏水對燃氣輪機壓縮機葉片的影響幾乎可以忽略,系統運行可靠安全;     (3)為避免水側的腐蝕、結垢、堵塞,對水質的要求較高;     (4)為減少水側沖擊,需控制冷凍水進口壓力。對易造成沖擊部位,采取一定的加固措施或者進行導流。     總的說來,板翅式換熱器優點突出,發展很快。目前,隨著性能的不斷改進,應用范圍也變得越來越廣泛。本文通過分析實際應用當中換熱器的性能,發現板翅式換熱器適用于吸收式燃氣輪機進氣冷卻系統,其性能優于管式換熱器,是一種值得應用的換熱設備。     參考文獻:     [1] 張小松,李舒紅.板翅式換熱器用于空調系統排風能量回收的研究[J].通風除塵,1998(3):4—7.     [2] 凌祥,周幗彥.板翅式換熱器新技術及應用[J].石油化工設備,2002,31(2):1—4.     [3] 朱聘冠.換熱器原理及計算[M].北京:清華大學出版社,1987:204—207.     [4] 何語平,祝耀坤.采用進氣冷卻技術提高燃氣輪機的出力和熱效率[J].浙江電力,2004(3):25—29.     [5] 鄧世敏,郜時旺.聯合循環機組熱力性能試驗研究[J].熱力發電,1999,28(3):25—29.     [6] 孔水源,孔祥偉.燃氣輪機進氣制冷技術[J].燃氣輪機技術,1999,12(3):33—36. 
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