空冷器-修改版.doc

空冷器空冷器- -修改版修改版姓名学号联系方式组长200901546组员200901543200901529200901511200901526200901544200901517200901527200901518200901525目录第一章 空冷技术概述 3第二章 空冷器的设计和计算 6一传热面积的估算 7二结构设计10三选风机11四计算管内膜传热系数的校算 12五空冷器的实际风量13六空气的出入口温度和平均温差的计算 15七各项热阻17八管外传热系数的详细计算19九总传热系数 19十传热面积核算19十一管内阻力 20十二管外空气阻力 21十三风机功率的计算单台22十四环境气温 20℃时的干式运行校算23十五风机噪声的估算25第三章 方案比选与优化计算 26一流速的确定 26二空冷器的实际风量27三空气的出入口温度和平均温差的计算 27四管外传热系数的详细计算29五总传热系数 29六传热面积核算29七管内阻力29八环境气温 20℃时的干式运行校算 30九方案比选32第四章 喷淋系统的设计33一喷头的选用 33二喷淋水质的要求 33三喷淋系统34第五章 构架 34第六章 百叶窗34一百叶窗的用途34二百叶窗的安装方式35三一般要求35四百叶窗的结构36参考文献37大型表面蒸发空冷器的设计与计算取代 20 万 kW 电厂的冷却塔第一章 空冷技术概述随着电力工业的迅速发展火力发电厂中的大容量高参数汽轮发电机组不断增加这些机组在燃用大量煤炭的同时也耗用大量水资源电力工业的发展速度建设规模规划布局本应与国民经济的发展相适应但由于受到煤和水资源的制约而不能合理安排在富煤地区往往由于缺水而不能就地兴建电厂因此丰富的煤炭资源不能尽早开发与利用这在宏观经济上无疑是极大的损失发电厂汽轮机凝汽设备系统采用的空气冷却系统简称发电厂空冷系统就是为解决在富煤缺水地区或干旱地区建设火力发电厂而逐步发展起来的发电厂空冷技术从提出到现在约有 50 年的历史并在国际上有了迅速发展目前已出现单机容量 686MW 的空冷机组在干旱地区空冷机组发展极为迅速并出现了多种类型如直接空冷间接空冷干湿联合冷却机组等发电厂空技术已经成为当前发电厂建设中的一个热门课题国内的空冷技术研究工作始于 60 年代中期而大容量空冷机组的建设只是近几年的事山西省第二发电厂的两台 200MW 空冷机组相继于 1987 年 1988 年投产两台机组均采用引进的匈牙利海勒式空冷系统于国产汽轮机发电机组配合使用投产以来运行稳定节水效果显著据理论计算机实测结果于同容量湿冷机组相比空冷机组冷却系统本身可节水 97 以上全长性节水约 65 因此相同数量的水可建设的空冷机组规模比湿冷机组的规模达三倍这充分显示了空冷技术节水的优越性及其推广使用的广口前景我国水资源相对贫乏有关统计数字表明人均占有水量只及世界人均占有量的 14 居于贫水国家之列而且全国水资源的时空分布极不平衡随着工农业生产的发展许多城市及地区相继出现生产与生活用水日益紧张的局面水已成为制约国民经济发展的主要因素之一特别是我国的三北华北东北西北地区煤炭资源丰富但水资源十分贫乏特别是华北和西北地区其年平均水产模数尚不足全国平均数的 13 水资源的贫乏增加了将丰富的煤炭就地转化成为电力的困难采用空冷机组正式解决上述矛盾的有效途径兴建大容量火力发电厂需要充足的冷却水源而在缺水地区兴建大容量火力发电厂就需要采用新的冷却方式来排除废热发电厂采用翅片管式的空冷散热器直接或间接用环境空气来冷凝汽轮机排气称为发电厂空冷研究空冷新装置及其使用的一系列技术称作发电厂空冷技术采用空冷技术的冷却系统称为空冷系统采用空冷系统的汽轮发电机组简称空冷机组采用空冷系统的发电厂称为空冷电厂发电厂空冷技术也是一种节水型火力发电技术国外空冷技术发展概况早在 30 年代末德国首先在鲁尔矿区的 15MW 汽轮机组应用了直接空冷系统50 年代卢森堡的杜德兰格钢厂自备电站 13MW 机组和意大利的罗马电厂 36MW 机组分别投运了直接空冷系统进入 60 年代后英国拉格莱电厂于 1962 年在一台120 在一台 120MW 机组上投运了间接空冷系统采用喷射式凝汽器及自然通风型空冷塔这个系统是由匈牙利的海勒教授在 1950 年世界动力会议上首先提出的亦称为海勒式空冷系统 1968 年西班牙的乌特里拉斯坑口电厂投运了尖屋顶式布置的机械通风型直接空冷系统至此形成了直接和间接两种空冷系统并存的局面我国空冷技术发展概况我国电厂空冷技术起步并不太晚 1966 年在哈尔滨工业大学试验电站50KW 机组上首次进行了直接空冷系统的试验 1967 年在山西侯马电厂的 15MW 机组上又进行了工业性直接空冷系统的试验进入 80 年代后庆阳石化总厂自备电站3MW 机组投运了直接空冷系统 1987 年 1988 年山西大同第二发电厂的两台 200MW机组首次引进了匈牙利的海勒式间接空冷系统是我国火电厂空冷技术的发展进入一个新的阶段目前国产 200MW 机组海勒式间接空冷系统和表面是凝漆汽间接空冷系统的电厂正在建设中这将有助于电厂空冷技术的推广使用表面蒸发型空冷式换热器以下简称蒸发空冷是一种比湿空冷和干空冷加后水冷性能更优越的新型冷却器是国内外近年来着力开发的一种新型冷换设备是空冷技术的发展方向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 1005 KJkg·K 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 50-60 W m2·K 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随着工业特别是炼油化工电力工业的发展工业用水量急剧增加出现了水供应不足而且由于环保和节能的要求越来越强烈越来越严格再加上空冷器具有节水效果好操作费用低环境污染小使用寿命长等优点国内外炼油化工厂均已大量采用空冷器来代替水冷器所以发展空冷技术和设备既是节水节能保护环境的要求也是提高装置效益的要求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 20-301 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气器主要由管束风机构架百叶窗和梯子等五个部件组成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 循环水泵第二章 空冷器的设计和计算电厂设计参数西安介质水流率 22000m3h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 301℃湿球温度 ts0 259℃每月平均温度≤5℃的天数 147d定性温度 38℃下的物性密度 9929kgm3比热容 CP 4174KJkg·K导热系数 λ 6316W m·K 黏度 μ 68294×10-6Pa·S管内污垢 ri 0000172K·m2W管外污垢 r0 0000172 Km2W热负荷一传热面积的估算1 湿空冷器空气入口温度此公式的适用范围是高低翅片管束 246 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 WBs 喷水强度 kg m3h Wa 迎面空气质量流速 kg m3h Cpa 空气比热容 Jkg·Kξs 温度系数φθ 翅片高度影响系数高翅片管为 1 低翅片管为 091θ 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 301-08× 301-259 267℃2 湿空冷器空气出口温度由下表查得在管内流体定性温度 38℃下对液体冷却内插温升 δtg 5℃则出口温度为 tg2 2675 317℃表 21 空气在湿式空冷器中的温升流体平均温度 40 50 60 70油品冷却2345油气冷凝 3456水冷却 5710 15蒸汽冷凝8811 163 对数平均温差86℃4 传热系数的估算由下表知工艺用水取 K 680Wm2·K按表知取传热增强系数 Fu 11则湿空冷器总传热系数 K0 11×680 748 Wm2·K5 估算传热面积表 22 空冷器以光管外表面为基准的传热系数经验值适用场合℃冷却液体682739冷却套用水 54059750℅乙二醇水114170有阻滞剂的发动机润滑油86114无阻滞剂发动机润滑油426540轻碳氢化合物341398粘度小于 1 厘泊的轻瓦斯油114142粘度为 230 厘泊的重瓦斯油 45114粘度为 2100 厘泊的重润滑油蒸馏液57114粘度为 21000 厘泊的残渣油 57114工艺用水 597682燃料油 114170冷却气体压力为 007MPa 的烟气57压力为 069 MPa 的烟气 170压力为 020028 MPa 的空气114压力为 034207 MPa 的空气 114170压力 207413 MPa 的空气170199压力为 413689 MPa 的空气 199277氢反应器气体455511压力为 010034 MPa 的烃类气体 170227压力为 034172 MPa 的烃类气体284341压力为 172103 MPa 的烃类气体 398511冷凝水蒸汽 0014 MPa739745氨 568682再生器氨511568轻碳氢化合物 455540轻汽油 455轻石脑油398455氟利昂-12341465重石脑油341398反应器流出物341455蒸馏塔塔顶产物轻石脑油水蒸汽以及不凝结气体 341398二结构设计1 湿空冷器结构形式横排立放2 选排管数对于管束管排数 Np 一般为 2-10 排以 4-8 排为常用排数少时空气温升低传热温差大有利于减少所需的传热面积但占地面积较大空气利用率低投资大操作费用按比例增加排数多空冷器的布局比较紧凑设备的投资和操作费用比较低但空气温升高传热温差小增大了所需的传热面积此外空气侧阻力大则能耗也随阻力增加所以管排数多的管束如以阻力降太大时可以增宽管心距加大翅片间距或减少迎面风速加以弥补管排数的选择取决于空。