双温区凝汽器设计计算方法探讨

颜强 阳欧 巩昌强 姬艳云 高晓亮

（东方电气集团东方汽轮机有限公司， 四川 德阳， 618000）

0 引言

凝汽器内的冷却介质通常都为同一介质， 节能改造或增加功能需要在凝汽器内同时接入两股不同的冷却水。 两股水的流量、 温度均有很大差别且在凝汽器内共同换热， 因不同冷源的换热相互影响， 热负荷分配难以确定， 双温区凝汽器的设计难度较大。 为了确定此种凝汽器中的不同冷源的各自换热面积和管束结构参数， 本文对这种不同参数的两股冷却水源同时进入凝汽器的情况进行分析推导。

1 基本思路

由于两股冷却介质的参数不同， 但均处于同一凝汽器内， 相互影响的因素很多， 处于不同冷却介质的换热管束热负荷分配、 背压、 冷却水出口温度等都难以确定。 计算过程应尽量减少变量，采用了下述办法：

（1）采用校核模式。 根据工程经验对凝汽器的部分管束结构参数进行假定， 相比设计模式， 变量更少， 更利于数值计算， 校核基于假定的管束结构数据可以大致计算得出其他初始值， 该初始值可能不够准确， 可在计算中进行相应调整， 多次计算， 不断完善。

（2）采用HEI[1]凝汽器计算方法。 该计算方法中的过程变量较为独立， 在调整迭代的过程中可以对多个变量进行假定， 从而简化计算过程。

2 公式推导

2.1 推导过程

单一冷却水介质的凝汽器饱和温度推导为：

由式（1）可知：

由于是校核计算， 换热管内流速、 换热管材质和规格、 冷却水进水温度和清洁系数均为定值，故可对特定结构条件下通过计算对换热系数K求取， 进而计算确定面积A。 冷却水进口温度t1、 流量ω、 比热C、 热负荷Q为已知参数， 故饱和温度Ts只与冷却水出口温度t2相关。

对于单一冷却水介质，t2很容易计算， 但是在两股不同进水介质下， 确定t2还需要更多条件。

为了区分， 代号下标最后的数字1、 2 代表两股不同流体：

由式（1）可得：流体一：

流体二：

同理， 式（6） 中换热系数K1、2是定值， 面积A1、2是定值； 冷却水进口温度t11、12、 流量ω1、2、 比热C1、2、 总热负荷Q总为已知参数。故式（3）、式（6）里有3 个未知数Ts1、Ts2和t21。

由于两股冷却水在凝汽器内共同换热， 背压（饱和温度） 相等， 即可再消去1 个未知数， 联立式（3）、 式（6）可得：

通过式（7）即可计算出t21， 从而得到Ts2， 同时得到总的计算饱和温度Ts（Ts=Ts1=Ts2）。

上述过程计算得到的Ts是基于假定结构条件下的， 假定的结构是否满足要求， 还需要对Ts与要求的设计背压对应的饱和温度Td进行比较：

当Ts＞Td时， 说明假定的面积不够； 当Ts＜Td时， 说明假定的面积偏大； 当Ts＜Td且接近Td时对应的面积及管束结构参数即满足设计要求， 确定凝汽器计算方案。 当不满足条件时， 需要根据变化趋势， 相应调整管束结构参数重新计算新的Ts， 一般经过多次计算后即可符合要求。

2.2 推导过程分析

（1）本计算方法提出的条件是要求两股冷却下各自管束计算的背压（饱和温度）相等并且不大于总的凝汽器背压（饱和温度）， 当三者相等时取得的凝汽器面积即为本算法下的最小所需面积， 由此得到确定的其他各项参数。

（2）推导过程未限定两股冷却管束上换热管的数量、 规格、 长度、 必须相等， 冷却水也没有限定是淡水还是海水， 故2 股冷却水的管束可以有不同的换热管规格和冷却水类型。

（3）计算基于HEI 的计算方法， HEI 算法各个参数关联度不大， 同时采用校核计算方式， 假定结构参数为已知数参与计算， 总体计算涉及的变量较少， 便于分析计算。

（4）本计算方法对设计经验有一定要求， 具备较丰富的设计经验， 可以快速求取换热面积和管束关键结构参数。

3 实例计算

表1 为某300 MW 等级湿冷机组凝汽器按照本文所述方法算得的数据。 由于是凝汽器改造，为尽量保持与原结构上的一致性， 两股流体按各占一半管束（面积相等）进行设计。

表1 凝汽器相关数据及计算结果

4 结语

凝汽器的节能改造近些年迅速发展， 改造方案也在不断探索中， 寻求在凝汽器换热性能和适用条件上的新突破。 本文所述凝汽器就是根据电厂利用不同冷却水源的要求， 在一台凝汽器里通入两种不同参数的冷却介质， 在面积及结构参数计算上颇有难度， 针对这种型式的凝汽器推导出了一种面积及结构参数计算方法， 具有计算快速、准确的特点， 并可推广到多种冷源的情况， 具有重要的设计参考价值。