大型表面蒸发空冷器的设计与计算—取代20万KW电厂的冷却塔设计.doc

大型表面蒸发空冷器的设计与计算 ——取代20万KW电厂的冷却塔 前言 空气冷却时在空气冷却器中实现的，冷却介质为空气，可用于各种流体的和冷却和冷凝。由于空气的比热小（约为1.005kj/（kg℃） ）.仅为水的比热四分之一，因此若传热量相同，冷却介质温升相同，则所需的空气量将为水量的四倍。再考虑到空气的密度远小于水，则相对于水冷却器，空冷器体积很大的。 另外空气测得换热系数很低，约为50-60w（摄氏度），导致光管空冷器总传热系数也很低，较水冷却器的传热系数约低10-30倍，为抵制空气侧换热系数较低的影响，所以空冷器一般采用扩张表面的翅片管，气化比大致为10-24。 目前在发电厂得到应用的空气冷却系统有：①直接空冷系统(GEA)；②采用表面式凝汽器的间接空冷系统；③采用混合式凝汽器的间接空冷系统(即海勒系统)。空冷系统不仅应用于缺水地区，就是在水源充沛的地区，由于环保的需要或经济比较合理也可采用空冷。空冷系统的应用范围在日益扩大，可用于：垃圾发电站蒸汽轮机的空冷凝汽器；燃气—蒸汽联合循环的空气冷却系统；工矿企业自备电站蒸汽轮机或拖动汽轮机的空冷凝汽器；干—湿并列联合冷却系统的空冷凝汽器等。我国由于缺水较为严重，因而空冷系统的应用和发展显得更为迫切，空冷系统的应用在我国将大有发展。 以下将空冷器的优缺点加以介绍： 空气冷却优点 空气冷却缺点 1、 空气可以免费取得，不许任何辅助费用。 2、 厂址选择不受限制。 3、空气腐蚀性低，不需采取任何清垢措施。 4、由于空冷器空气侧压力降为100-200Pa，所以运行费用低。 5、空冷系统的维护费一般为水冷系统的20%-30%。 1、由于空气比热小，且冷却效果取决于干球温度，不能将流体冷却到环境温度。 2、空气侧换热系数低比热小，所以空冷器需要较大面积。 3、空冷器性能受环境温度，雨雪，风等影响。 4、空冷器不易靠近大额建筑物，以免形成热风再循环。 空冷器要求采用特殊制造的翅片管。 电厂设计参数：（西安） 介质：水 流率：22000m3 进口温度：43 出口温度：33 换热光管外径：Dw=25mm,内径D0=21mm 空气入口温度：该地区为温带大陆性疾风气候，四季分明，平均干球温度tg0=30.1℃，湿球温度ts0=25.9℃，每月平均温度≤ 定性温度38℃ 密度：992.9kg/m3 比热容：CP=4.174KJ/（kg·K） 导热系数：λ=63.16W/(m·K) 黏度：μ=682.94×10-6Pa·S 管内污垢：ri=0.000172K·m2/W 管外污垢：r0=0.000172 K?m2/W 热负荷：Q=WlC（T2-T1） =22000×992.9×4.174×103×（43-33）/3600 =2.53×108MW 总体考虑 根据工艺介质的冷却要求及所建装置的水源，电力情况，选择间接空冷系统，空冷器结构形式为水平鼓风式空冷器，根据介质最终温度33摄氏度以及环境温度，选择8台湿式空冷器并联的形式。 空冷系统图 本设计采用间接冷却的空冷器空冷系统。汽轮机排气的混合式凝汽器中与从空冷器中的的冷却水相混合，凝结成水。混合式凝汽器中的凝结水和冷却水的混合物中的一小部分被凝结水泵抽走，作为锅炉的给水，而大部分（约为96%）经循环水泵打入空冷器，被空气冷却后作为冷却水再进入混合式凝汽器循环使用。间接空冷系统简图如下： 图1-1 间接空冷系统 1—凝结水泵 2—混合式凝汽器 3—汽轮机 4—水轮机 5—干式冷却塔 6—空冷式表面式换热器 7—循环水泵 传热面积的估算 湿空冷器空气入口温度： tg1=tg0-(1.04-)×(tg0-ts0)0.94 tg2=tg1+ξs ξs=(2.55+0.15Np)φθB-0.54sθ0.35 此公式的适用范围是：高低翅片管束2、4、6排管。Bs=100-370kg/(m2·h)，θ＜20。 式中Np——管排数，无因次； tg1——空气经喷雾后进入管束表面的温度，℃； tg2——湿空冷器空气出口温度，℃； tg0——设计的空气入口干球温度，℃； ts0——来流空气湿球温度，℃； QH——湿空冷器热负荷，W； Bs——喷水强度，kg/(m3h); Wa——迎面空气质量流速，kg/(m3h)； Cpa——空气比热容，J/（kg·K）； ξs——温度系数； φθ——翅片高度影响系数，高翅片管为1，低翅片管为0.91； θ——影响传热传质的温度系数，无因次。 式中 —光管外表面平均壁温； —喷水雾化后管束空气入口干球温度； —空气的露点温度； 得：tg1=3