间接冷却式汽水取样冷却装置的应用

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摘要：小型火力发电厂经常采用一种简易的汽水取样冷却装置，直接用循环水或工业水作为冷却介质，用作锅炉炉水、过热蒸汽和饱和蒸汽等取样器的冷却。往往由于循环水或工业水水质较差，很容易导致取样冷却器冷却管结垢、堵塞，严重影响使用寿命，从而也影响到水质化验结果，给锅炉运行埋下安全事故隐患，为了解决这一问题，本文介绍一种间接冷却式取样冷却装置，从而保证了取样冷却装置内部冷却管可以永不结垢，保证了它的可靠使用。

关键词：小型锅炉、间接式冷却、循环冷却水、取样冷却装置、使用寿命。

中图分类号： TK22 文献标识码： A

作者：邯郸鸿浩能源工程技术咨询有限公司史艳艳

1．引言

在火力发电厂中，锅炉是一种高温高压的特种设备，某种意义上讲，电厂的安全运行主要取决于锅炉的安全运行，所以在电站锅炉配套设备中，根据锅炉的热传导介质在整个热力循环过程中的不同状态，分别设置了汽、水冷却取样装置，以便于随时检测蒸汽和水质是否满足安全运行要求。

取样冷却分为蒸汽取样和水取样。蒸汽取样又分为过热蒸汽取样和饱和蒸汽取样。而过热蒸汽取样又分为锅炉主蒸汽和再热蒸汽取样；水取样主要有锅炉炉水取样、锅炉给水取样、除氧水取样和冷凝水取样等。

在大型火力发电厂，为了保证各不同阶段热传导介质的化学成分，一台机组往往都要配置十几个汽水取样冷却装置，而与之配套的冷却装置都采用经专门的软化水处理的水质进行冷却，同时为了保证化验取样水质的稳定性，还都采用恒温装置进行处理，一般一台300MW机组配套的汽水冷却装置投资大致需要100多万元。

由此可以看出，锅炉取样装置虽小，但它却直接影响到锅炉运行的安全。

2. 小型电厂常用的汽水取样冷却装置结构及工作原理

在小型发电厂，由于锅炉容量较小，汽水冷却用水量较小，很少采用专门的软化水冷却取样介质的，多数采用循环水或工业水直接冷却，由于循环水或工业水往往不经过化学处理，水质一般比较差。目前，小型发电厂常用的取样冷却装置结构如下图一所示。

图一、小型发电厂常用取样冷却装置结构示意图

常用小型取样冷却装置主要由以下零部件组成，在一个固定的圆筒内设置有螺旋盘管，圆筒内充满冷却水，整个螺旋盘管直接浸泡在冷却水中，高温取样介质直接进入螺旋盘管内，随着盘管长度的增加，取样介质逐渐被冷却成水（如果取样介质是水则水温直接降低），然后从冷却水管末端排出，适当选择螺旋盘管长度，可满足不同取样介质的冷却要求，取样介质出口温度一般控制在30~50℃左右。

从图中可以明显看出，螺旋盘管内是取样介质（蒸汽或高温水），螺旋盘管外表面直接与冷却水接触，当取样介质温度较高时，在取样介质入口端螺旋盘管金属平均壁面温度也是很高的。一般在小型电厂，当采用高温高压参数锅炉时，过热蒸汽温度为540℃，中温中压参数锅炉时，过热蒸汽温度450℃，而冷却水一般最低温度也在25℃以上，这时螺旋盘管最高平均壁面温度就要达到200℃以上，如果冷却水中钙、镁离子含量较高时，螺旋管平均壁面温度一旦高于70℃以上，就容易在金属表面结垢，尤其高温段盘管就很容易在冷却水管道外表面形成很坚固的水垢，由于螺旋盘管螺距很小，严重者整个盘管就粘接在一起，起不到冷却作用，轻则造成取样介质（尤其是蒸汽）直接从冷却管喷出，既造成能源浪费，重则使取样冷却装置无法使用，从而也就无法保证汽、水化验质量。在实际应用过程中，当冷却水质很差时一个取样冷却装置短则只能使用一个月左右时间，严重影响了取样化验工作的进展，给锅炉安全运行埋下隐患。

3．间接冷却式取样冷却装置的结构原理

鉴于此，我们研制出一种间接冷却式汽、水取样冷却装置。其结构原理如下图二所示：

图二、间接冷却式取样冷却装置结构原理图

间接冷却式取样冷却装置主体采用双层筒体结构，筒体内充满纯净水作为中间传热介质，中间介质上、下分别相通，而螺旋盘管置于取样装置内筒，盘管被全部浸泡在中间热交换介质（采用化学纯净水）中，来自锅炉的取样介质（蒸汽或高温水）进入取样冷却装置的螺旋盘管内，与纯净水进行热交换，取样介质通过热交换后温度下降，达到使用要求时，从螺旋盘管末端排出，同时将热量传递给中间介质，而中间介质由于温度的提高，内筒中的中间介质密度降低，体积增加，则内筒中水位上升，由于内筒与取样冷却装置外环上、下是联通的，当内筒水温升高时，便向外环溢出，在装置外环设有通有冷却水的冷却水螺旋盘管，从内筒不断溢出的被加热的纯净水在外环内再经冷却水螺旋盘管冷却降温，体积减少，密度增加，外环水位下降，冷却装置内外形成密度差，外环内的纯净水从底部向内筒流入，这样周而复始形成自然循环，从而达到冷却取样介质的作用。作为中间介质的纯净水，完全处于常压自然循环状态，正常情况下，纯净水消耗很少。由于冷却水的不断冷却作用，筒内的纯净水温度不可能高于水的常压沸点温度――即100℃。

为了要保证取样介质出水温度达到30～50℃，内筒水温度必须控制在50℃以下，则冷却水管道金属平均壁面温度就不会高于50℃，从而保证冷却螺旋冷却盘管不致结垢，也就保证了设备长期可靠使用。如果合理管理和使用，此装置可以保证永久不用更换，为锅炉汽、水安全检验和水质化验这一关解除了后顾之忧。

为保证可靠运行，该产品同时还设有水位计、补水和放水装置，并且配置有取样槽、操作台等设施。

这种简单易操作的设备可以在小型发电厂推广使用，不但可以用于过热蒸汽和饱和蒸汽取样，同样也可以用于各种水质取样，只是需要根据不同的取样介质要求其结构也有所不同。

4．结束语

此间接冷却式取样冷却装置，结构简单，使用可靠，投资少，使用寿命长，无需更换。相信在未来，它将成为小型发电厂取样冷却装置的更新换代产品。

参考文献：

1.《锅炉房设计规范》GB50041-2008

2.《电站锅炉原理》 中国电力出版社