CN101545728A - 无振水冷凝汽器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种和汽轮机配套的无振水冷凝汽器。水冷管式是电站的主导凝汽器，它具有一般管壳式换热器固有的缺点。本发明的目的在于，提供一种新的无振水冷凝汽器。它是由喉部、壳体、汽室、换热单元、冷却水进出口、抽气系统、凝水井等部分组成。其特征在于换热单元是一个螺旋板式换热器，它是用焊在中心管上的两块传热基板，在专用的卷床上，卷制成有两个紧密相邻、互不相通的螺旋流道，其中一个流道和水配流室相通，为冷却水流道，另一个流道和汽室相通，为蒸汽流道，根据负荷大小，换热单元有单个或多个，采用模块化组合而成，安装型式有水平和竖直两种，为抽出不凝气，设置有抽气系统。

Description

无振水冷凝汽器

所属技术领域

本发明涉及一种和汽轮机配套的水冷凝汽器

背景技术

凝汽器的作用，是将汽轮机的排汽冷凝成水，供锅炉重新使用和在汽轮机排汽处建立一个远低于大气压的真空，从而大大提高汽轮机的输出功率和热经济性，是汽轮机最重要的一个辅机。按蒸汽凝结方式的不同，凝汽器可分为表面式(也称间壁式)和混合式(也称接触式)两类。在电站汽轮机和船用汽轮机上，为保证回收的凝结水不受冷却水污染以满足锅炉给水纯洁度的要求，大多采用表面式凝汽器。水冷列管式是电站的主导凝汽器，按冷却水的流动方式分为单程、双程和多程。水冷列管式凝汽器由喉部、壳体、管板、管束、凝水井、冷却水进出口、抽气系统、水室等部分组成。汽轮机的排汽通过喉部进入壳体内，在冷却管束的外表面上冷凝成水，并汇集于凝水井中，再由凝结水泵抽出。冷却水(又称循环水)从进口水室进入冷却管束的管内，汇集于出口水室外排。为保证蒸汽凝结时在凝汽器内维持高度真空和良好的传热效果，还配有抽气系统，它不断将漏入凝汽器中的空气和其他不凝结气体抽出。凝汽器的壳体有圆筒形、椭圆形和矩形。大型电站的凝汽器大多为矩形。目前，国内外的凝汽器的换热元件100％采用管式，它实际上是一台固定管板的管壳式换热器。用作凝汽器有如下缺点：

1.不论抽气口如何布置，排汽-空气混合物都是垂直冲刷管束，而且速度高达80m/s以上，高速冲刷管束，造成管子振动，引发管子疲劳损坏和管璧磨损；

2.高速汽流穿透过管束，汽阻大，相同的凝水温度，喉部绝对压力要高；

3.总传热系数小，这是由于：①在管外，上排管子凝结水逐排下降，加上本排的凝结水，管子又是水平的，故在管外壁形成一个较厚的水膜，使汽侧的给热系数较小；②在管内，由于管子内径达20mm左右，冷却水要有较高的流速(使Re≮2300)能进入紊流；不同位置的换热面热负荷相差很大；

4.冷端端部温差大(其定义是冷却水进口温度和凝水温度之差)，一般大于10℃。这意味着，当进口冷却水温为20℃时，凝结水的温度不可能低于30℃；

5.汽侧阻力大，在同样的凝水温度下，对应的喉部绝对压力高；

6.需用管板，要产生热应力致损，管板的厚度达40mm以上，如用和管子同一材质，价格贵，如用不同材质，则易发生电化学和缝隙腐蚀；

7.不论管板如何布孔，汽-气混合物在管束内的流动路迳长短不同，使上下排管子表面热负荷不均，故换热系数低下；

8.空气易短路，外抽空气冷却效果差，使外抽空气含汽量大，既损失软水又增加抽空系统的负荷；

9.冷却水的温升一般只有5-10℃，循环水带热能力低；

10.易结垢，需另设胶球清洗装置。

更重要的是，随着核电的发展，凝汽器大型化的加速，以管子作为换热元件的凝汽器，当以80-100m/s的高速汽流垂直冲刷细长管子时，必然要使细长管子发生振动，造成管子与管板涨(焊)处和与中间隔板处的疲劳损坏，这已成为大型凝汽器一个世界性的难题。显然，这是一个结构性的难题，只有通过改变结构，才有可能得到解决。由申请人发明的′一种耐压多程双轴向流螺旋板换热器′(CN0313883，5)和′一种换热芯可外抽的耐腐蚀轴向流螺旋板式换热器′(CN200510041521.2)，在与凝汽器冷凝过程相似的汽油、轻烃、氟里昂的冷凝和采暖换热器(实际上是一种温度高的凝汽器)的实施业绩。为从结构上改变管式凝汽器的上述缺点，提供了有力的佐证。和管壳式换热器相比，它有以下优点：

1.由于不采用管子作为换热元件，高速汽流又是平行于换热表面流动，从结构上消除了振动的可能，从而有可能化解了前述疲劳损坏的世界性的难题；

2.总传热系数是管壳式冷凝器的1.4-2.5倍；

3.端部温差可小到2-3℃，当冷却水温度相同时，可使凝水的温度更低；

4.汽流不穿透管束而是平行于换热面流动，故汽阻小，螺旋板壳式换热器的汽阻只为管壳式换热器的1/20，于是，当凝水温度相同时，喉部的真空度更高；

5.表面热负荷均匀，故换热系数大；

6.冷却水的温升可达15℃，帶热能力大，从而节约循环水泵的能耗；

7.有自洁能力，无需另设胶球清洗装置；如某厂的一台汽油塔顶冷凝器的运行实践证明，只需在冷却水进入冷凝器的管道中，加设过滤器，运行三年多，并未结垢。

尽管凝汽器中进行的过程和螺旋板壳式换热器用于介质的冷凝本质上都是有相变的冷凝过程，石化工业中的冷凝器成功的经验可移植到凝汽器中来，但它们间存在着一定的差异：凝汽器是在高真空度下工作，对设备的密封、壳体的稳定性要求高；有大量的不凝气要抽排；介质的体积流量比石化工业中的冷凝器大1～2个数量级，两流体的进出口管径很大(蒸汽进口管可达10多米)；换热面积多达一万平方以上(石化工业中多数不到一千平方)，对汽相的流动阻力要求很高；必需优选抽取不凝气的方法和结构。因此，工艺和结构上都有自身的特点和要求，不能直接套用前述两项专利的成熟结构。要有自己特征的新结构。

发明内容

本发明的目的在于，借鉴前述两项专利的成功经验，按照凝汽器的特殊要求，提供一种新的无振水冷凝汽器。它是由喉部、壳体、汽室、换热单元、冷却水进出口、抽气系统、凝水井等部分组成。其特征在于换热单元是一个螺旋板式换热器，它是用焊在中心管上的两块传热基板，在专用的卷床上，卷制成有两个紧密相邻、互不相通的螺旋流道，其中一个流道和水配流室相通，为冷却水流道，另一个流道和汽室相通，为蒸汽流道，根据负荷大小，换热芯有单个或多个，采用模块化组合而成，安装型式有水平和竖直两种，为抽出不凝气，设置有抽气系统。下面结合附图，对本发明作进一步说明。

附图说明

图1是换热单元正视图，图2是图1的俯视图，图3是.抽气单元正视图，图4是图3的俯视图，图5是水平安装且只有一个换热单元的正视图，图6是图5的侧视图，图7是竖直安装且有多个换热单元的正视图，图8是图7的A-A剖视图。图中：1.冷却水进口管 2.冷却水配流室 3.冷却水流道 4.水道封条 5.蒸汽流道 6.中心管 7.冷却水出口管 8.汽道封条 9.抽气口 10.不凝气配流室 11.喉部12.防冲板 13.抽气口 14.手孔 15.壳体 16.换热单元 17.填料函 18.液面计 19.凝水井20.抽气单元 21.抽气管。

图1是换热单元正视图，图2是图1的俯视图。将焊有两块传热基板的中心管6在专用卷床上，卷制成有两个紧密相邻、互不相通的螺旋流道，其中一个流道和水配流室相通，为冷却水流道3(图中设定为奇数道)，另一个流道和汽室相通，为蒸汽流道5(图中设定为偶数道)。冷却水由冷却水进口管1进入，经右下方的冷却水配流室2，与此配流室对应的奇数道是开口的，而偶数道则用汽道封条8封堵住，于是冷却水经冷却水流道3向上流动，而左上方的冷却水配流室相对应的奇数道也是开口的，偶数道也是用汽道封条8封堵住，于是冷却水在冷却水配流室中汇集后由冷却水出口管7外排。换热单元是安装在充满蒸汽的壳体内，换热单元两端、配流室外侧的水道3用水道封条4封堵，而蒸汽流道5是开口的，于是蒸汽在其中被冷凝成凝水，自动流到凝水井中。凝汽器是在真空下工作，总会有空气被吸入，而不凝气会恶化凝汽器的传热，必需及时排除。为此要设置抽气系统。小型凝汽器只有一个换热单元就可满足热负荷的要求，其抽气管可布置在中心管6内(图中未示)。大型凝汽器需要多个换热单元，这时，可单独设置抽气单元。

图3是抽气单元正视图，图4是图3的俯视图。抽气单元20是在换热单元16上加设不凝气配流室10和抽气管21而成。即上端有两个配流室，下端只有一个冷却水配流室2，混有不凝气的蒸汽只能从下端进入，被冷凝后才从抽气管21抽出。

图5是水平安装且只有一个换热单元的正视图，图6是图5的侧视图，换热单元16浮动安装在壳体15内，冷却水进出口靠填料函17和壳体15静密封，这种结构特别适用于换热单元和壳体互焊性差的场合。蒸汽由上部经喉部11，防冲板12从换热单元16的两端部的蒸汽流道被冷凝成凝水，自动流到凝水井19中，根据液面计18的读数，定期启动凝水泵外排。不凝气的抽气口设在中心管内，由抽气口13外排，为排尽换热单元16中的空气，设有手孔14。

图7是竖直安装且有多个换热单元的正视图，图8是图7的A-A剖视图。在壳体15内安装了若干个换热单元和少量的抽气单元(这里用7个换热单元16和1个抽气单元20为代表)，它们分为两层，每层四个单元，同心园布置。每层有独立的冷却水进出口，由下向上流动。汽轮机来汽从顶部经喉部11向下，进入到每个单元的蒸汽流道被冷凝成凝水，自动流到凝水井19中，定期启动凝水泵外排。不凝气由特设的抽气单元20中的不凝气配流室21和抽气管21外排。

本发明的有益效果是：

1.可以澈底解决大型化凝汽器由于高速汽流垂直穿刷管束引起细长管子振动，造成管子与管板涨(焊)处的损坏和与中间隔板处的疲劳损坏这一个世界性的难题；

2.可以澈底解决大型化凝汽器由于管束和固定管板间由于温度引起的应力损坏；

3.端部温差可小，当冷却水温度相同时，可使凝水的温度更低；

4.汽阻小，当凝水温度相同时，喉部的真空度可更高；

5.表面热负荷均匀，故换热系数大；

6.冷却水的温升高，带热能力大，从而节约循环水泵的能耗；

7.有自洁能力，无需另设胶球清洗装置。

可实现三无即：无振、无热应力、无需另设胶球清洗装置。

Claims (5)

1.一种无振水冷凝汽器是由喉部、壳体、汽室、换热单元、冷却水进出口、抽气系统、凝水井等部分组成，其特征在于换热单元是一个螺旋板式换热器，它是用焊在中心管上的两块传热基板，在专用的卷床上，卷制成有两个紧密相邻、互不相通的螺旋流道，其中一个流道和水配流室相通，为冷却水流道，另一个流道和汽室相通，为蒸汽流道。

2.根据权利要求1所述的无振水冷凝汽器，其特征在于汽流平行于换热面流动，不会发生由于高速汽流垂直冲刷管束引起振动而造成的疲劳损坏。

3.根据权利要求1所述的无振水冷凝汽器，其特征在于根据负荷大小，换热单元有单个或多个，多个换热单元采用模块化组合而成。

4.根据权利要求1所述的无振水冷凝汽器，其特征在于为抽出不凝气，设置有抽气系统，当只有一个换热单元时，抽气口设在中心管内，当有多个换热单元时，可专设抽气单元。

5.根据权利要求1所述的无振水冷凝汽器，其特征在于安装型式有水平和竖直两种。

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