CN104930906A - 凝汽器喉部流场优化效果检验及改造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种凝汽器喉部流场优化改造装置，包括喉部空腔和设置在所述喉部空腔内部边缘的侧板，在所述喉部空腔内还设置导流装置，四组所述导流装置分别固定于所述喉部空腔内的前、后、左和右侧。本发明还公开一种凝汽器喉部流场优化改造方法。本发明的有益技术效果是：在凝汽器喉部内安装导流装置，将集中于电机端和汽机端的排汽汽流向凝汽器中部适度引导，减少排汽涡流、均匀排汽流速，使低压缸排汽流场趋于合理、凝汽器换热管的热负荷更均匀、热交换能力能够更好发挥，从而提高凝汽器真空。

Description

凝汽器喉部流场优化效果检验及改造方法

【技术领域】

本发明涉及凝汽器领域，尤其是一种凝汽器喉部流场优化效果检验及改造方法。

【背景技术】

科学家通过上世纪80年代开始对汽轮机低压缸排汽通道性能进行研究，并用试验证明，凝汽器管束传热系数随蒸汽速度上升而上升，但当蒸汽速度超过50m/s时，传热系数不再变化。该试验研究结论表明，对排汽通道优化、使凝汽器管束入口蒸汽流场相对均匀合理，可以提高凝汽器总体换热系数，达到提高真空、降低排汽压力的目的。

现有凝汽器的接颈侧板附近会形成脱流，在形成佘速损失的同时，也影响了凝汽器第一级隔舱及最末级隔舱(最外侧隔板与管板之间的空间)的进汽量，造成汽轮机乏汽在凝汽器中分配的不均匀，使两端隔舱的管束的换热能力得不到充分实施，造成浪费。同时由于减温减压器和抽汽管道的存在，会使凝汽器喉部流场产生涡流或回流区，在一定程度上制约了凝汽器的冷却效果。

我国目前在役的300MW及600MW机组，多为在引进国外上世纪70年代技术基础上改型自行生产的机组，有关模型试验显示，其凝汽器冷却管入口截面蒸汽分布很不合理，存在较为明显的漩涡区和回流区，势必导致凝汽器有效换热面积降低，影响凝汽器换热性能，凝汽器喉部流场如图2所示。有待于对汽轮机排汽通道进行优化改造、改变凝汽器冷却管入口截面汽流分布不合理的现象，进而达到降低汽轮机排汽压力的目的。

【发明内容】

本发明的目的在于针对以上所述现有技术存在的不足，提供一种可以减少排汽涡流、均匀排汽流速、使凝汽器换热管的热负荷更均匀、热交换能力能够更好发挥，从而提高凝汽器真空的凝汽器喉部流场优化改造装置。

本发明的第二目的是提供一种可以减少排汽涡流、均匀排汽流速、使凝汽器换热管的热负荷更均匀、热交换能力能够更好发挥，从而提高凝汽器真空的凝汽器喉部流场优化改造方法。

本发明的第三目的是提供一种凝汽器喉部流场优化效果检验方法。

为了实现上述目的，本发明是这样实现的：凝汽器喉部流场优化改造装置，包括喉部空腔和设置在所述喉部空腔内部边缘的侧板，在所述喉部空腔内还设置导流装置，四组所述导流装置分别固定于所述喉部空腔内的前、后、左和右侧。

所述导流装置包括导流板和支撑管，所述支撑管一端固定于喉部内的支管上，所述导流板由支撑管支撑固定，使导流装置和喉部连接成一个整体，在保证导流装置强度和刚度前提下，也使凝汽器喉部得到了加强。

每组所述导流装置由11或12块导流板组成，所述导流板通过螺栓和螺母固定于支撑管上。

两个或者三个所述导流板通过弹簧垫圈连接成为一组，这样在喉部内合理布置，均匀排汽流场，消除涡流，改善脱硫状况，提高凝汽器的换热效果。

在喉部空腔内，其中相对两组导流装置的导流板为向所述喉部空腔中心内倾斜设置，另外相对两组导流装置的导流板为向所述喉部空腔中心外倾斜设置。

一种凝汽器喉部流场优化改造方法，基于所述的凝汽器喉部流场优化改造装置，其包括的步骤如下：

(1)打开凝汽器喉部人孔，检查内部环境，并进行内部清洁；

(2)在凝汽器喉部内的管束上方整个壳体范围内铺设防护材料，防止损坏凝汽器冷却管束；

(3)在凝汽器喉部侧板上测量并标记安装导流装置支撑管的位置；

(4)测量要安装导流装置支撑管的喉部支撑管的间隔尺寸，导流装置支撑管要焊在喉部支管上；

(5)在凝汽器外部现场将需要的导流装置的支撑管进行切割；

(6)安装并焊接各个导流装置支撑管；

(7)将导流板移入喉部，用螺栓、弹簧垫圈连接成两个一组或三个一组；

(8)将导流板和支撑管焊接在一起；

(9)清理安装时产生的各种污迹和焊渣焊豆，移除跳板和防护材料。

上述方法严谨，可以保证凝汽器喉部施工后不好遗留任何有害物质，另外工序安排可以有序进行，有效的提高施工效率。

一种凝汽器喉部流场优化效果检验方法，基于所述的凝汽器喉部流场优化改造装置，其是采用流场计算模拟软件对现有凝汽器喉部流场进行模拟，寻找优化结果；其是采用流场计算模拟软件对改造后凝汽器喉部流场进行模拟，对比优化结果，得出优化效果。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：在凝汽器喉部内安装导流装置，将集中于电机端和汽机端的排汽汽流向凝汽器中部适度引导，减少排汽涡流、均匀排汽流速，使低压缸排汽流场趋于合理、凝汽器换热管的热负荷更均匀、热交换能力能够更好发挥，从而提高凝汽器真空；实现方法严谨，可以保证凝汽器喉部施工后不好遗留任何有害物质，另外工序安排可以有序进行，有效的提高施工效率。

【附图说明】

图1为本发明凝汽器喉部流场优化改造装置的结构示意图；

图2为现有凝汽器喉部流场图；

图3为本发明凝汽器喉部流场优化改造装置的流场图。

【具体实施方式】

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细的描述说明。

凝汽器喉部流场优化改造装置，如图1所示，包括喉部空腔1和设置在所述喉部空腔1内部边缘的侧板3，在所述喉部空腔1内还设置导流装置，四组所述导流装置分别固定于所述喉部空腔1内的前、后、左、右侧。四组导流装置在所述喉部空腔1内部呈四边形排布。所述导流装置包括导流板2和支撑管6，所述支撑管6一端固定于喉部空腔内的支管7上，所述导流板2由支撑管6支撑固定，这样使导流装置和喉部连接成一个整体，在保证导流装置强度和刚度前提下，也使凝汽器喉部得到了加强。每组所述导流装置由11或12块导流板2排列组成，所述导流板2通过螺栓和螺母固定于支撑管6上。两个或者三个所述导流板2通过弹簧垫圈8连接成为一组，这样在喉部内合理布置，均匀排汽流场，消除涡流，改善脱硫状况，提高凝汽器的换热效果。在喉部空腔1内，其中相对两组导流装置的导流板2为向所述喉部空腔1中心内倾斜设置，另外相对两组导流装置的导流板2为向所述喉部空腔1中心外倾斜设置。其中，所述导流板2与竖直方向的夹角为30-60°，优选的，所述导流板2与竖直方向的夹角为50°。所述侧板3靠所述喉部空腔1内部设置，其与竖直方向夹角为50°。其中，相邻所述侧板3之间的间距为30-80cm。优选的，相邻所述侧板3之间的间距为30cm。相邻所述导流板2之间的间距为40-80cm。优选的，相邻所述导流板2之间的间距为60cm。优选的，所述导流装置在所述喉部空腔1内设置两层以上，相邻所述导流装置之间的间距为80-120cm，这样可以有效减少排汽涡流和均匀排汽流速。

一种凝汽器喉部流场优化改造方法，其包括的步骤如下：

(1)打开凝汽器喉部人孔，施工人员进入凝汽器喉部内部，检查内部环境，并进行内部清洁；

(2)在凝汽器喉部内的管束上方整个壳体范围内铺设阻燃地板革和跳板等防护材料，防止损坏凝汽器冷却管束；

(3)在凝汽器喉部侧板上测量并标记安装导流装置支撑管的位置；

(4)根据凝汽器喉部支撑管实际布置情况，测量要安装导流装置支撑管的喉部支撑管的间隔尺寸(导流装置支撑管要焊在喉部支管上)；

(5)清理零部件运输前涂抹的防锈油等，然后根据测量尺寸，在凝汽器外部现场将需要的导流装置的支撑管进行切割；

(6)安装并焊接各个导流装置支撑管，注意安装时要试装导流板；安装时要注意小心，不要遗落焊条头和其它零部件；

(7)将导流板移入喉部，根据图纸用螺栓、弹簧垫圈连接成两个一组或三个一组；

(8)将导流板和支撑管焊接在一起；

(9)清理安装时产生的各种污迹和焊渣焊豆等，移除跳板和阻燃地板革等防护材料。

上述方法严谨，可以保证凝汽器喉部施工后不好遗留任何有害物质，另外工序安排可以有序进行，有效的提高施工效率。

一种凝汽器喉部流场优化效果检验方法，其是采用流场计算模拟软件对现有凝汽器喉部流场进行模拟，寻找优化结果；其是采用流场计算模拟软件对改造后凝汽器喉部流场进行模拟，对比优化结果，得出优化效果。

本发明可以在凝汽器喉部内，根据原有的实际结构，采取安装导流装置的办法，将集中于电机端和汽机端的排汽汽流向凝汽器中部适度引导，减少排汽涡流、均匀排汽流速，使低压缸排汽流场趋于合理、凝汽器换热管的热负荷更均匀、热交换能力能够更好发挥，从而提高凝汽器真空。本发明结构优化后的凝汽器喉部流场如图3所示。

凝汽器喉部优化改造以数值模拟研究为指导，采用大型流场计算模拟软件，依靠模拟计算结果确定导流装置的布置形式，然后通过改导流装置的布置方案重新进行模拟，寻找优化结果。

在进行流场计算模拟前，需要根据改造机组低压缸、凝汽器喉部建立三维计算模型，此模型考虑了喉部内抽汽管道、内部撑管以及轴封供/抽汽管道等的影响。并由此利用软件计算出凝汽器管束入口蒸汽流场。根据该流场分布情况，在凝汽器数值模型的不同位置设置导流装置，重新利用软件计算管束入口蒸汽流场，然后重新调整导流装置的布置方式，再次计算，如此循环，直至得到理想的管束入口蒸汽流场为止，对应的导流装置布置方案即为凝汽器改造的最优化方案。在这一环节中，导流装置布置方式的改变包括导流板型线、组合方式、布置位置等，同时考虑现场施工的可实现性。

本发明可以改造由于双排汽轮机凝汽器流场分布不均匀，导致凝汽器换热管热负荷分配不均匀的问题，使端板脱流问题得到根本改善。通过加装导流板，加大凝汽器中央通道的进汽量，达到改善凝汽器流场分布的目的。通过加装分布式导流板，可强制改变凝汽器接颈的流场分配，在整个汽轮机排汽进入凝汽器凝结区之前达到尽可能平缓的速度梯度(沿汽轮机轴向)的同时，消除凝汽器接颈中央部位可能形成的漩涡，增大凝汽器接颈中央部分排汽流动速度。随着凝汽器接颈中央部位排汽速度的增加，凝汽器中央通道进汽量开始增加，凝汽器凝结区靠近中央通道部分的换热管外表面流速加大，换热效果得到改善；通过凝汽器中央通道进入凝汽器热井的排汽增加，在稍稍提升凝汽器热井水面压力的同时，进一步减小凝汽器过冷度，减小凝汽器凝结水含氧量；在凝汽器中汽轮机轴向加装导流板外，还在汽轮机周向位置加装一定数量侧板，强制改变部分蒸汽的流动方向，消除大部分脱流造成的不利影响。

本发明在凝汽器喉部内，根据原有的实际结构，采取安装导流装置的办法，将集中于电机端和汽机端的排汽汽流向凝汽器中部适度引导，减少排汽涡流、均匀排汽流速，使低压缸排汽流场趋于合理、凝汽器换热管的热负荷更均匀、热交换能力能够更好发挥，从而提高凝汽器真空。凝汽器喉部优化改造以数值模拟研究为指导，采用大型流场计算模拟软件(PHEONICS流场计算模拟软件)，依靠模拟计算结果确定导流装置的布置形式，然后通过改导流装置的布置方案重新进行模拟，寻找优化结果。在进行流场计算模拟前，需要根据改造机组低压缸、凝汽器喉部建立三维计算模型，此模型考虑了喉部内抽汽管道、内部撑管以及轴封供/抽汽管道等的影响。并由此利用软件计算出凝汽器管束入口蒸汽流场。根据该流场分布情况，在凝汽器数值模型的不同位置设置导流装置，重新利用软件计算管束入口蒸汽流场，然后重新调整导流装置的布置方式，再次计算，如此循环，直至得到理想的管束入口蒸汽流场为止，对应的导流装置布置方案即为凝汽器改造的最优化方案。在这一环节中，导流装置布置方式的改变包括导流板型线、组合方式、布置位置等，同时考虑现场施工的可实现性。按照原凝汽器喉部图纸绘成三维图形，然后根据凝汽器设计参数，利用CFD软件进行流体力学计算和仿真模拟。原凝汽器蒸汽参数为：(原设计凝汽器工作压力0.0049MPa)，流量671.5t/h，焓值2316.8kj/kg，凝汽器喉部流场如图3所示

汽轮机排汽通道优化改造以数值模拟研究为指导，依靠模拟计算结果指导产品定型和布置，通过改变模型或产品布置方案反复试验，寻找优化结果，不仅可以节省试验经费和时间，同时也具有相当高的灵活性和准确性。

在实施排汽通道优化改造前，需要根据改造机组低压缸、凝汽器喉部建立排汽通道模型，此模型考虑了喉部内抽汽管道、低压加热器、内部撑管以及轴封供/抽汽管道等的影响。并由此利用软件计算出凝汽器管束入口蒸汽流场。根据该流场分布情况，在排汽通道数值模型的不同位置设置均流/导流装置，重新利用软件计算管束入口蒸汽流场，然后重新调整均流装置的布置方式，再次计算，如此循环，直至得到理想的管束入口蒸汽流场为止，对应的均流装置布置方案即为排汽通道改造的最优化方案。在这一环节中，均流装置布置方式的改变包括导流板型线(流线型斜板、垂直立板、倾斜直板)、组合方式、布置位置(平行转子轴向、垂直转子轴向、位于撑管不同高度)等，同时考虑现场施工的可实现性。依据300MW机组实际工程情况，通常需要从至少十几个方案中最终得到优化方案。

在通过数值模拟得到最优化技术方案后，对导流板模块进行工业设计、加工，同时依据低压缸排汽通道图纸进行实施方案的工程设计，如有必要，可对方案和产品型线进行微调，并利用数值模型再度验证并指导工业设计，确保工程实施的顺利进行。

汽轮机经低压缸排汽通道优化以后，由于低压缸排汽在凝汽器内的分布趋于合理，凝汽器换热管的热交换潜力得以更充分的发挥，在有关运行条件(真空严密性、凝汽器热负荷、循环冷却水流量、循环冷却水进口温度、换热管的清洁程度、汽轮机蒸汽负荷率等)等同的前提下，当循环冷却水进口温度为30℃、蒸汽负荷率为100％、循环冷却水处于额定流量时，能够确保凝汽器真空度提高0.15KPa及以上。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例，应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明构思在现有技术基础上通过逻辑分析、推理或者根据有限的实验可以得到的技术方案，均应该在由本权利要求书所确定的保护范围之中。

Claims (7)

1.凝汽器喉部流场优化改造装置，其特征在于，包括喉部空腔和设置在所述喉部空腔内部边缘的侧板，在所述喉部空腔内还设置导流装置，四组所述导流装置分别固定于所述喉部空腔内的前、后、左和右侧。

2.按照权利要求1所述的凝汽器喉部流场优化改造装置，其特征在于，所述导流装置包括导流板和支撑管，所述支撑管一端固定于喉部内的支管上，所述导流板由支撑管支撑固定。

3.按照权利要求2所述的凝汽器喉部流场优化改造装置，其特征在于，每组所述导流装置由11或12块导流板组成，所述导流板通过螺栓和螺母固定于支撑管上。

4.按照权利要求3所述的凝汽器喉部流场优化改造装置，其特征在于，两个或者三个所述导流板通过弹簧垫圈连接成为一组。

5.按照权利要求4所述的凝汽器喉部流场优化改造装置，其特征在于，在喉部空腔内，其中相对的两组导流装置的导流板为向所述喉部空腔中心内倾斜设置，另外相对的两组导流装置的导流板为向所述喉部空腔中心外倾斜设置。

6.一种凝汽器喉部流场优化改造方法，基于如权利要求1-5任一所述的凝汽器喉部流场优化改造装置，其特征在于，其包括的步骤如下：

(1)打开凝汽器喉部人孔，检查内部环境，并进行内部清洁；

(2)在凝汽器喉部内的管束上方整个壳体范围内铺设防护材料，防止损坏凝汽器冷却管束；

(3)在凝汽器喉部侧板上测量并标记安装导流装置支撑管的位置；

(4)测量要安装导流装置支撑管的喉部支撑管的间隔尺寸，导流装置支撑管要焊在喉部支管上；

(5)在凝汽器外部现场将需要的导流装置的支撑管进行切割；

(6)安装并焊接各个导流装置支撑管；

(7)将导流板移入喉部，用螺栓、弹簧垫圈连接成两个一组或三个一组；

(8)将导流板和支撑管焊接在一起；

(9)清理安装时产生的各种污迹和焊渣焊豆，移除跳板和防护材料。

7.一种凝汽器喉部流场优化效果检验方法，基于如权利要求1-5任一所述的凝汽器喉部流场优化改造装置，其特征在于，采用流场计算模拟软件对现有凝汽器喉部流场进行模拟，寻找优化结果；其是采用流场计算模拟软件对改造后凝汽器喉部流场进行模拟，对比优化结果，得出优化效果。