RCCS强化换热装置在凝汽器上的应用

某电20 MW厂汽轮发电机组，年发电量约16000万kWh。配套凝汽器为双流程，冷却面积为2400 m2，设计冷却水量为8000 t/h，冷却管材料为锡黄铜管，冷却管总数量为3920根(Φ25×1.5× 7562，320根;Φ25×1×7562，3600根)。机组自投入运行以来保持满负荷稳定运行，由于凝汽器结垢，导致其换热效果下降，凝汽器排汽压力偏高，发电单耗明显升高，机组效率降低，端差较大，机组热效率下降。运行过程中机组的排汽温度时常超过报警值50℃，夏季最大可达58℃。

根据统计历史运行数据和查阅相关资料，机组凝汽器存在以下问题：

(1)由于循环水水质较差，凝汽器换热管结垢现象严重;

(2)凝汽器端差高，真空低，机组热效率不高;

(3)机组效率降低的同时机组膨胀增大，机组振动相对升高，威胁机组的安全运行。

凝汽器真空下降，排汽室温度升高，不仅影响机组的安全运行，而且导致机组发电单耗增加，凝汽器真空大小对汽轮发电机组的经济性有着直接影响。因此保持凝汽器良好的运行工况，是电厂节能的重要内容。

2 改造方案

设计考虑在凝汽器分别加装强化装置，RCCS(列管式换热器在线清洗及强化换热)就是针对凝汽器换热效率低下问题，通过革新性技术，强化凝汽器换热。RCCS工作原理是：在凝汽器每根换热管内安装本装置(图1)，当机组运行时，无需外加动力，利用循环水自身的流速驱动本装置的旋转部件，长期在换热管内不停地快速旋转(300～1800 r/min)，改变管内水的层流(图2)为紊流状态(图3)，破坏水垢的形成机理，在设计思想上摆脱了传统的被动清洗除垢概念，变被动除垢为主动防垢，同时强化换热，大幅度提高凝汽器的换热系数K值。

图1 RCCS装置图示

图2 加装RCCS前凝汽器管内水流状

图3 加装RCCS后凝汽器管内水流状

(1)加装RCCS对凝汽器水侧结垢机理的影响

水侧污垢的形成一般要经历5个阶段：起始、运输、附着、老化、剥蚀，见图4(a)。污垢形成的5个阶段中只要有一个环节遭到破坏，污垢就难以形成。因此，只要针对这五个阶段采取合适措施，就能有效除垢防垢。

图4 RCCS除垢机理

RCCS打断或干扰了污垢形成的3个关键阶段,见图4(b)。在污垢的起始阶段，RCCS通过强化扰流和换热，降低了换热管内壁局部温度，从而降低了以碳酸盐为主硬垢的析出;在污垢的附着阶段，RCCS通过刮扫管壁和强化扰流，防止了硬垢及软垢的附着;在污垢的剥蚀阶段，RCCS通过刮扫管壁和强化扰流，加快了硬垢及软垢的剥离。

(2)加装RCCS能强化换热

表1为RCCS强化换热测试数据。测试管型号为Φ20*0.6mm，材质为307不锈钢管。从低流速到高流速、低雷诺数到高雷诺数下的强化换热效率进行了测试。RCCS强化扰流作用非常明显，能有效提高水侧管壁的换热系数。

表1 内置RCCS的强化换热测试数据