專利名稱：：自然通風直接水膜蒸發(fā)空冷凝汽系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及火電、核電、流程工業(yè)的自備電廠或余熱發(fā)電等汽輪發(fā)電機組的蒸汽動力循環(huán)系統(tǒng)，具體涉及一種采用自然通風直接水膜蒸發(fā)空冷的凝汽系統(tǒng)。
背景技術：
：火電、核電等汽輪發(fā)電機組的蒸汽動力循環(huán)(亦稱朗肯循環(huán))將蒸汽熱能轉變?yōu)闄C械能，再將機械能轉變?yōu)殡娔堋Ｈ绺綀Dl所示，溫熵圖上朗肯循環(huán)線包圍的面積即為蒸汽熱能可轉化輸出的機械能。之所以稱為循環(huán)，是因為蒸汽狀態(tài)要經(jīng)過高溫高壓蒸汽一低溫低壓蒸汽一低溫低壓水一低溫高壓水一高溫高壓蒸汽的狀態(tài)循環(huán)過程。故汽輪機排出的低溫低壓蒸汽(簡稱乏汽)需要先冷凝成低溫低壓水，然后再泵入鍋爐重新變成可作功的高溫高壓蒸汽。乏汽在凝汽器中冷凝需要向冷卻介質放熱，不同的冷卻介質和不同的凝氣設備可構成不同的冷卻方式或冷卻系統(tǒng)。常見的水冷凝汽方式為，循環(huán)冷卻水在凝汽器管內間壁對流吸收管外乏汽的熱量，再到冷卻塔中淋到填料上形成水膜，水膜與空氣直接接觸，將熱量通過對流和蒸發(fā)方式傳遞給空氣。水冷式凝汽器體積較小，凝汽溫度較低且較穩(wěn)定，有利于發(fā)電機組出力，但循環(huán)水量大，耗水量也大。這樣的水冷方式在發(fā)電行業(yè)也稱為濕冷方式。目前在北方缺水地區(qū)推廣使用的直接干空冷凝汽方式為，空氣在鼓風機作用下在翅片管外流動，并吸收管內乏汽的熱量，熱風直接排向大氣。直接空冷系統(tǒng)體積大，凝汽溫度較高且易受氣候影響，發(fā)電機組出力較小，廠用電率比水冷式的高，但能夠顯著節(jié)水。除了以上水冷和直接空冷兩種基本凝汽方式外，還有以下凝汽方式(i)混合式凝汽器間接空冷系統(tǒng)(簡稱海勒式)系統(tǒng)中的冷卻水是高純度的中性水，中性冷卻水進入噴射式凝汽器直接與乏汽混合并將乏汽冷凝，受熱后的冷卻水絕大部分泵送至空冷塔散熱器，與空氣間壁對流換熱后通過調壓水輪機將冷卻水再次送入凝汽器；受熱后的冷卻水極少部分經(jīng)過精處理后送到汽輪機回熱器，再泵入鍋爐加熱。使用海勒式間接空冷系統(tǒng)的汽輪機組年平均背壓低于直接空冷機組，煤耗較低。但循環(huán)冷卻水與鍋爐主給水混合，需設置凝結水精處理設備，使系統(tǒng)復雜化。且該系統(tǒng)采用全鋁制的散熱器，抗凍性較差。該系統(tǒng)一般用于200麗以下的發(fā)電機組，一般與中背壓汽輪機配套。(2)表面式凝汽器間接空冷系統(tǒng)(簡稱哈蒙式)該系統(tǒng)中，水冷式凝汽器(亦稱表面式凝汽器)出來的循環(huán)冷卻水進入冷卻塔后，不直接與空氣接觸，而是進入到冷卻塔中的間壁式換熱器將熱量傳給空氣，即循環(huán)冷卻水是封閉運行的。哈蒙式間接空冷系統(tǒng)的突出優(yōu)點是節(jié)水，冷卻水系統(tǒng)與主給水系統(tǒng)分開，水質可按各自要求控制；但凝汽器端差比水冷式的大，機組煤耗高，且多出一套換熱設備，投資多。(3)采用并聯(lián)正、逆制冷循環(huán)的工質的間接空冷系統(tǒng)(簡稱并聯(lián)正逆循環(huán)式)該系統(tǒng)中，表面式凝汽器使用的冷卻介質是氨等常用制冷劑。環(huán)境溫度較高時，制冷劑液體在凝汽器中吸收乏汽熱量變成制冷劑蒸汽，再經(jīng)小汽輪機驅動的壓縮機升壓，到空冷器降溫變成液體，經(jīng)節(jié)流膨脹后再到凝汽器吸熱。制冷劑蒸發(fā)溫度足夠低，可有效降低凝汽溫度，滿足正常發(fā)電要求。系統(tǒng)中除了蒸汽熱力循環(huán)外，還有制冷劑的熱力循環(huán)，因為制冷劑熱力循環(huán)中壓縮機消耗了外功，故稱正制冷循環(huán)。當環(huán)境溫度較低時，制冷劑液體在凝汽器中吸收乏汽熱量變成制冷劑蒸汽，再經(jīng)膨脹機減壓，到空冷器降溫變成液體，再泵送到凝汽器吸熱。此時，系統(tǒng)利用凝汽溫度與環(huán)境散熱溫度之間制冷劑的焓差，使膨脹機驅動小發(fā)電機發(fā)電，故制冷劑的熱力循環(huán)可對外做功，故稱逆制冷循環(huán)。采用并聯(lián)正、逆制冷循環(huán)的工質的間接空冷系統(tǒng)除了間接空冷節(jié)水外，其突出優(yōu)點在于環(huán)境溫度高時凝汽溫度足夠低，機組仍能滿發(fā)；且環(huán)境溫度低時，還可多發(fā)電。但這個系統(tǒng)增加的設備將使系統(tǒng)復雜化，將使初投資明顯增加。
發(fā)明內容本發(fā)明提供一種用于火電、核電、流程工業(yè)的自備電廠或余熱發(fā)電等蒸汽動力循環(huán)發(fā)電的，采用自然通風的直接水膜蒸發(fā)空冷凝汽系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由直接水膜蒸發(fā)空冷集群凝汽器和自然通風冷卻塔組成，其特征是，多臺直接水膜蒸發(fā)空冷凝汽器集群安裝在自然通風冷卻塔內，且在所述冷卻塔的下部，在冷卻塔水池的上方。故本系統(tǒng)也可簡稱為"凝汽空冷塔"。本發(fā)明稱之為自然通風直接水膜蒸發(fā)空冷凝汽系統(tǒng)的原因有三其一，本發(fā)明用冷卻塔自然通風，不用風機。其二，類似于直接干空冷，乏汽走管內，乏汽熱量傳遞給管外的空氣。其三，水冷凝汽方式中，乏汽放熱在凝汽器內，水膜蒸發(fā)卻在冷卻塔內；而本發(fā)明的水膜蒸發(fā)直接在凝汽器內進行。由朗肯循環(huán)理論得知，提升朗肯循環(huán)的高溫高壓線，可擴大循環(huán)線包圍的面積，即可提高蒸汽動力循環(huán)的效率。目前正在推廣的超臨界或超超臨界火力發(fā)電機組之所以發(fā)電效率高，是因為隨著耐高溫材料技術的突破和相關技術的進步，提升朗肯循環(huán)的高溫高壓線有了可能。由朗肯循環(huán)理論還可得知，降低朗肯循環(huán)的低溫低壓線，也可擴大循環(huán)線包圍的面積，也可提高蒸汽動力循環(huán)的效率。這就是本發(fā)明提高發(fā)電效率的主要理論依據(jù)?？紤]到公路或鐵路運輸?shù)膶挾认拗疲瑔闻_直接水膜蒸發(fā)空冷凝汽器一般寬3米。根據(jù)汽輪發(fā)電機組容量的大小和乏汽冷凝熱負荷的大小，可將多臺直接水膜蒸發(fā)空冷凝汽器集群安裝，一個集群可配置一個水處理裝置和一臺補水泵。從汽輪機出來的乏汽經(jīng)分配管送入各臺直接水膜蒸發(fā)空冷凝汽器的進口管箱或聯(lián)箱，再經(jīng)管箱或聯(lián)箱分配進入換熱管束的管內。換熱管束的管子可以是截面為圓形、橢圓形或矩形的表面光滑管，也可以是表面不光滑的波形管，槽型管等。管子排列方式通常為交叉排列，也可平順排列。冷卻塔水池中的淋水被泵送到分配裝置，再從上到下淋落，在換熱管外形成水膜。管外水膜自上而下流動的過程中吸收管內乏汽熱量，使水膜溫度升高。自然流動的空氣掠過水膜，與水膜對流換熱；同時，由于流動空氣含濕量未達飽和，故水膜表面的水分子會蒸發(fā)進入空氣，并隨風排到大氣。冷卻塔可強化自然通風，也就強化了流動空氣吸收水膜的顯熱和蒸發(fā)潛熱。當環(huán)境溫度比乏汽溫度低得較多時，對流換熱量會較大；當環(huán)境溫度比乏汽溫度低得較少或基本相當時，蒸發(fā)傳熱量會較大。少量淋水蒸發(fā)后，大部分淋水落到冷卻塔水池里，水池配有排污泵和補水泵。排污的目的是控制淋水中的雜質濃度不要過高，以免加劇結垢和腐蝕。水處理裝置要根據(jù)換熱管材料防腐要求和水源水質，對淋水進行防腐、除垢和滅藻處理。在冷卻塔強化通風的作用下，塔外空氣流到水池上方，進入各臺凝汽器換熱管束的管子之間，掠過換熱管外的水膜，吸收水膜傳遞的顯熱和潛熱，再穿過配水裝置上方的收水器，排向大氣。收水器用塑料制成復合波型或蜂窩型，高效收水可以大大減少水霧飄出，避免水霧飄落到附近設備上引起腐蝕，也可減輕對局部大氣環(huán)境的不利影響。集群型凝汽器凝結水出口管箱或聯(lián)箱高于凝結水泵的入口，以便凝結水進入凝結水泵。集群型凝汽器的換熱管可用銅管或不銹鋼管，因為主給水已做過精處理，故換熱管不用配備管內膠球清洗裝置。自然通風直接水膜蒸發(fā)空冷集群凝汽器設在冷卻塔水池上方，以保證各臺凝汽器來風順暢。各臺凝汽器之間留有巡撿和安裝通道。通道的大部分面積要用鋼板焊封起來，以免大量漏風短路，影響換熱。通道留出較窄的通風口，以避免凝汽器收水器出口處排出的空氣回旋到安裝檢修通道處形成回流，增加流動阻力?！N自然通風直接水膜蒸發(fā)空冷凝汽系統(tǒng)，包括自然通風冷卻塔和多臺安裝在所述自然通風冷卻塔內的直接水膜蒸發(fā)空冷凝汽器，其中，所述直接水膜蒸發(fā)空冷凝汽器安裝在所述自然通風冷卻塔的下部，在冷卻塔水池的上方，所述直接水膜蒸發(fā)空冷凝汽器包括換熱管束、淋水分配裝置、收水器、凝汽器乏汽進口和凝汽器乏汽出口。進一步地，所述的換熱管束的管子為橫截面是圓形、橢圓形或矩形的表面光滑管，或者為表面不光滑的波形管或槽型管。進一步地，所述的換熱管束的管子在凝汽器中的排列方式為交叉排列或者平順排列。進一步地，所述的換熱管束的管子為銅管或不銹鋼管。進一步地，所述收水器用塑料制成復合波型或蜂窩型。進一步地，各臺直接水膜蒸發(fā)空冷凝汽器之間安裝有檢修通道。進一步地，所述的換熱管束下方迎風側敞口進風，凝汽器管束下方背風側設置擋風板，使得大部分來風只能穿過所述換熱管束。進一步地，所述的擋風板開有窄縫通風，以避免或減小換熱管束出口的主流風產(chǎn)生渦流。進一步地，所述直接水膜蒸發(fā)空冷凝汽器呈同心圓環(huán)均布安裝?！N蒸汽動力循環(huán)系統(tǒng)，包括上述的自然通風直接水膜蒸發(fā)空冷凝汽系統(tǒng)。各種凝汽方式的技術特點比較(1)傳熱系數(shù)水冷式凝汽器內，冷卻水無相變走管內，乏汽冷凝相變走管外，以提高凝汽器傳熱系數(shù)。直接干空冷凝汽器內，乏汽要封閉流動，只能走管內，故管內傳熱系數(shù)較大。管外的空氣導熱系數(shù)小，對流傳熱系數(shù)小，故以翅片來強化管外傳熱，但管外的傳熱系數(shù)仍然較小，所以總傳熱系數(shù)還是較小。直接水膜蒸發(fā)空冷凝汽器內，乏汽要封閉流動，需要走管內，管內傳熱系數(shù)較大。管外空氣掠過水膜時，水膜蒸發(fā)相變，傳熱系數(shù)也較大，故直接水膜蒸發(fā)空冷總的傳熱系數(shù)不比水冷式凝汽器的傳熱系數(shù)小。(2)熱負荷(即制冷量)直接干空冷器中，空冷的熱負荷等于乏汽的放熱量。直接水膜蒸發(fā)空冷凝汽器中，空冷的熱負荷等于乏汽的放熱量。水冷凝汽方式中，冷卻水將乏汽熱量帶到冷卻塔中，最后在冷卻塔中空冷的熱負荷等于乏汽的放熱量+泵閥管路溫升熱量+低溫冷水管路漏損帶走的冷量?？梢姡淠绞降臒嶝摵纱?，直接水膜蒸發(fā)空冷熱負荷小。(3)凝汽溫度直接干空冷的設計端差約15t:，故乏汽凝汽溫度較高。直接水膜蒸發(fā)空冷的設計端差約35t:，故乏汽凝汽溫度較低。水冷器的設計端差約為5t:，與之配套的冷卻塔的設計端差約35°C。比較得知，直接水膜蒸發(fā)空冷的乏汽冷凝溫度比水冷方式低5t:左右，比直接干空冷方式則可以低出2(TC以上?？梢?，與廣泛使用的水冷凝汽方式相比，直接水膜蒸發(fā)空冷凝汽方式降低了朗肯循環(huán)的低溫低壓線，擴大了朗肯循環(huán)包圍的面積，提高了蒸汽動力循環(huán)的效率。這樣，蒸汽熱能就可更多地轉化為汽輪機的動能，這就更能確保汽輪發(fā)電機組夏季滿發(fā)。(4)能耗水耗直接干空冷凝汽方式節(jié)水，但蒸汽動力循環(huán)效率低，風機能耗大。水冷凝汽方式的循環(huán)水量大，耗水量大，循環(huán)水泵能耗也大。直接水膜蒸發(fā)空冷比水冷式明顯節(jié)水，比直接干空冷明顯節(jié)能，故直接水膜蒸發(fā)空冷適用于不缺水但節(jié)水要求日趨嚴格的地區(qū)，如我國華中、華東、華南和西南地區(qū)。(5)自然通風直接水膜蒸發(fā)空冷的技術經(jīng)濟優(yōu)勢與直接干空冷凝汽方式相比，自然通風直接水膜蒸發(fā)空冷凝汽方式在消耗一定蒸發(fā)水量的情況下，可明顯提高熱力循環(huán)效率，明顯多發(fā)電，減少廠用電，可克服直接干空冷凝汽方式高溫環(huán)境不能滿發(fā)的不足，且無風機耗能。與水冷凝汽方式相比，自然通風直接水膜蒸發(fā)空冷凝汽方式可獲得比水冷更低的凝汽溫度，可多發(fā)電，獲得更高的熱力循環(huán)效率，可大大減少循環(huán)水量，可明顯減少耗水量。與海勒式相比，自然通風直接水膜蒸發(fā)空冷省去了主給水精處理裝置。與哈蒙式相比，自然通風直接水膜蒸發(fā)空冷減少了給冷卻水降溫的換熱設備，提高了傳熱效率，提高了熱力循環(huán)效率。與并聯(lián)正逆循環(huán)式相比，自然通風直接水膜蒸發(fā)空冷簡單得多，更易于實現(xiàn)。圖1是蒸汽動力循環(huán)的溫熵圖圖2是不同凝汽溫度下蒸汽動力循環(huán)對比的溫熵圖圖3是采用了本發(fā)明后的蒸汽動力循環(huán)系統(tǒng)示意圖和本發(fā)明的自然通風直接水膜蒸發(fā)空冷凝汽器集群分布示意圖圖4是本發(fā)明的自然通風直接水膜蒸發(fā)空冷凝汽器集群工作示意圖圖號及名稱<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。但本發(fā)明不限于實施例，本領域技術人員對本發(fā)明做某些非本質性的修改而形成的技術方案，均在本發(fā)明保護范圍內。參照圖3，本發(fā)明的自然通風直接水膜蒸發(fā)空冷凝汽系統(tǒng)主要用于火電或核電等汽輪發(fā)電機組的乏汽凝結。該系統(tǒng)主要由直接水膜蒸發(fā)空冷集群凝汽器和自然通風冷卻塔組成，其特征是，多臺直接水膜蒸發(fā)空冷凝汽器集群安裝在自然通風冷卻塔內，且在所述冷卻塔的下部，在冷卻塔水池的上方。故本系統(tǒng)也可簡稱為"凝汽空冷塔"。圖3的蒸汽動力循環(huán)系統(tǒng)中共有十種設備，僅自然通風直接水膜蒸發(fā)凝汽空冷塔5裝在室外，其它九種設備都裝在室內?？紤]到凝汽器12的安裝和檢修可能要抽出管子，故各臺凝汽器12之間需留有安裝檢修空間，為充分利用冷卻塔內的空間多裝凝汽器12，凝汽器12不能太長，也不能太短。一般以換熱管束6米長、3米寬為宜。這種換熱管束的凝汽器外形尺寸約長7米，寬3.1米。根據(jù)乏汽熱負荷大小，可選用不同直徑的冷卻塔。以水池直徑ioo米為例，冷卻塔內可按直徑36米、56米、76米和96米分為四層環(huán)圈。36米環(huán)圈安裝7臺凝汽器，56米環(huán)圈安裝12臺凝汽器，76米環(huán)圈安裝16臺凝汽器，96米環(huán)圈安裝21臺凝汽器，總共56臺凝汽器。各臺凝汽器之間的安裝檢修通道，大部分面積要用鋼板焊封起來，以免大量漏風短路，影響換熱。各通道留出20mm50mm寬的通風口，以避免凝汽器12收水器出口處排出的空氣回旋到安裝檢修通道處形成回流，增加流動阻力。先建造冷卻塔塔體和凝汽器集群平臺，冷卻塔內的凝汽器集群平臺要高于冷卻塔的進風口，再安裝各臺凝汽器12的換熱管束16、淋水分配裝置14、乏汽分配管路、凝結水匯集管路、收水器13等。集群凝汽器凝結水出口管箱或聯(lián)箱17高于凝結水泵6的入口，以便凝結水進入凝結水泵。集群凝汽器的換熱管束16可用銅管或不銹鋼管。收水器13通常用塑料制成復合波型或蜂窩型。高效收水可以大大減少水霧飄出，避免水霧飄落到附近設備上引起腐蝕，也可減輕對局部大氣環(huán)境的不利影響。冷卻塔水池需裝上排污管和補水管，以排污降濃和補充新水。淋水的防腐、除垢、滅藻處理可在冷卻塔水池中進行，也可在補水和水處理裝置20中進行。水池中的淋水經(jīng)循環(huán)泵19送到淋水分配裝置14，淋水分配裝置一般使用明渠配水，使用濺水器來淋水。冷天運行防凍問題本發(fā)明一般用于不缺水但節(jié)水要求日趨嚴格的我國華中、華東、華南和西南地區(qū)，這些地區(qū)冬天流動水一般不結冰。所以只要直接水膜蒸發(fā)空冷使用淋水循環(huán)，淋水就會吸收管內乏汽熱量，流動淋水的溫度就不會太低，就不會結冰堵塞管路。排污管要注意保溫，不能因管道結冰影響排污。補水及水處理裝置20的管路也應注意保溫。不能因管道結冰影響補水?？稍诠芡獍脖貙臃乐菇Y冰，也可用蒸汽管線伴熱防止結冰。權利要求一種自然通風直接水膜蒸發(fā)空冷凝汽系統(tǒng)，包括自然通風冷卻塔(5)和多臺安裝在所述自然通風冷卻塔(5)內的直接水膜蒸發(fā)空冷凝汽器(12)，其中，所述直接水膜蒸發(fā)空冷凝汽器(12)安裝在所述自然通風冷卻塔(5)的下部、冷卻塔水池的上方，所述直接水膜蒸發(fā)空冷凝汽器(12)包括換熱管束(16)、淋水分配裝置(14)、收水器(13)、凝汽器乏汽進口(15)和凝汽器乏汽出口(17)。2.根據(jù)權利要求1所述的一種自然通風直接水膜蒸發(fā)空冷凝汽系統(tǒng)，其特征在于，所述的換熱管束(16)的管子為橫截面是圓形、橢圓形或矩形的表面光滑管，或者為表面不光滑的波形管或槽型管。3.根據(jù)權利要求1-2之一所述的一種自然通風直接水膜蒸發(fā)空冷凝汽系統(tǒng)，其特征在于，所述的換熱管束(16)的管子在凝汽器(12)中的排列方式為交叉排列或者平順排列。4.根據(jù)權利要求1-3之一所述的一種自然通風直接水膜蒸發(fā)空冷凝汽系統(tǒng)，其特征在于，所述的換熱管束(16)的管子為銅管或不銹鋼管。5.根據(jù)權利要求l-4之一所述的一種自然通風直接水膜蒸發(fā)空冷凝汽系統(tǒng)，其特征在于，所述收水器(13)用塑料制成復合波型或蜂窩型。6.根據(jù)權利要求l-5之一所述的一種自然通風直接水膜蒸發(fā)空冷凝汽系統(tǒng)，其特征在于，各臺直接水膜蒸發(fā)空冷凝汽器(12)之間安裝有檢修通道。7.如權利要求1-6之一所述的一種自然通風直接水膜蒸發(fā)空冷凝汽系統(tǒng)，其特征在于，所述的換熱管束(16)下方迎風側敞口進風，凝汽器管束下方背風側設置擋風板，使得大部分來風穿過所述換熱管束(16)。8.如權利要求7所述的一種自然通風直接水膜蒸發(fā)空冷凝汽系統(tǒng)，其特征在于，所述的擋風板開有窄縫通風，以避免或減小換熱管束(16)出口的主流風產(chǎn)生渦流。9.如權利要求1-8之一所述的一種自然通風直接水膜蒸發(fā)空冷凝汽系統(tǒng)，其特征在于，多臺所述直接水膜蒸發(fā)空冷凝汽器(12)呈同心圓環(huán)均布安裝。10.—種蒸汽動力循環(huán)系統(tǒng)，包括權利要求1-9中任一項所述的自然通風直接水膜蒸發(fā)空冷凝汽系統(tǒng)。全文摘要一種自然通風直接水膜蒸發(fā)空冷凝汽系統(tǒng)，包含自然通風冷卻塔和置于冷卻塔水池上方的直接水膜蒸發(fā)空冷集群凝汽器。汽輪機出來的乏汽在凝汽器管內流動放熱，凝結成水排出；淋水在管外形成水膜，流動空氣掠過水膜，水膜吸收管內乏汽熱量并向流動空氣傳遞顯熱和水膜蒸發(fā)的潛熱。淋水落進冷卻塔水池，再經(jīng)循環(huán)泵送到各臺凝汽器管束上方的淋水分配裝置。本系統(tǒng)消耗一定蒸發(fā)水量，明顯提高熱力循環(huán)效率，沒有風機耗能，減少廠用電，可克服直接干空冷凝汽方式高溫環(huán)境不能滿發(fā)的不足。與水冷凝汽方式比，本系統(tǒng)可獲得比水冷更低的凝汽溫度，獲得更高的熱力循環(huán)效率，可明顯減少耗水量。本系統(tǒng)適用于不缺水但節(jié)水要求日趨嚴格的地區(qū)。文檔編號F28B7/00GK101776401SQ20101010461公開日2010年7月14日申請日期2010年1月29日優(yōu)先權日2010年1月29日發(fā)明者丁學俊,馮志力,陳良才,黃素逸申請人:華中科技大學