凝汽器仿生双连树型管束优化布置在电厂中的应用

俞启云， 邹晓辉

凝汽器仿生双连树型管束优化布置在电厂中的应用

俞启云， 邹晓辉

（华电电力科学研究院，浙江 杭州 310030）

大型火电机组凝汽器改造前存在传热特性差现象，严重影响机组的经济性，采用仿生双连树型布管方式对凝汽器进行改造，并进行改造后性能鉴定试验。结果表明：该布管方式是可行的，在设计循环水温度、流量、凝汽器热负荷相同的条件下，改造后的凝汽器真空能达到设计值。

凝汽器； 管束布置； 性能分析； 流动与传热特性

0 引言

凝汽器是汽轮机冷端系统中的主要设备，在系统中起着“冷源”的作用，降低冷源温度就能提高系统的循环热效率，因此凝汽器性能的好坏将直接影响机组的出力及经济性。影响凝汽器性能因素有很多，其中之一便是在凝汽器壳侧的蒸汽流动和换热状况不理想，而这取决于冷却管束的布置。因此，具有合理的管束布置是确定凝汽器性能的必要条件。

国内外研究人员在凝汽器性能提升方面做了大量工作，钟达文[1]等人在凝汽器性能数值模拟与布管原则方面做了相关的研究，总结出一些凝汽器布置基本原则；候平利[2-6]通过数值方法研究凝汽器热力性能及相应的改造措施；范鑫[7]等人通过现场试验的方法来评价凝汽器布管性能；孟建安[8]等人在理论及数值分析的基础上提出凝汽器管束布置方法。结合数值仿真结果与性能试验来验证仿真模型的可行性，并评价凝汽器布管优化效果。

1 凝汽器改造

1.1 存在问题

某电厂300MW与600MW机组凝汽器在额定负荷工况下，凝汽器压力分别较设计值高0.451kPa和1.33kPa。分析主要原因，一是机组投产时间较长，水侧铜管表面会出现腐蚀坑，壁厚减薄现象，严重情况会出现网格状腐蚀裂纹，铜管泄露问题，经现场统计堵管总数达到几百根，致使凝汽器的换热面积不断减少，影响凝汽器传热，降低真空，导致电厂循环热效率低下、能耗增加。二是凝汽器冷却管结构布置不合理，相对落后，不能形成明确的进汽通道和排汽通道，导致局部管束中局部出现涡流，造成总体传热系数低。三是凝汽器运行清洁系数偏低。胶球清洗系统运行效率不高，造成凝汽器清洁系数偏低，结垢严重，降低凝汽器换热能力。

1.2 凝汽器管束布置

1.2.1 改造前管束布置

该厂凝汽器采用的是德国B-D公司模块化式布管技术，或者称为TEPEE布管，为目前国内普遍采用的布管设计之一。该凝汽器布管基本合理，其优点是管束汽阻小、回热效果好、过冷度小；但其蒸汽流动存在压力梯度场和流速分布不均匀现象，特别是存在一定的漏汽，在凝汽器气密性中等情况下，其性能不满足按HEI设计工况。

1.2.2 仿生双连树型管束优化

针对设计不太合理的问题，主要表现在回热通道的合理分配、空冷区位置和结构合理设计、管束气阻均匀性设计、挡汽板和挡水板的合理设计等，进行凝汽器仿生双连树型管束优化布置，该优化布置方法是根据自然界树木结构，将冷却管布置成两树相连的形状,并在外围设有枝杈状结构，以增加蒸汽进入管束的通流面积。双连树型管束布置在管束外设置了假想分割线，以假想分割线和空冷挡汽板为界，将管束分为树枝疏松管束区、树干密集管束区、渐缩型空冷区和树干中心抽气通道。其仿生管束布置图如图1所示。

图1 仿生双连树型管束图

1.3 凝汽器改造前后技术规范

300MW、600MW机组改造前后设计数据见表1。

表1 凝汽器改造前后设计数据

2 改造效果

凝汽器布管优化改造后，按照《凝汽器性能试验规程》进行凝汽器性能考核试验，为评价改造后凝汽器的性能是否达到设计要求，需要与保证值进行比较，但是保证值是在设计条件（循环水进口温度、循环水流量和凝汽器热负荷均为设计值）下计算得出的。因此需进行循环水进口温度、循环水量及凝汽器热负荷修正。本次改造后性能试验是委托西安热工院进行性能测试，300MW及600MW机组凝汽器改造后的数据见表2。

凝汽器性能鉴定试验结果表明：对循环水流量、进水温度以及凝汽器热负荷进行修正后，300MW机组凝汽器改造后机组负荷在316MW工况下，凝汽器修正后端差为2.8℃，水阻64.12kPa，修正后凝汽器背压为4.44kPa，低于机组的设计背压4.9kPa；600MW机组凝汽器改造后机组负荷在632MW工况下，凝汽器修正后高低压传热端差为8.2/4.17℃，水阻为45.87kPa，凝汽器修正后平均背压为4.908kPa，基本达到设计4.9kPa的保证性能。

表2 凝汽器改造后性能数据

3 结语

仿生双连树凝汽器管束优化布置经工程运用得出以下结论：

（1）仿生双连树凝汽器管束优化布置方法，从仿真设计到实际应用是可行的，可以应用到300MW及600MW机组凝汽器改造项目中。

（2）通过改造后凝汽器性能试验结果可以看出，仿生双树连凝汽器管束优化布置方法，能提高凝汽器经济性能。

[1]钟达文，曾辉，等.凝汽器性能的数值模拟与布管原则[J].工程热物理学报，2014，35（1）：123-127.

[2]候平利，俞茂铮，等.双流程凝汽器汽相流动与传热特性的准三维数值分析[J].西安交通大学学报，2003，37（5）：459-462.

[3]王学栋，袁建华，等.300MW机组凝汽器改造的数值模拟及性能分析[J].汽轮机技术，2010，52（2）：150-154.

[4]王学栋，栾涛，等.改造前后凝汽器性能的数值模拟与分析[J].动力工程，2009，29（4）：320-325.

[5]汪洋，汪国山，等.N-11220-1型凝汽器的热力性能分析与改造措施探讨[J].汽轮机技术，2004，46（4）：283-286.

[6]曾辉，孟继安，等.N-17000型凝汽器的热力性能的数值分析[J].工程热物理学报，2010，31（7）：1212-1214.

[7]范鑫，秦建明.300MW机组凝汽器改造后的性能测试分析[J].汽轮机技术，2011，53（3）：217-219.

[8]孟继安，李志信.管束布置对凝汽器性能影响的灿积分析及其应用[J].科学通报，2016，61（17）：1878-1887.

Application of Optimal Arrangement of Bionic Double Connected Tree Bundle in Power Plant

YU Qi-Yun，ZOU Xiao-hui

（Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China）

Before the retrofit of the condenser of large thermal power plant，there is a phenomenon of poor heat transfer characteristics,which seriously affects the economic performance of the unit,In this paper，the structure of the condenser is modified with a bionic double connecting pipe，and the performance evaluation test is carried out after the retrofit.The result shows that the retrofit plan is feasible，and the design of the condenser vacuum can reach the design value under the condition that the circulating water temperature，flow rate and condenser heat load are the same

condenser； tube bundle collocation； performance analysis；flow and heat transfer characteristics

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.04.007

TM621

B

2095-3429（2017）04-0033-03

俞启云（1984-），男，安徽宣城人，硕士，工程师，从事电厂汽轮机及热力系统热经济性分析及改造研究。

2017-07-05

修回日期：2017-08-16