冷凝器改造论文

冷凝器改造论文（通用7篇）

1.冷凝器改造论文 篇一

吉林化工学院本科毕业设计（论文）外文翻译

氨制冷系统的节能设计，改造和蒸发式冷凝器的控制

阿卜杜勒穆罕默德和凯利，工业评估中心，代顿大学

摘要

氨制冷系统通常提供了许多节能商机，因为他们的大动力消耗，运行时间长的和动态的操作。氨制冷系统的能源使用高度依赖于冷凝头的压力，而这是一个函数的蒸发式冷凝器容量和控制功能。本文研究系统能源利用中聚光能力和冷凝器的控制之间的关系。它首先开发方法来确定冷凝器的性能，然后以仿真模型模拟压缩机和冷凝器风扇的能源利用。，它使用工程基本面和经验两个数据，准确地捕捉压缩机，冷凝器和环境湿球温度之间的协同效应。节约能源是三种情况：安装在冷凝器风机变频驱动器，采用湿球控制方法战略和提高聚光性能。以说明气候的影响，这些模拟是两个不同的ASHRAE气候区，迈阿密，佛罗里达州和执行明尼阿波利斯，明尼苏达州，这是炎热和寒冷的气候分别。结果表明，提高表现不佳的冷凝器的性能是最经济有效的节能测量。但是节约能源从冷凝器安装变频驱动器球迷和利用湿球的方法策略取决于环境气候条件，与位置无关。接下来，内部收益率的计算方法来安装额外的聚光能力超越在为相同的两个ASHRAE气候区新建筑应用的标准做法。结果表明，安装两次基线聚光能力，内部收益率超过20 ％。综上所述，本文提出的设计，改造的综合方法在氨制冷系统蒸发式冷凝器的控制权。节约能源衍生通过使用这种方法可以显著提高氨的能量效率制冷系统。

介绍

约7.5 ％的总生产能耗用于食品加工行业，其中约21％的能量是电能(二零零六年环评)。在这些设备中，氨制冷系统是最大的能源消耗部分。制冷与冷却工艺所用电量是食品加工行业(二零零六年EIA)的用电量的27％。制冷系统使用的能量是高度依赖于冷凝压力，而这又是冷凝器容量和控制性能。因此，提高聚光能力和控制可导致显著的节能效果。

本文首先确定使用的数据从实际的聚光性能制冷控制系统。然后是开发仿真模型来计算每年的能源使用所研究的压缩机和冷凝器风扇。该仿真模型，用来计算节能三

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个节能措施(ECMS)：在冷凝器风扇安装变频器，采用湿球的方法策略，提高聚光性能。以说明气候的影响，这些仿真用于执行迈阿密，佛罗里达州和明尼苏达州明尼阿波利斯，这是炎热和寒冷的气候分别。文章最后决定回报的安装额外的容量超出标准规范的内部收益率在新的建筑应用。

系统说明

分析系统是一个两阶段的氨制冷系统具有两个低压侧压缩机和两个高级压缩机。所有的压缩机是螺杆式与滑阀控制和热虹吸油冷却。一种蒸发式冷凝器以恒定的速度从系统散发热量。对于本文的其余部分，术语系统将参考冷凝器风扇和压缩机。从冷凝器泵的能源使用小，并且不评价了本文。关键系统参数，包括电动机电流，氨的压力和温度从制冷控制系统获得。氨性数据的计算使用参考流体热力学和输运性质数据(NIST，2010)也被称为REFPROP。图中显示了制冷系统的替补的示意图。

图1。电路图制冷系统的pH值图上

计算排热到冷凝器

冷凝压力是决定系统能源利用的一个关键变量。为了准确地计算冷凝压力，冷凝器性能必须确定。在第一步骤中确定冷凝器性能是计算从压缩机排出到总热量冷凝器。在系统中的能量平衡显示了总的热拒绝了冷凝器是由低和高级压缩机加两个设置在制冷（QREF0）低和高级压缩机两者的压缩或轴功率（WS）的热量。

QCond.actual = Σ QrefLS +Σ QrefHS +Σ WSLS +Σ WsHS（1）

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所有的热拒绝从低温压缩机减去热虹吸拒绝的低级压缩机油冷却（TSOC，LS）将被转移到高压侧制度。因此，由高温压缩机提供（TRprovided，HS）的制冷是：

ΣTRprovided，HS = Σ QrefLS +Σ QrefHS +Σ WLS

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量可以使用等式4和来自控制系统的百分之制冷容量，计算如下：

QREF = Qrrated • ％容量

（5）

压缩热由高温级压缩机（WsHS）生产

来自控制系统的数据而获得的每个压缩机的电机电流。至相关电机电流轴功率（WS），电机电流和输入之间的关系权力必须得到发展。这种关系中，可以从点测量开发电机电流和输入功率在整个压缩机的工作范围。通过使用的压缩机（ὴm）的两个铭牌效率和f（A），轴功率或等价每个压缩机的压缩热量可以计算为：

WsHS = F（A）* ὴm

（6）

热虹吸油冷却（TSOC）

考虑了两阶段的低温循环在图1中表示的氨制冷系统。在状态1LS，氨进入压缩机作为饱和蒸汽和离开压缩机的过热蒸汽在状态2LS。路径1LSmref.LS •（h2a.LSh4.LS）（8）

通常，制造商报告的体积流量的空气速率，标称容量，并且热抑制因子（HRF）。体积流量是用于使用计算的质量流率空气的密度在标准条件。该HRF，这既是外部空气湿球温度计的功能温度（TWB）和饱和冷凝温度（Tcond），用于确定在额定容量冷凝器对于一个给定TWB和Tcond为（Manske，Reindl和2001年克莱因）：

额定电容容量=标称容量/ HRF（TWB，Tcond）（10）

等式9b和10可以适用于制造商的规格为蒸发冷凝器，以确定对于一个给定的湿球Tcond和效力之间的关系范围。有效性被发现是线性相关的Tcond为： effM = E0

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由于蒸发式冷凝器的运行期间的实际容量已计算的，实际效果可以适合于在等式11的形式的线。测量效力与从所研究的系统Tcond数据被绘制时，无论是蒸发式冷凝器，风机和水泵是在图3满负荷生产。额定制造商从式（11）效果也绘制在同一张图来比较的有效性上一个新的蒸发式冷凝器，以其中一个已经服役了几年。图3表示该蒸发式冷凝器性能已劣化随着时间的推移。实际容量比制造商的额定容量少约40％。此信息可以被用作用于模拟程序的校准参数。例如，在图3中，冷凝器容量为一个新的冷凝器将约为1.69倍，目前的实际能力。

图3。实际和制造商有效性的蒸发式冷凝器

模拟年能源消耗

每年的能量使用的制冷系统的是压缩机和冷凝器的总和风机能耗。冷凝压力是必须正确地计算一个关键的变量正确模拟压缩机和冷凝器风扇的能源使用。以下步骤概述一方法计算压缩机功率，冷凝压力和冷凝器风扇电源。

计算压缩机输入功率

一个给定的压缩机在一定范围抽吸的额定轴功率（bhprated）和冷凝温度可以从制造商处获得。此数据可以被嵌入到一个二阶多项式方程的交互项来确定额定满载

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轴功率在给定的吸气和冷凝温度（Manske 2000），如：

bhprated = P0 + P1 • Tcond + P2 • TSUC + P11 • Tcond ² + P22 • TSUC ² + P12 • Tcond • TSUC（12）

在该制冷系统中的压缩机，像许多制冷系统中，在操作碱/修剪方式，表示过去压缩机接通的每个阶段是修剪压缩机。式（4），它类似于公式12中，示出的满负荷容量压缩机吸入的函数和冷凝温度下，该压缩机运行。知道制冷负荷（参考负载）和碱的量被操作（Σ TRBase），则该部分的容量修剪压缩机的压缩机定阶段（FCTrim）可以计算如下：

FCTrim =（参考负载6789

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红色=压缩机的能耗，蓝=冷凝器风扇能源，绿色=节能，广场=投资回报率，VFD =常数变速冷凝器风扇，所需时间约=利用湿球的方法和策略PERFOR =提高聚光性能。

在新建筑应用安装额外的电容容量

冷凝器是因为结构支撑，管道和控制成本来安装。因此，这是很少的成本效益来安装额外的冷凝器为唯一目的能量效率。然而，在新建筑中安装额外的冷凝器容量可以成本效益。近似的安装成本与变频驱动和湿球的做法冷凝器控制是指在公式23。增量成本（元）= 17 ·增容（MBH）+ 12,000（23）

在添加额外的冷凝器时收益率（IRR）内部收益率图9显示容量时，冷凝器的寿命是20年，能源涨价率是3 ％。内部收益率计算用于安装的50 ％的额外容量，100％，150 ％和200 ％，比7000 MBH基线能力。在这两个位置，内部收益率超过20％加倍聚光能力。因此，增加聚光能力似乎是一个非常有吸引力的选项的新建筑。

图9。返回的安装额外的电容容量内部收益率

红色=增量成本，绿色=每年节约能源成本，回报广场=内部收益率

小结与讨论

本文开发了一种方法，利用数据来校准聚光性能制冷控制系统。此校准冷凝器性能的仿真中使用模型计算所研究的能源使用的系统。该仿真模型是然后用来计算节能三的ECM ：在冷凝器风扇安装变频器，采用湿球的方法策略，提高聚光性能的两个不同的ASHRAE气候区。

重要的结果是：

1．制冷系统的总功耗是强烈依赖于冷凝器大小，性能和控制。

2．对于现有系统，提高了蒸发式冷凝器性能可能是最成本效益的节能措施。目视检

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[4] Manske，K.A.，Reindl酒店，D.T.和克莱因2001年S.A.公司。在工业“蒸发式冷凝器的控制制冷系统制冷24 “国际杂志： 676-691。

[5]米切尔，J.W.博朗，J.E.，1998。“设计，分析和空间调节设备的控制和

系统”。威斯康星大学麦迪逊分校。

[6] 标准与技术，2010年全国学院，参考流体热力学和运输属性数（REFPROP）8.0版 [7] 国家可再生能源实验室，2005年，“用户手册TMY3s ”，http://rredc.nrel.gov/solar/old_data/nsrdb/1991-2005/tmy3/ [8] Stoecker，威尔伯特，1998年，工业制冷手册。麦格劳13-

2.冷凝器改造论文 篇二

1 原有合成汽轮机组、水冷器效果的影响

国际焦化公司合成装置自2006年12月26日产出合格的甲醇后, 受蒸汽、合成汽轮机机组运行状况、水冷器效果的影响, 产量一直没有达到设计产量。自装置试车到现在, 随着运行时间的增加, 合成区域的换热器效果逐步变差, 其中合成循环气温度最高时达到75℃, 比设计指标高出30多度, 严重影响了甲醇的分离效果。

2012年合成系统经过检修后, 装置的总体性能得到了极大的提高, 产量在逐步增加, 2013年产量为16.5万吨, 但由于前期运行过程中循环水脏, 同时水冷器又是壳程走循环水, 造成壳程堵塞严重, 虽然在2013年两次系统检修时清理及酸洗, 但是清理效果不好。开车后温度有所下降, 但依然高达70℃左右。

2 改善甲醇系统冷却效果的必要性

为改善甲醇循环气冷却效果, 公司于2014年5月新增2台FZT-7200蒸发式冷凝器, 设计处理气量240000m3/h, 冷却后温度≤40℃。5月底投用后, 通过阀门分配负荷, 2台FZT-7200蒸发式冷凝器通过了甲醇合成总循环70%气量, 大大改善甲醇系统冷却效果, 由投用前的75℃降到了投用后47℃, 提高甲醇回收率, 降低煤气消耗100多立方, 每天多产甲醇近35吨。

3 甲醇循环水冷却实施方案

新增2套FZT-7200蒸发式冷凝器来彻底解决上述问题, 根据现场场地情况, 决定一台利用现有列管换热器基础平台, 另一台在其东侧空闲位置布置, 提前设备安装、管道预制到位。为保证全年的生产天数及任务的完成, 2014年冬季检修从停到生产只安排4天时间, 现有列管换热器连拆除和安装及配管无法完成, 决定本次改造先增加一套FZT-7200蒸发式冷凝器, 仍然保持现有的列管换热器并联运行, 2015年春季检修拆除全部列管换热器, 已完成最后一台改造FZT-7200蒸发式冷凝器增加改造。

3.1 蒸发式冷凝器

蒸发式冷凝器是集普通开式冷却塔、水泵、水系统的管道连接组合成一体, 具有节电、节水、安装方便、占地面积小、维修方便等特点。但在换热原理存在本质上的差别。开式冷却塔是是通过热、质交换将高温冷却水的热量散入大气, 通过空气冷却和蒸发部分冷却水来降低冷却水的温度, 而蒸发式冷凝器是利用水的潜热也就是水在常温下的蒸发吸收热量达到冷却的目的, 同样质量的水蒸发所吸收的热量是水温升高5度时热量的116倍, 所以冷却塔的换热效率很高。

3.1.1 先进换热盘管技术

高效换热盘管由高质量的换热管制成, 换热盘管在完成最后组装前经过4次严格的气压试验 (设计压力1.0MPa, 试验压力1.25MPa) , 具有良好的气密性;盘管沿介质流动的方向设计了2%的坡度, 便于在系统停机时将介质排出, 避免冻坏换热管。

换热管布置采用蛇形弯管技术, 相对管箱结构及其他结构具有以下几个优点:结构柔性化, 消除制造、运行过程中的内应力;弯头阻力小, 可减小流通面积, 增加单管长度, 提高管内流速, 强化换热;可提高结构强度、可靠性高 (焊接点少、应力小、耐压高) 。将进、出口阀门与盘管组成若干换热模块, 根据换热量和环境条件变化, 实施动态调节。

3.1.2 双重防腐设计, 全框架结构

箱体外护板、进风栅等, 采用镀锌板外加喷塑, 也就是在镀锌板的外表面进行一层静电喷塑, 进一步提高了面板的抗腐蚀能力和美观度, 延长设备使用寿命。双重防腐, 耐蚀美观。

3.1.3 高效动力配置

从安装位置上来讲, 轴流风机采用顶吸式, 采用顶吸式主要是为了使冷却盘管处于一个负压区, 因为水在负压时更容易蒸发, 顶吸式可增强水膜蒸发以提高换热。

3.1.4 均匀散水装置

喷淋水的好坏直接影响换热盘管表面水膜形成质量, 水膜太厚会增加热阻影响传热, 太薄容易形成干点。采用高品质ABS材质吊篮式多层伞状喷淋形喷嘴, 具有流量大、喷淋均匀、不易堵塞的独有特性, 使冷却水膜最大限度均匀布置在换热盘管周围, 提高传热系数。喷嘴与喷淋管采用承插式连接便于拆卸与冲洗。

4 改造后的经济技术指标

4.1 解决了因甲醇水冷器冷却效果不好能耗高问题。

4.2 解决了限制甲醇扩大产能的瓶颈。

4.3 通过蒸发式冷凝器完全取代甲醇水冷器, 达到循环气温度的设计要求。

4.4 甲醇水冷器停用后, 减少甲醇循环水用量1300m3/h, 进一步改善甲醇系统其它冷却器的换热效果, 同时减轻甲醇循环水运行负荷。

4.5 FZT-7200蒸发式冷却器投用后, 吨甲醇消耗焦炉煤气降低约100m3/h, 每月增产甲醇约750吨, 增加产值170万元。

5 结语

3.烟气冷凝器设计与应用 篇三

【关键词】锅炉；烟气冷凝器；节能环保

0.引言

由于近几年人们对环境保护的日益重视，燃天然气锅炉的应用得到了空前的应用和发展。而节约天然气资源的重要措施之一就是提高燃气锅炉的热效率。

提高天然气锅炉热效率的两个主要途径：一是提高燃烧系统的燃烧效率，开发和利用低氮燃烧技术；二是提高排烟热能利用率。在燃烧系统一定条件下，提高排烟热能利用率，是高效利用天然气、减少环境污染的有效途径。

目前，普通燃气锅炉的排烟温度均很高，燃气锅炉在180～220℃以上，在天然气燃烧设备尾部增设冷凝式换热器，将排烟温度降到烟气露点温度以下，不仅可以回收利用排烟显热，还可利用天然气燃烧时产生的大量水蒸气凝结时放出的大量潜热。同时凝结液对烟气中的CO2、 NOx和SOx等有害气体有一定的吸收作用，因此，可提高能源利用率，并减少排烟对环境的污染。开发应用带有冷凝换热器的冷凝式锅炉设备，或者将目前既有的普通燃气锅炉房改造为冷凝式锅炉房，是高效利用天然气、减少环境污染的有效途径。而开发冷凝式天然气锅炉和既有燃气锅炉房改造的关键技术，是冷凝式换热器的研究与开发。

由于烟气中的部分有害气体会溶解到凝结液中，形成了具有酸性的腐蚀液（pH值约为4-5），对换热器会产生严重腐蚀。冷凝式换热器的设计必须考虑到换热管（层）的抗腐蚀能力，采用耐腐蚀材料或耐腐蚀涂、镀层，且尽量将冷凝下来的酸性凝结水排出换热器外是研发与设计过程中的关键内容。

这就需要从三个方面入手进行研究：开发导热性能良好的防腐换热材料；换热器的整体设计合理化；对含有水蒸气的烟气凝结换热传热传质过程进行强化，这是使设备高效能、小型化和安全可靠的关键技术。

1.设计与制造

1.1烟气冷凝器工作原理

天然气主要成分为甲烷（CH4），燃烧后会产生大量的水蒸气，根据天然气成份、过量空气系数及混合用空气湿度的不同，烟气中含水蒸气量有所不同，水蒸气体积份额约为16%，其燃烧化学方程式为：

CH4+2O2=2H20+CO2+Q

由天然气燃烧化学方程式可以看出，每燃烧1Nm3的天然气大约可得到1.568kg的水，水蒸气的汽化潜热大约为燃气低热值的11%，这意味着当燃气燃烧每提供100kW显热时，同时也提供了11kW的潜热。当保温良好的情况下，燃气设备的主要热损失就是排烟热损失。烟气冷凝器设备就是通过在锅炉烟囱出口处加装冷凝式换热器，将排烟温度降到露点温度以下，使烟气中的水蒸气冷却下来，回收利用天然气燃烧设备排烟中的显热和潜热。

一般来说，排烟中的水蒸气潜热在60℃（烟气露点）以下才能得到回收，能够回收的热量依赖于所要求的利用温度和利用率。如果利用温度接近排烟的露点温度，仅能回收较少的热量。利用温度越低，回收的热量越多。因此，低温下预热冷水可获得高的回收率，而在较高的温度下输出热能会降低可以回收的热量数量。

燃气锅炉的排烟热损失是燃气设备的主要热损失，它决定于排烟温度和排烟量。对于一定的燃料，排烟量决定于过量空气系数的大小，而过量空气系数又和燃烧状况直接相关。降低排烟温度和减小过量空气系数，尤其是在保证较小的过量空气系数情况下，降低排烟温度可显著减少排烟热损失。

1.2烟气冷凝器设计与制造

烟气与壁面的换热由两部分组成。一部分是流体主体与管壁间的对流换热，即显热换热，另一部分是水蒸气的冷凝换热，即潜热换热。实际运行过程中只要换热器壁温低于烟气露点温度，就会有冷凝液析出。两部分热量共同通过导热方式（不计冷凝液与管壁间的对流换热）穿过液膜，传递到表面。由于烟气中含有SOx和NOx等有害物质，遇冷产生的冷凝液呈酸性，对碳钢有较强的腐蚀性，为在换热性能、耐腐蚀和制造成本三者间进行优化，我公司经过长期试验最后确定采取钢铝复合翅片管作为主要换热元件。钢铝复合翅片管既可以满足强化换热需求，同时又具有一定的抗腐蚀性能。对于钢铝复合翅片管和管板的接口部分采用刷防腐涂层处理。

2.性能测试

目前我国的天然氣燃烧设备主要是常规燃气锅炉，大量的烟气余热被浪费。与常规锅炉相比，冷凝式锅炉热效率明显提高。

我公司针对北京某单位3台1.4MW燃气锅炉设计的烟气冷凝器，在锅炉改装完毕后，得到了满意的运行效果，烟气冷凝器的经济效益明显，经过北京节能环保中心测试平均热效率提高了5%。实践证明，在现有燃气锅炉尾部烟道安装烟气冷凝器，对节约能源和环境保护的有明显效果。

3.经济性分析

通过对烟气冷凝器的节能效率，以及设备投资成本的综合分析，采用静态投资回收期法，对天然气锅炉改造成为冷凝式锅炉进行经济性评价。

以北京某单位1.4MW燃气锅炉加装烟气冷凝换热器为例，平均节气率为5%，设备总投资约4万元，每小时节省天然气18元/h，投资回收期为5-6个月。

4.结束语

（1）通过加装烟气冷凝器，将常规燃气锅炉改装为冷凝式锅炉，可节约大量天然气，降低锅炉运行费用，获得可观的经济效益。

（2）北京某单位1.4MW燃气热水锅炉加装烟气冷凝器后，按满负荷运行，其投资回收期为5-6个月。在排烟温度为35℃～55℃时投资回收期最短。

（3）冷凝式锅炉具有显著的环保效益，与常规燃气锅炉相比较，随烟气排入大气中的有害物质大大减少，降低了对环境的污染。此外，冷凝式锅炉在废热、烟气水蒸气的排放方面也优于常规锅炉，是最洁净的燃烧设备之一。 [科]

【参考文献】

[1]车得福，刘艳华.烟气热能梯级利用.化学工业出版社，2006.

[2]崔永章，钱申贤.翅片换热器中天然气烟气的冷凝传热.山东建筑工程学院学报，2000.15（2）：41-45.

[3]高春阳，刘艳华，车得福.天然气锅炉改造为冷凝式锅炉的经济性评价、节能技术，2003.21（121）：9-11.

4.冷凝工段岗位操作规程汇总 篇四

天缘煤焦化.煤气净化车间

2012年8月3日

冷凝岗位操作规程

一、岗位职责

1.在值班长与工段长的领导下，负责本工段的生产操作、设备维护保养、环境保护文明生产等工作。

2.认真执行中控室的指令，及时调整和控制工艺指标。

3.做好设备检修前的工艺处理和检修后的验收工作。

4.严格执行交接班制度，做好对接工作。

5.严格执行操作规程，不违章作业，不违章指挥。

6.搞好设备的定点巡检工作，发现问题及时汇报，并及时处理跑、冒、滴、漏及安全隐患。

7.严格执行“三不违章”“四不放过”原则，对安全生产“四懂四会”要熟练掌握。遇到特殊问题要学会分析问题和果断处理问题。

二、岗位任务

1.负责将焦炉送来的荒煤气冷却，并除去煤气中夹带的焦油雾和萘，使煤气符合工艺指标要求，并通过鼓风机压力输送，为煤气进入后续工序提高动力。

2.负责处理氨水，焦油混合液，使氨水、焦油澄清分离，同时得到产品焦油。

3.负责产品焦油脱水将合格的焦油送到油库。

4.负责把剩余氨水输送到硫铵工段的蒸氨单元进行蒸氨处理。

第二节 工艺简述

一、初冷器单元 从焦炉来的荒煤气、氨水、焦油首先进入气液分离器进行气液分离，分离后的氨水、焦油、焦油渣汇合后自动流入机械化焦油氨水澄清槽。因比重不同澄清后分离成三层，上层为氨水，中层为焦油，下层为焦油渣。上层氨水溢流至循环氨水槽，然后用循环氨水泵加压送往焦炉冷却荒煤气。当本工段初冷器和电捕焦油器需要清扫时，从循环氨水管中抽出一部分定期清扫。多余的氨水，即剩余氨水，由循环氨水泵送至剩余氨水槽，静止分离后的氨水用剩余氨水泵送至硫铵工段进行蒸铵。中层焦油自动压入焦油分离器进行焦油的进一步脱渣，其中少量分离后氨水进入废液收集槽。分离的焦油定期用焦油泵送至焦油槽静置脱水，待焦油含水量合格后，用焦油泵送往罐区。澄清槽与油水分离器下部的油渣，经刮板机带出装入带斗推车送往煤场掺混炼焦。分离后的煤气由初冷器顶部进入初冷器，初冷器分上、下两段，在初冷器上段，煤气被冷却管中的循环水从约80℃冷却到45℃，循环水由32℃升至40℃。然后煤气进入初冷器下段被冷却管中的制冷水冷却至22℃，制冷水由16℃升至23℃，冷却至22℃的煤气进入下道工序。

初冷器的煤气冷凝液分别由初冷器上段和下段流出，经初冷器上、下段水封槽后进入上、下段冷凝液循环槽，再分别由上、下段冷凝液循环泵加压送至初冷器上、下段喷淋，上段冷凝液循环槽中多余的冷凝液溢流至下段冷凝液循环槽，由下段冷凝液循环泵加压送至初冷器下段喷淋，多余部分送至气液分离荒煤气入口管，其流量视下段冷凝液循环槽液位高低自动控制。

二、冷凝液尾气处理单元

1.各设备的蒸汽冷凝液及脱硫等工段来的蒸汽冷凝液均接入凝结水槽，定期用凝结水泵送至锅炉房。

2.鼓风机的煤气管道冷凝液、电捕沉淀管冲洗液均进入机械化氨水澄清槽处理。

3.为防各贮槽氨水逸散，将各贮槽的尾气集中后，由排气风机送至排气洗净塔，用循环水循环洗涤，为保证洗涤效果，循环水由地下循环水管网连续补入。由排气洗涤泵连续抽送一部分送往污水处理装置。

三、控制指标

（一）温度控制指标（℃）

1.初冷器前煤气集合温度：78-82

2.初冷器后煤气集合温度：21-22

3.初冷器循环水进入温度：≤30

4.初冷器循环水回水温度：≥45.初冷器制冷水进水温度：16-18

6.初冷器制冷水回水温度：≤35

7.循环氨水温度：75-80

8.焦油槽温度： 75-85

9.上、下段冷凝液槽温度：≈4

5（二）压力控制指标（表压）

1.初冷器前煤气吸力：-0.2至0.35kpa

2.初冷器后吸力：

-0.3至0.45kpa

3.集气管煤气压力：（初期100至150pa，正常80至120pa）

4.循环氨水泵前压力： 0.5至0.6Mpa

5.循环水压力： 0.4Mpa

（三）流量控制指标（m³/h）

1.初冷器上段冷凝液循环量：31

2.初冷器下段冷凝液循环量：31

3.循环水循环量： 6086

4.制冷水循环量： 2700

（四）液位控制指标 1.冷凝液槽液位 2.循环氨水槽液位

（五）其他

1.焦油密度：1.13至1.22g/m³

2焦油含水： ≤4%

第三节 岗位操作

一、初冷器单元操作

（一）正常操作

1.经常检查初冷器前后煤气温度，及时调整初冷器各段进水流量和温度，使之符合工艺要求。

2.经常检查并清扫初冷器上下排液管及水封槽，保持排液通畅。

3.经常检查上下段冷凝液循环泵的运转情况和循环槽液位、温度及喷洒情况。

4.定期分析上、下段冷凝液所含焦油量及含萘量情况。

5.定期清扫初冷器（管内除垢，管外积油和萘）。

6.经常检查机械化焦油澄清槽和焦油分离器液位，保证焦油含水合格，分离水不带焦油。

7.经常检查机械设备如泵、风机、刮板机等运转情况，检查各润滑点及轴承温度，保持良好的运转状态，发现问题及时汇报，及时处理。

8.冬季视温度变化情况，可停用制冷水，改用制冷循环水冷却。

9.及时，准确做好各项记录。

（二）初冷器的开工操作

1.检查初冷器阀门均处于关闭状态。

2.初冷器上、下段水封槽注满水。

3.上、下段冷凝循环液槽，初次开工注入2/3的冷却水

4.检查初冷器上、下段下液管通畅情况，必要时可进行蒸汽清扫。

5.打开初冷器顶部放散，再打开底部蒸汽阀门，用蒸汽赶器内空气，当放散冒大量蒸气后，打开煤气进口阀门，关闭蒸气阀门，从放散口取煤气样做爆炸试验二次合格后，关闭放散阀门。

6.打开上、下段冷凝液出口阀门。

7.打开煤气出口阀门的同时，按顺序打开循环水，制冷水（冷冻水）的进出水阀门和上、下段冷凝液循环泵进水阀门，并调节水量使初冷器煤气出口温度符合工艺要求，同时通知中控室注意煤气吸力变化。（循环水超过45℃，冷冻水超过35℃，开启冷却塔风扇）

（三）初冷器停工操作

1.关闭煤气进出口阀门、打开放散（短期停产不必打开放散）

2.关闭循环水、制冷水进出口阀门，冬季将冷却水全部放空。

3.关闭上下段冷凝液喷洒门.4.用蒸气清扫各下液管,保证通畅.5.用热氨水冲洗初冷器各段.6.打开初冷器顶部放散阀门,用蒸气清扫,吹扫完毕待冷却后关闭放散阀门,放空上下段水封液体,并把水封槽底部清扫干净,重新注入水,初冷器经惰性气体吹扫后处于备用状态.7.短时间停产复工,且初冷器阻力不大,不必清扫,用煤气保持微正压,待开工.（四）初冷器的倒用操作

按初冷器的开工步骤先投入备用初冷器，当备用初冷器投入正常后，按初冷器停工步骤停下需停的初冷器。

（五）初冷器清扫

当初冷器阻力增大时，投入备用初冷器，停下阻力大的初冷器进行清扫处理。（确认初冷器后煤气温度不达标）

1.检查上下段下液管保证通畅，放空初冷器内存水。

2.打开初冷器顶部热氨水喷洒阀门，对初冷器管间进行冲洗。

3.热氨水冲洗完毕后，打开初冷器上段，下段蒸汽阀门对初冷器进行吹扫。吹扫前关闭下液管阀门，防止冲破水封。

4.蒸气吹扫一段时间后，关闭蒸气，排放冷凝液后，再关闭下液管，开蒸气吹扫，如此反复吹扫操作，直到排出的冷凝液基本不带油为止，清扫初冷器完毕。

5.待初冷器温度降至50℃以下时，关闭各阀门，有条件最好向初冷器内充氮气或者净煤气，保持微正压备用。

二、冷凝液单元操作

（一）机械化氨水澄清槽，焦油分离器的开工操作

1.关闭澄清槽的各放空阀门。

2.检查人孔及备用口是否已经上好盲板。

3.打开各路氨水，冷凝液槽阀门，把焦油氨水，冷凝液引入澄清槽。

4.当氨水即将溢满槽时，启动刮板机运行。

5.氨水满槽后打开氨水出口阀门，把氨水引进循环氨水槽。

6.调整调节器控制到合适的油水界面，保证循环氨水中不带油，焦油中不带水，并把焦油连续压入焦油分离器。

7.由机械化焦油氨水澄清槽来的焦油进入焦油分离器，当液面满槽后，启动焦油分离器刮板机运行。

8.焦油满槽后打开上部氨水出口阀，把氨水引入废液收集槽，间断送往机械化澄清槽，下部焦油引入焦油槽。

（二）焦油槽焦油脱水操作

1.焦油入槽，油面高度超过槽内加热器后，打开蒸气阀门和蒸气冷凝液引出阀门，并检查冷凝液排水是否正常。

2.控制焦油脱水温度75-85℃。

3.当槽中焦油液位升到槽上部排水口时，打开排水阀，把焦油上层分离水排入废液槽，然后用液下泵间断送机械化焦油氨水澄清槽。

4.排除焦油分离水后的焦油，由焦油泵送到油库。

（三）循环氨水槽，剩余氨水槽的操作。

1.来自机械化氨水澄清槽和焦油分离器的上层氨水进入循环氨水槽，当满槽后，打开通往剩余氨水槽的管道阀门，把多余的氨水送入剩余氨水槽。

2.剩余氨水槽的氨水，经剩余氨水泵，送至脱硫工段的蒸铵单元。

三、各水泵，油泵的操作

循环氨水泵，剩余氨水泵，上下段冷凝液循环泵，焦油泵及液下泵，操作雷同。

（一）开泵前的准备工作

1.检查泵及电机地脚螺栓是否紧固。

2.电机接地是否可靠。

3.联轴器连接是否良好。

4.盘车转动是否灵活，同轴度是否良好，无蹭、卡现象。

5.装好安全防护罩。

6.检查轴承、油箱、油位。

7.焦油泵需要蒸气清扫泵前后管道，冬季还需要用蒸气预热油泵直至盘车灵活。

8.检查泵出口阀门、压力表取压阀门，排气放空阀门均处于关闭状态，检查各法兰连接件牢固可靠。

（二）开泵操作

1.打开泵前阀门和排气阀门，引液体赶净泵前管道内的空气后，关闭排气阀。

2.启动水泵或油泵，慢慢打开压力表取压阀，当压力表上压后，缓缓打开泵出口阀，并调整其开度，使泵流量满足工艺要求。

3.泵运转正常后，检查泵、电机的运转声响，振动情况，轴承及电机温度、润滑油情况、介质温度、压力、流量等情况。

（三）停泵操作

1.关闭泵出口阀门。

2.按停泵按钮停泵。

3.关闭泵进口阀门。

4.压力表指针复零位后，关闭取压阀门。

5.冬季要放空泵及管道内液体，防止冻坏设备。

6.焦油泵停泵后需要用蒸气吹扫泵前后管道，防止堵塞。

（四）换泵操作

1.按开泵操作开启备用泵。

2.缓慢开启备用泵出口阀门的同时，缓慢同步关闭在用泵出口阀门。

3.待备用泵运行稳定并符合工艺要求后，按停泵操作，停在用泵。

第四节 特殊操作

一、突然停电

1.突发全厂性大面积停电，立即关闭正在运行的水泵、油泵的出口阀门，并断开电源。

2.停电后应立即向值班长汇报，并与调度联系，询问停电原因和恢复供电时间，并做好来电后的开工准备。

3.做好突然停电记录。

4.恢复供电后，听从值班长指令，先开循环氨水泵、上下段冷凝液循环泵，通知综合水工段开启循环水泵制冷循环水泵、制冷水泵、制冷机。

5.工段各设备均恢复正常生产后，要认真做好突然停电期间的详细记录。

二、突然停水

（1）突然停循环水

1.立即汇报值班长和中控室，根据值班长指令投入第三台初冷器，并增大制冷水量维护生产。

2.询问停水原因及恢复供水时间，认真做好记录。

3.做好恢复供循环水后正常生产操作的准备。

（2）突然停制冷水

1.立即汇报值班长和中控室，根据值班长指令投入第三台初冷器，并增大循环水量维护生产。

2.询问停水原因及恢复供水时间，认真做好记录，并做好恢复供循环水后正常生产操作的准备。

三、突然停气

1.立即汇报值班长和中控室。

2.做好停气及恢复供气的记录。

四、突然停仪表风

1.停仪表风后，各调节阀均失控，应立即关闭各调节阀前后阀门，打开旁通阀，用旁通阀人工手动调节维护生产。

2.向值班长及中控室汇报，询问停风原因和来风时间，做好记录。

3.来风后，关闭旁通阀，打开调节阀前后阀门，恢复调节阀自控。

第五节 维护保养

1.操作人员必须做到“四懂四会”，（懂结构、懂原理、懂性能，懂用途、会使用、会维护、会保养、会排除故障）。

2.操作人员要精心操作和正确使用设备，严格执行操作规程。

3.严格控制工艺技术条件，做到不超温、不超压、不超负荷。

4.保持设备卫生清洁，做到设备管道无污迹，设备见本色。

5.各润滑点要定期进行加油润滑保养。

6.经常检查蒸气管网上的疏水器，对工作不正常的疏水器要及时疏通。

第六节 正常巡检内容

1.集气管压力。

2.初冷器前后煤气吸力和初冷器后煤气温度。

3.点检初冷器上下段冷凝液喷洒量和各水封排液通畅情况。

4.循环水、制冷水上水、下水温度、压力和流量。

5.槽罐液位针指示应灵活准确。

第七章 主要设备概要

1.初冷器 3台

长X宽X高：4984x3300x34287 F总=5725m³

管程循环水：0.4Mpa 30-40℃

管程冷冻水：0.4Mpa 16-23℃

2.气液分离器 1台

Φ2600x7645 V总=36.23m³

3.机械化氨水澄清槽：

长X宽X高：24616x4520x5658 V总=340m³ 介质：焦油氨水、焦油渣

附 传动装置：电动机直联型三级卧式行星摆线针轮减速机

电动机 功率：N=2.2kw(防爆型)轮速：1430r/min

4.循环氨水槽 2台

8000x5100

V总=256 m³

5.剩余氨水槽 1台

8250x8600

V总=460 m³

加热盘管：57x3.5 F=40.8㎡

6.焦油分离器 1台

17215x4520x4686 V总=120 m³

附传动装置：电动机直联型三级卧式行星摆线针轮减速机

电动机 功率：N=2.2KW（防暴型）

轮速 1430r/min

7.焦油槽 2台

8800X8200 V

槽内温度≈80℃

加热盘管：

8.初冷器水封 6台

1000X3700 V

9.凝结水槽 1台

3000X2500 V

10.废液收集槽 1台

4000X4000 V

11.上段冷凝液循环槽 1台

Φ2800 L=6500 V

12.下段冷凝液循环槽 1台

Φ2800 L=6500 V

13.尾气液封槽 1台

400X614

14.排气洗净塔 1台

1500X17702

介质：槽区尾气

温度：≈40℃

总=500 m³ ㎡ 总=2.9 m³ 总=18 m³ 总=50 m³ 总=46 m³ 总=46 m³ V总=0.075 m³ V总=23.6 m³ 循环水 F=48

15.排风机 1台

Q=970 m³/h ΔP=3665pa

附电机 功率 ：3KW 电压：380V

16.循环氨水泵 2台

流量 828-1225 m³/h 扬程：59~47.5m 介质温度≈75℃

附电机：功率：250KW 电压：10KV

17.剩余氨水泵 2台

流量 15-30 m³/h 扬程：82~78m

介质温度≈75℃

附电机：功率：18.5KW 电压：380V

18.焦油泵 2台

流量 100 m³/h 扬程：60m

介质温度≈80℃

附电机：功率：37KW 电压：380V

19.上段冷凝泵循环泵 2台

流量 60-120 m³/h 扬程：54~47m

介质温度≈45℃

附电机：功率：30KW 电压：380V

20.下段冷凝液循环泵 2台

流量 120-240 m³/h 扬程：34~29m

介质温度≈45℃

附电机：功率：30KW 电压：380V

21.凝结水泵 2台

流量 7.5-15 m³/h 扬程：52.5~48m

介质温度≈100℃

附电机：功率：5.5KW 电压：380V

22高压氨水泵（卧式多级泵）

流量 34 m³/h 扬程：369m 介质温度≈75℃

附电机：功率：75KW 电压：380V 23.废液收集槽液下泵 2台

流量 28 m³/h 扬程：28m 介质温度≈50℃

附电机：功率：5.5KW 电压：380V

24.排气洗净泵 2台

流量 7-15 m³/h 扬程： 52.5~48m

介质温度≈75℃

附电机：功率：5.5KW 电压：380V

第八节 注意事项

1.机电设备运转时严禁拆卸、检修，危险部位不必擦洗。

2.严禁用湿布擦拭电机和电器开关。

3.严禁煤气吸入空气，发现有漏气及时处理。

4.泵联轴器处必须加设安全罩。

5.运转设备附近严禁晾晒衣物或放置其他物品。

6.注意油罐液位计失灵要及时检修，防止液位外溢。

7.严格执行点、巡检制度及时处理跑、冒、滴、漏，做好运转设备润滑工作。

8.生产区严禁烟火！设备需动火检修必须打动火报告，采取有效措施，方可动火。

9.严禁含酚、氰污水进入排水沟。

5.冷凝器改造论文 篇五

1、工作原理

冷凝式燃气壁挂炉是通过两个换热器充分吸收燃气燃烧产物——烟气中的显热及水蒸气的潜热。燃气的热值是指1Nm3燃气完全燃烧所放出的热量。热值分为高热值和低热值，高热值指1Nm3燃气完全燃烧后，其烟气全部被冷却至原始温度，而其中的水蒸气以凝结水状态排出时所放出的热量；低热值指1Nm3燃气完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度，但烟气中的水蒸气仍为蒸气状态时所放出的热量。结构特点

冷凝式燃气壁挂炉增设了余热回收器

7、中和器13，在余热回收器下面设置了凝结水收集盘9，其作用是将含酸的凝结水集中起来导入中和器中，中和器将冷凝水中和后排出机器。由于排烟温度低，同普通的燃气热水器相比，冷凝式燃气壁挂炉阻力增大，抽力减小，因此要在换热器上方加装强排风机，使排烟顺畅。

2、由于烟气中含有三原子气RO2，RO2的主要成份是CO2和SO2，其冷凝液滴具有腐蚀性。因此与冷凝水接触的所有部分，包括余热回收器、中和器、冷凝水回收盘、风机及烟管都必须使用适当的耐腐蚀材料。余热回收器可以使用含硅、锰的铝合金，现在广泛使用的为铝和铸铁合金的轧制合金AlMgSi0.5，也有一些国外厂家使用纯度为99.5%的钝铝或不锈钢。相比而言，纯铝及铝合金在耐腐蚀的同时，导热系数也较好，因而受到广泛使用。

6.50MW汽轮机组冷凝系统改造 篇六

1 冷凝系统介绍

冷凝系统包括凝汽器、循环水泵、冷却塔等, 如图1所示, 其中凝汽器和循环水泵属于电厂辅机中的凝汽设备。

凝汽器的主要任务是凝结汽轮机排汽、形成和维持高度真空、作为热力循环的冷端并回收工质。凝汽器最佳运行是机组经济运行的重要条件。凝汽式汽轮机排汽温度每降低10℃, 装置的热效率可增加3.5%, 凝汽器压力每降低1k Pa, 汽轮机功率平均增加0.7~1%[2]。南屯电厂两台机组的凝汽器都是由上海汽轮机有限公司生产 (两台机相同) , 为对分双流程表面式N-3000-5型, 冷凝面积是3000m , 冷却水量为7350m /h。

循环水泵为凝汽器提供冷却用水, 这种水泵的特点是水量大、扬程低。它是火力发电厂中重要的而且耗电较多的辅机, 要求具有较高的可靠性和经济性。当前, 国内循环水冷凝系统的小机组一般选取母管制, 而大机组大多采用单元制。每一台机配置2台循环水泵和与之相对应的出口控制阀、入口电动碟阀。除1台作备用的循环水泵外, 另一台1台循环水泵和机组一起长期运行[3]。南屯电厂两台50MW的机组各配有两台水泵 (32SA-19B) , 该型水泵的主要设计参数为:流量4700m3/h、扬程20m、转速740rpm、效率85%、轴功率301k W, 配用的电机功率与型号分别为355k W与YKK450-8。

发电厂的冷却塔采用逆流布置的方式, 以环境中的空气来冷却热水。冷却后的过冷水输入凝汽器中, 把已经在蒸汽轮机中做功的乏汽冷凝为液态水, 之后再将液态水送回锅炉加热。南屯电厂三、四期工程中, 循环水系统的供水系统使用逆流式双曲线自然风冷却塔。每一供水系统都配置一座淋水面积为1500m2的冷却塔。在南屯当地气象条件下, 自然风冷却塔不能满足改造后的机组冷却要求, 需要更新冷却系统。

2 改造方案

大多的电厂技术改造是从汽轮机入手, 主要是改造汽轮机的通流部分, 而很少关注辅机的改造, 即便是有这方面的改造, 也仅改造单个辅机。本文针对汽轮机的冷凝系统进行改造, 使其具备60MW的冷凝能力。

通过增加凝汽器的冷凝面积, 改善凝汽器的换热环境的改造手段, 提高了凝汽器的真空度, 降低了凝汽器的背压[5]。按照工程设计, 冷却水水温20℃时, 南屯电厂现运行的凝汽器背压为6.436k Pa。而实际运行中, 冷却水水温为26℃, 凝汽器背压为8.632Kpa。即凝汽器实际的运行背压偏离了原设计背压。

2.1 凝汽器改造

凝汽器的改造方案选择保留凝汽器壳体, 更换芯子, 管材同原先凝汽器管材。采用这样的改造方案可以减小施工量, 即在凝汽器连接尺寸、外部接口都不动的前提下, 更换芯子, 加大凝汽器的冷凝面积, 改善凝汽器的换热环境。此外, 更换全部管板并按新型高效方式布置冷却管, 大大增加了冷却水流量;在凝汽器顶部汽流迎面冲击区采用加厚管, 中间支撑管板与壳体采用易调整安装位置的支撑杆, 并按HEI标准核算跨距;冷却水管全部采用锡黄铜管, 冷却管与管板采用胀接连接。

2.2 循环水泵改造

为满足机组纯凝工况冷却水量和节能的需要, 必须对循环水泵实施增容和节能优化改造, 而且要求泵壳不变电机不动的情况下实施增容改造。为了科学的制定水泵改造方案, 对该系统水泵及管道系统进行了全面的改前节能优化诊断测试和设计软件模型模拟。为尽量减少投资, 利用原叶轮和蜗壳进行通流部分改造。

对水泵叶轮的叶型进行了技术改造, 如增大叶片入口角、扩大水泵轴面通流面积、粗糙叶片出口端非工作面等措施。

2.3 冷却塔改造

电厂三、四期工程循环水系统采用了逆流式双曲线自然通风冷却塔的供水系统, 各配置一座淋水面积1500 m2冷却塔。水力喷雾玻璃钢冷却塔有占地面积少, 一次性投资省, 无淋水填料, 施工周期短、运行费用、冷却效率不低的优点[4]。改造方案是保留原有的两台1500m2自然通风冷却塔, 在两台冷却塔的偏东侧新建两台新型的“水力喷雾推进”通风冷却塔, 冷却能力4000m /h/台。

3 改造后的性能

凝汽器管材在凝结区采用了HSn70-1A、空冷区采用BFe10-1-1, 因循环水中含Cl-较高, 运行中已采用了硫酸亚铁镀铜装置处理。经过四年多运行, 已证明原凝汽器管子所选用管材是安全可靠的。在凝汽器连接尺寸、外部接口都不动的前提下, 更换芯子, 冷凝器的冷却面积由3000m² 增大至3600m² , 此外, 在新的管束和管板布置方式改下, 凝汽器的热交换环境大为改善, 提高凝汽器的真空度, 降低了凝汽器的背压。

循环水泵流通部分进行优化设计后, 改变了局部关键型线, 而水泵壳体及配套电机不变, 提高了泵的流量和效率, 并使高效区向大流量推移, 水泵效率平均提高了11.9%, 最高运行效率达86.14%。在对循环水泵改造后, 双泵运行时流量可达11372m /h。提供给工业冷却用水1400m /h后, 循环水泵的计算循环倍率依然有62.3, 完全满足了机组扩容到60MW时需要。水泵完成改后, 运行效率最高可达86.14%, 在国内处于领先水平。

冷却塔的改造方案极具特色, 大幅缩短了施工工期, 避免拆除原冷却塔的巨大经济损失, 节省了投资成本。改造完成后, 每一冷却塔的冷却能力都有12900m/h循环水, 完全满足机组冷凝系统运行需求。

通过对汽轮机组的冷凝系统 (包括凝汽器、循环水泵、冷却塔) 进行扩容改造, 使南屯电厂汽轮机组的冷凝能力大大提高, 以下是对冷凝系统改造前后的汽轮机组的运行参数, 如表1:

由上表可知, 通过对汽轮机组冷凝系统进行改造后, 汽轮机的排气压力降低了约43.3%, 解决了夏季因真空低影响发电量的瓶颈问题, 大大提高了汽轮发电机组的真空度, 从而提高了汽轮机的效率。汽轮发电机组的绝对电效率可按下式计算:

式中:D为锅炉的实际负荷, t/h;H0为汽轮机的近汽焓, k J/kg。

计算得出:改造前汽轮发电机组的绝对电效率为20.8%, 改造后为27.4%。由此可见, 改造后使汽轮发电机组的绝对电效率提高了约24%。改造方案解决了改造前负荷率过低的状况, 使其能够达到满负荷工作, 最终能够使机组能够在各种工况下满负荷运。

4 技术经济分析

改造后的项目不仅要求设备利用效率得到显著提高, 最重要的是追求经济效益与社会效益的最大化, 电厂改造一般投入巨大, 对改造方案的评估显得尤为重要。主要工作是针对冷凝系统对改造前后的实际运行情况进行比较。通过改造, 机组汽耗、煤耗同期效果对比情况如表2所示:

根据表2的数据可知, 改造后同期相比汽耗下降0.092kg/k W·h, 煤耗下降8.8g/k W·h。改造后机组可以满负荷50MW运行, 则每小时比改造前多发电量1万k W h, 则6~9月份可以增发电量5376万k W h。同时, 改造后由于汽耗与煤耗降低, 使得每年的水耗下降23万吨。因此, 通过冷凝系统改造可使企业获得显著的经济效益。

通过具体计算发现, 这一技术改造的投资回收期为3.2年, 投资利润率为41.95%, 财务净现值2327.02万元。此外, 改造后冷凝系统的各项技术指标也都达到行业要求, 增强了企业的技术水平。因此, 南屯电厂冷凝系统的改造是较为成功的, 可以成为国内其它电厂改造的参考。

5 结论

本文对汽轮机冷凝系统 (冷凝器、循环水泵、冷却塔) 进行技术优化, 使50MW机组具备了60MW机组的冷却能力。大幅度提高了机组运行真空, 彻底解决了机组在夏季不能满负荷运行的技术难题。同时, 该改造方案的投资回收期短, 经济效益显著, 具有较强的推广应用价值。

参考文献

[1]兖矿电铝分公司南屯电力分公司, 北京全三维动力工程有限公司.50MW抽凝机组冷凝系统优化技术研究鉴定资料[R].济南:煤炭工业部济南设计研究院, 2008.

[2]刘桂生.国产300MW汽轮机凝汽器改造及其经济性分析[J].热力发电, 2006, (7) :52-53.

[3]魏友邻, 宁国泉, 陆力, 等.南昌发电厂循环水泵增流节能技术改造[J].中国电力, 2000, 33 (9) :25-27.

[4]贺华.一种新型循环冷却水塔—无填料喷雾冷却塔[J].化工科技市场, 2003, (2) :12-13.

7.太阳能制冷器冷凝器研究与开发 篇七

【关键词】管壳式冷凝器；吸收式制冷机；强化换热；换热系数；Solid works

1.绪论

1.1本课题研究的背景及意义

世界性的能源紧张，牵制着世界经济的可持续发展。能源消耗主要由工业耗能、交通耗能和建筑耗能组成，而建筑耗能占总能耗的70%，在电力高峰负荷中，电力空调所占的比重已达到50%。大量的二氧化碳的排放，使大面积的植被遭破坏。加快了北方荒漠化的进程，沙漠的最前端距天安门广场只有70km。

化石能源经过数百年的消耗，已经不可逆转的走向枯竭。据测算，化石燃料将在2030～2040年之间达到生产和消耗的峰值。因此，大力开发利用可再生能源已成当务之急。据文献资料介绍，地球大气层上界接收到的太阳辐射功率约为1.73×1017W，其中有23%的太阳辐射能达到地球表面，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤。太阳能是各种可再生能源的首选。

研究与推广太阳能空调，解决了耗电高的问题，用环保型的制冷剂代替氟里昂。对节约常规能源。保护自然环境都具有十分重要的意义。

1.2 研究冷凝器的重要性

冷凝器是空调系统中的重要换热器，冷凝器对机组的性能有很大影响，对其工作性能的研究有助于制冷系统的改善和整机性能的提高。因此，冷凝器的研究成为当前太阳能空调研究的重点。

对冷凝器的优化设计，提高其冷凝换热系数，不仅可以降低压冷凝压力，提高机组的性能，还能减少冷凝器的换热面积，节省材料，降低成本。在能源问题从原来的民生问题转变为战略问题的今天，节能环保问题倍受关注，研究开发高效节能的热交换装置，是各国在节约能源和保护环境方面重点解决途径之一。

2.冷凝器的设计原理与思路

冷凝器的作用是将发生器排出的高温过热制冷剂蒸汽冷凝成为冷凝温度下的饱和液体。经U形管节流后进入蒸发器吸热汽化，达到制冷目的。在冷凝器里，制冷剂蒸汽把热量传递给周围的介质—水或空气。本文介绍的是管壳式水冷冷凝器，其中冷凝管采用外螺纹式强化换热管，并在壳体内加装了折流板，能有效地增强换热效果[1]。

3.冷凝器的设计计算

3.1热力计算及传热计算

热力计算是根据用户对制冷量和冷媒水温度等的要求，合理的选择某些设计参数（传热温差、冷却水温度、溶液温度等），然后对循环加以计算，其中包括设备热负荷的计算、热平衡计算、泵的流量计算等等，为随后的传热计算提供计算和设计基础[2]。

3.1.1设计参数的选定

（1）已知参数。

1）制冷量：它是根据生产工艺或空调要求，同时考虑到冷损、制造条件以及经济性等因素而提出。此处取3KW（考虑到热量损失，实际计算时按3.3KW）。

2）冷媒水出机温度tl2：它是根据生产工艺或空调要求提出的。对于溴化锂吸收式制冷机，用水作制冷剂，故一般tl2大于5℃。这里取tl2=10℃，冷媒水进蒸发器温度tl1=14℃。

3）冷却水进口温度tw1：根据当地的自然条件决定。需要指出的是，尽管降低tw1能使冷凝压力下降，吸收效果增强，但考虑到溴化锂结晶问题，并不是tw1愈低愈好，而是有一定的合理范围。取tw1=32℃。

（2）选定参数

1）吸收器出口冷却水温度tw2和冷凝器出口冷却水温度tw3：冷却水的总温升一般取7～9℃。考虑到吸收器的热负荷Qa较冷凝器的热负荷Qk大，通过吸收器的温升△tw1比通过冷凝器的温升 2高。冷却水的总温升△tw2为 。当采取串联方式时

2）冷凝温度tk及冷凝器压力Pk：冷凝温度一般比冷却水出口温度高2～5℃，即

根据tk=42℃，查饱和水蒸气表得Pk=8.198KPa（61.49mmHg）

3）蒸发温度 及蒸发压力 ：蒸发温度一般比冷媒水出水温度低2～4℃。即

根据t0=8℃，查饱和水蒸气表得P0=1.072KPa（8.04mmHg）

4）吸收器内溶液最低温度t2（出口温度）：吸收器内稀溶液的出口温度t2一般比冷却水出口温度高3～5℃，取传热温差为4℃，得：t2=tw2+4℃=40℃（3-5）

5）吸收器压力Pa：吸收器压力因蒸汽流经挡水板时的阻力损失而低于蒸发压力。一般取△P0=（10-70）Pa，此处取△P0=0.03KPa，得：

6）稀溶液浓度ζa：根据P0和t2从h-ε图查得ζa=56.5%

7）浓溶液浓度ζr：为了保证循环的经济性和安全可行性，希望循环的放气范围（ζr-ζa）在0.03～0.06之间，因而可以取（ζr-ζa）=0.05，得：ζr= ζa+0.05=61.5% （3-7）

8）发生器内溶液最高温度：根据ζr、 Pk从h-ε图查得t4= 92℃

9）溶液热交换器出口温度t7与t8：浓溶液出口温度t8由热交换器冷端的温差确定，如果温差较小，热效率虽较高，要求的传热面积仍会较大。为防止浓溶液的结晶，t8应比ζr浓度所对应的结晶温度高10℃以上，因此冷端温差取15～25℃，即

如果忽略溶液与环境介质的热交换，稀溶液的出口温度t7可根据溶液交换的热平衡式确定，即

式中a—循环倍率。它是吸收1kg冷剂水蒸气需补充稀溶液的公斤数。

将数值代入公式（3-10）得h7=（88.2-74）+6=78.05Kcal/kg

再由h7和ξ在h-ξ图上确定，t7=44℃

3.1.2热负荷计算

设备的热负荷根据设备的热平衡式求出。

1.设备单位热负荷

（1）蒸发器：q0=h1-h3=700-141.8=558.2kcal/kg （3-12）

（2）发生器：

qh=h3+（a-1）h4-ah7=715.7+（12.3-1）×88.2-12.3×78.05=752.35kcal/kg （3-13）

（3）冷凝器：qk=h3-h3=715.7-141.8=573.9kcal/kg （3-14）

（4）吸收器：

qa=h1+（a-1）hq-ah2=700+（12.3-1）×74-12.3×65=736.7kcal/kg（3-15）

（5）热交换器：q1=a（h1-h2）=12.3×（78.05-65）=160.52kcal/kg（3-16）

2.设备的热负荷

（1）冷剂水的循环量D==5.08kg/h （3-17）

（2）发生器的热负荷Q=Dqh=5.08×752.35=3821.94kcal/h （3-18）

（3）冷凝器的热负荷Qk=Dqk=5.08×573.9=2915.41kcal/h （3-19）

（1）吸收器的热负荷Qa=Dqa=5.08×736.7=3742.44kcal/h （3-20）

（2）热交换器的热负荷Qt=Dqt=5.08×160.52=815.44kcal/h（3-21）

3.1.3装置的热平衡式、热力系数

（1）热平衡。

若忽略泵消耗功率带给系统的热量以及系统与周围环境交换的热量，整个装置的热平衡式应为：Q0+Qh=Qk+Qa （3-22）

系统吸收的热量为Q0+Qh=2837.49+4446.78=7284.27（Kcal/h）

系统放出的热量为Qk+Qa=2915.41+4367.28=7282.69（Kcal/h）

两者相差很小，故可认为是平衡的。

（2）热力系数。热力系数用ξ表示，它反映消耗单位蒸汽加热量所获得的制冷量，用于评价装置的经济性。单效溴化锂吸收式制冷机的ξ一般为0.65～0.75，双效溴化锂吸收式制冷机的ξ通常在1.0以上。按定义ε===074 （3-23）

3.1.4 泵的流量及传热面积的计算

（1）冷冻水泵的消耗量

VL===0.709m/h（3-24）

（2）冷却水泵的流量

吸收器：Vw1===1.09m/h （3-25）

冷凝器：Vw2===1.08m/h （3-26）

二者基本相等，这说明冷却水温升的分配是合理的

（3）蒸发器泵的流量Vo===0.051m/h （3-27）

f-蒸发器冷剂水再循环倍率

（4）发生器泵的流量 Vo===0.038m/h （3-28）

ρ-稀溶液密度

（5）吸收器泵的流量

V==0.184m/h （3-29）

f—吸收器中稀溶液再循环倍率；ρp—喷淋溶液密度

（6）冷凝器传热面积Fk的计算[3]

简化的溴化锂吸收式制冷，机的传热计算公式如下，

F=m （3-30）

式中F--传热面积，m；

Q-传热量，w ；

△-热交换器中的最大温差，即热流体进口和冷流体进口温度之差，℃；

a，b-常数，它与换热器内流体流动的方式有关，具体数据见GB151-1999表格；

△t-流体a在换热过程中温度变化，℃；

△t-流体b在换热过程中的温度变化，℃。

采用公式（3-30）时，要求△t<△t

进入冷凝器的冷剂水蒸气为过热蒸汽，故计算时仍按饱和冷凝温度tk进行计算。由于冷剂水蒸气在换热过程中发生相变，故△t=0，即

Kk-冷凝器传热系数，取Kk=2500kcal/m2h0C

在以上各设备的传热面积计算公式中，除传热数外，其他参数均已在热力计算中确定。在设计计算时常根据同类型机器的试验数据作为选取K值的依据。

3.2 结构设计计算及强度校核

3.2.1冷凝管及其排列方式的设计

（1）外径及根数计算。

首先按光管计算，换热管常用尺寸有12mm，14mm，19mm，25mm等几种。根据强度要求，选用外径d=14mm不锈钢换热管，由GB13296-1991知，14mm换热管壁厚可取1mm，换热管有效长度取390mm。则可由换热面积计算所需根数：

n==≈16 （3-31）

为增强换热效果及排列合理，这里用18根换热管。

实际设计是选用外螺纹管代替钢管，能够取得更好的换热效果[4]，所选外螺纹管具体参数如下（mm）：冷凝管总长：410。冷凝管外径：14。冷凝管内径：12。冷凝螺旋螺纹长度：390。螺距：4。螺纹高度：0.5

（2）管束分程。

在管内流动的流体从管子一端流到另一端，称为一个管程。需加大换热面积时，可采用增加管长或者管数的方法。但前者受到加工、运输、安装等的限制。增加管数可以增加换热面积，但介质在管束中的流速随着管束的增加而下降，反而使流体的传热系数降低，故不能仅采用增加管数的方法来达到提高换热系数的目的。为解决这个问题，本设计将管束分成两个程数，使流体依次流过各程管子，以增加流体流速，提高传热系数。此时冷凝管内冷却水流速

v==≈0.3m/s（3-32）

符合对于管内冷却水流速的要求。

（3）换热管中心距。

由GB151-1999知，换热管中心距S最小应为管子外径的1.25倍，用于冷凝时可适当增大中心距，所以此处取S=30mm。分程隔板两侧相邻管中心距Sn=40mm

（4）冷凝管排列型式。

冷凝管在管板上的排列形式主要有正三角形、正方形、转角正三角形、转角正方形四种。

为提高流速，便于清洗选用转角正方形排列方式。

又因为最外层冷凝管外表面至壳体内壁最短距离b3=0.25d且不小于8mm，所以可取 b3=15mm。则冷凝管在管板上的排列方式见后图4-9

3.2.2 壳体的设计

（1）由换热管中心距和排列方式等数据，可计算冷凝器壳体内直径：

D=2[+7+15]≈175mm （3-33）

（2）由GB150-1998（钢制压力容器）查表得，壳体厚度取5mm，则壳体外径D0=185mm。

（3）壳体强度校核。

①计算临界长度：

Lcr=1.17D=1.17×185×=1316.6mm （3-34）

t-壳体厚度，mm。因为壳体计算长度约为400mm

②计算受均布外压作用的短圆筒的许用外压[P]

由==37>20可知，壳体属于薄壁圆筒。

又=≈2.162

由、的值从图3-4查得系数A=2.7

圆筒材料为碳素钢，根据系数A的值和设计温度从外压圆筒刚度设计图可查得B=38

则圆筒许用外压可按下式计算：[P]= （3-35）

代入数值算得[P]==1.027MPa

因为冷凝器内部为真空，所以设计外压即为大气压力。设计外压=0.1MPa<[p]，因此壳体的设计合理。

3.2.3 管箱和封头的设计

（1）冷却水管管径r：单程冷凝管截面积总和=9×π×0.0062

由πr2=9×π×0.0062得r=20

为了减小冷却水流动阻力，取内径=26mm，外径=30mm

冷却水管采用插入式焊接结构，一般要求接管不得凸出于壳体内表面[5]

（2）确定管箱深度：管箱深度L不能大于由H查表得到的Lmax的值：H≈175×sin20°=164mm；由H查表得Lmax=270mm

这里取管箱深度为90mm符合要求，管箱的厚度及内外径与壳体相同

（3）分程隔板。

分程隔板连续焊接在管箱壁上，其高度应当贯穿整个管箱高度，隔板的最小厚度与管箱直径有关。根据管箱直径，由TEMA标准查得隔板最小厚度为9.53mm，所以取10mm。

3.2.4 管板和法兰

（1）管板是管壳式冷凝器的一个重要元件，它除了与管子和壳体连接外，还是换热器中的一个主要受压元件，当管板与冷凝管采用胀接结构时，其厚度应满足GB151-1999胀接时管板最小厚度的要求。

于是由冷凝管直径可求得管板厚度为10mm，本设计采用的是固定式管板期延长部分兼作法兰，由法兰标准知，法兰厚度取5mm。

（2）冷凝管外伸长度：胀接时接管最小外伸长度应满足GB151-1999换热管外伸长度要求，取接管外伸长度为3mm。

3.2.5接管最小位置的计算

壳程接管最小尺寸L1≥+（b-4）+Cmm（3-36）

L1-壳程接管最小位置尺寸，d-接管外径，b-管板厚度，C-管外壁至管板与壳体连接焊缝之间的距离。这里取C≥4S（S为壳体厚度）且≥30mm。

因为本设计中4S=20mm<30mm，所以C=30mm。

（1）进气孔最小位置的计算[6]

首先计算进气孔大小：

①计算冷剂蒸汽密度

由克拉伯龙方程式PV=nRT得：PV=mRT/M（3-37）?PM=ρRT（3-38）?ρ=RT/PM （3-39）

P-压强，Pa

V-气体体积，m3

n-气体摩尔数，mol

M-气体摩尔质量，g/mol

ρ-气体的密度，kg/m3

R-气体常数，m3/（mol·K）

T-绝对温度，K

代入数值，得ρ=≈0.02kg/m3

②由蒸汽的合理流速计算进气孔半径r

已知冷剂蒸汽循环量D=5.08kg/h，又知冷凝器中气体合理流速为（3～15）m/s，取流速v=15m/s，由=πr2v （3-40）

代入数值算得 r=0.015m=15mm

由公式（3-36）得L1≥+（10-4）+30=51mm

（2）岀液孔最小位置的计算

出液孔接U形管，其外径为10mm，内径为8mm

由公式（3-36）得：最小位置≥+（10-4）+30=41mm

管箱接管最小位置可按下列公式计算L2≥+hf+C （3-41）

L2-管箱接管位置最小尺寸，mm；hf-管箱法兰厚度，mm

由公式（3-41）得：L2≥+5+30=50

3.2.6 折流板的设计

折流板的形式有弓形折流板、圆盘-圆环形折流板和矩形折流板。弓形折流板有单弓形双弓形和三弓形，本设计中采用上下排列的单弓形折流板

（1）管孔尺寸计算

由GB151-1999查表得管孔径d1应比冷凝管外径d大0.7mm

d1=d+0.7mm=14.7mm （3-42）

（2）弓形缺口高度h

折流板弓形缺口的高度应使流体通过缺口时与横向流过管束时的流速相近。缺口大小用切去的弓形弦高占壳体内直径的百分比来确定。实验证明当h=20%Di时，在给定的压力降情况下，能提供最高的传热速率，所以认为它是最佳折流板缺口高度[7]

则h=20%Di=20%×175=35mm

冷凝器中的折流板还应在最低处开通液孔，以保证全部冷剂水能顺利进入蒸发器

（3）折流板厚度。

折流板最小厚度按GB151-1999折流板最小厚度表选取，根据公称直径，由表查得最小厚度为3mm。

（4）折流板的布置。

折流板的布置一般应使管束两端的折流板尽可能靠近壳程进出口接管，其余折流板按等间距布置，靠近管板的折流板与管板件的距离如图3-12所示，其尺寸可按下式计算：

l=（L1+）-（b-4） （3-43）

L1按照公式（3-36）计算； B2-防冲板长度，当无防冲板时，可取B2=di，di为接管内径。

1—折流板；2—防冲板

图3-1 折流板与管板间距

由公式（3-43）计算进气孔一侧折流板与管板距离：

l1=（L1+）-（b-4）=（51+）-（10-4）=60mm

出液孔一侧折流板与管板距离：l2=（L1+）-（b-4）=（41+）-（10-4）=39mm

其余的折流板按等间距布置，设其间距为x，则由几何知识得：l1+ l2+4t1+3x=410mm （3-44）

t1-折流板厚度，mm

由公式（3-44）得：x= （3-45）=≈100mm

（6）折流板外径d0的确定。

折流板的外直径应当与壳体内径保持适当的间隙，间隙过小装配困难，间隙过大则会影响传热效果，间隙的大小应符合GB151-1999折流板外径及允许偏差表格规定。

由表知，折流板外直径：d0=Di-2.5mm（3-46）=175mm-2.5mm=172.5mm

3.2.7 拉杆的设计

（1）拉杆的结构型式

折流板一般用拉杆和定距管连接在一起，当冷凝管外径小于或等于14mm时，采用折流板与拉杆点焊在一起而不用定距管，如图3-2所示。

图3-2 拉杆的点焊结构

（2）拉杆的直径：因为采用点焊结构，所以拉杆的直径dn应与冷凝管外径d相等，即

dn=d=14mm

（3）拉杆的数量及布置：拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘，且每个折流板应不少于3个支撑点，所以选取拉杆数量为四根。

4.冷凝器的三维模型

根据以上计算，可设计出卧式管壳式水冷冷凝器。该系统将管壳式冷凝器和外螺纹强化换热冷凝管结合起来，充分结合了两者的优点，即换热面积大，冷却效果好。

4.1总体结构

管壳式冷凝器主要由壳体，管板，折流板，冷凝管和端盖组成，壳体是用钢板卷焊成的圆柱体，壳体两端各焊一块管板，管板上胀接一系列的冷凝管束。两端盖通过法兰与壳体连接并用橡胶垫密封。工作时，高温高压的制冷剂蒸汽由进气管进入壳体和管束间的空隙，在管束外表面冷凝成液体后由壳体下部的U形管引出，经U形管节流后进入蒸发器蒸发吸热，达到制冷目的。冷却水由下部的进水管进入冷凝器，由于端盖上隔板的作用被分成两个流程按顺序流动，最后由端盖上部的出水管流出，并带走冷剂蒸汽放出的热量，冷却水流经螺旋盘管降温后重新由进水管进入，循环使用，以达到节水目的。

4.2 各主要部分的结构及作用

（1）端盖的结构如图4-3和图4-4所示

图4-3 左端盖 图4-4 右端盖

左端盖由壳体、一个冷却水进水管、出水管和隔板构成，冷却水由下部的进水管进入，从冷凝管中流过，然后由上部的出水管流出。当冷凝器所需的换热面积较大，而管子又不能做的太长时，就要增大壳体直径，以排列较多的管子。此时可将管束分程，使流体依次流过各程管束。左端盖中隔板的作用就是将冷却水分为两个程数，从而提高了管程冷却水流速，增加了传热效果。右端盖相当于一个冷却水中转站，可保证流入各冷凝管的水量大体相等。

（2）折流板

为了增加壳程流体的流速，提高壳程的传热膜系数，在壳体内加装了折流板，如图4-5所示，同时折流板对于卧式冷凝器的冷凝管具有一定的支撑作用，加装折流板有利于缓解冷凝管的受力状况和防止液体流动诱发振动。虽然设加装折流板也有一定的弊端，例如增大了气体流动的阻力，能产生换热死角等，但是综合考虑，还是利大于弊。

图4-6 折流板的结构

这里采用的是单弓形折流板。折流板缺口上下布置，下折流板下部开有通液孔，以使全部制冷剂能顺利从出液孔流出，折流板的安装与定位是通过拉杆来实现的，折流板与拉杆点焊连接。

（3）U形管

U形管结构见图4-7。因为冷凝器与蒸发器之间要保证一定的压差，这里U形管就起节流降压的作用，保证整个制冷系统正常运行，另外U形管上还装有流量计和阀门，以控制冷剂水的流量。

图4-7U形管 图4-8外螺纹冷凝管

（4）冷凝管

为增强强化换热效果，这里采用外螺纹强化换热管，如图4-8所示，管外表面为螺纹，这样大大增加了传热面积，强化了管外传热；同时，外螺纹冷凝管还能对壳程气体流动产生一定的阻力，减小气体流动速度，增加换热时间，从而使传热效果进一步增强；另外，外螺纹管对污垢的防止和清除效果也比光管要好得多。

（6）管板

固定式冷凝器两块管板与壳程圆筒焊接在一起，其周边延伸作为法兰，这种管板的作用一是固定冷凝管和拉杆，二是将壳体与端盖连接起来。其结构如图4-9所示。

图4-9 固定式管板

【参考文献】

[1]彦启森.空气调节用制冷技术.北京：中国建筑工业出版社，1993.

[2]朱聘冠.换热器原理及计算.北京：清华大学出版社，1985.

[3]溴化锂吸收式制冷技术及应用.机械工业出版社，1996.10.

[4]林宗虎.强化传热及应用.西安：西安交通大学出版社，1987.

[5]陈常青.低温换热器.北京：机械工业出版社，1986.

[6]中华人民共和国国家标准.管壳式换热器.GB151-1999.北京：中国标准出版社，2000.