CN102052857A - 自然通风空冷凝汽器 - Google Patents
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Abstract
自然通风空冷凝汽器。本发明属于热交换领域，特别涉及以空气为冷却介质的电厂空冷凝汽器。现行空冷凝汽器电耗高，投资成本高、抗风能力差。本设计将空冷凝汽器设计成竖直迎风面结构的换热单元部件，再与自然通风塔结合，组成换热部件布置在通风塔下部周围的自然通风空冷凝汽器。乏汽进入换热部件与管外的空气换热后凝结为水。吸收了热量的空气密度降低产生升力，在自然通风塔内上升到塔顶进入高空，实现空冷凝汽器前后冷热空气的自然循环。采用该结构的空冷凝汽器，省掉了现行直空冷的高平台和风机投资、电耗，消除了现行直空冷的热风循环和大风危及电厂安全经济运行问题，从而降低电厂能耗成本。
Description
技术领域
本发明属于热交换领域，特别涉及以空气为冷却介质对电厂汽轮机乏汽直接进行空冷凝结的冷却装置。
背景技术
现行的空冷式发电厂，其利用空气冷凝汽轮机乏汽的关键设备又称电站空冷器，主要分为直接空冷和间接空冷两种：汽轮机乏汽直接进入空冷器进行冷凝的简称直接空冷，通过循环冷却水将汽轮机乏汽的冷凝热带到空冷器中进行冷却的简称为间接空冷。
现行的电站直空冷通常是将空冷凝汽器，如600Mw空冷机组的空冷凝汽器布置在距离地面45米多高，面积近8000余平方米的巨大高空平台上，通过设在空冷器管束下方的大型轴流风机垂直向上鼓风，使其穿过冷却管束，带走管束内的乏汽冷凝放出的潜热，实现用空气直接冷凝汽轮机乏汽的目的。这种布置结构的优点是投资低、占地小；缺点是抗风能力差，易出现热风循环，导致汽机出力下降；运行电耗高，噪音大，经济效益略低于间接空冷。
另一种直接空冷是将空冷凝汽器以平面或锥面的结构布置在自然通风塔内(见说明书附图1)，利用换热后的热空气密度降低，在自然通风塔内产生的升力抽取空冷凝汽器下面的冷空气，穿过空冷凝汽器实现对电站汽轮机乏汽的冷却凝结。这种布置结构的最诱人的优点是节省了冷却风机运行的电耗，没有噪音。但存在一下缺点：
缺点1，是将空冷凝汽器布置于塔内平台上，蒸汽总管及支管距蒸汽分配管的距离远，弯头多，不仅增加管路投资，而且增加乏汽管路阻力，进而减少汽机出力；
缺点2，是以平面、锥面或阶梯的结构将空冷凝汽器布置在自然通风塔内，由于空冷凝汽器下面必须留出冷空气的进入空间，如600Mw机组的数千吨重空冷凝汽器的高度至少要放在塔内20米以上的平台上，这就必然增加空冷凝汽器装置的支撑设施、安装投资；
缺点3，由于自然通风塔是利用，换热前后气体的密度差与具有密度差的空气的有效高度的乘积值，来获得克服冷空气流经空冷凝汽器管束及百叶窗阻力的驱动力的，也就是冷热空气温差一定条件下，热空气的占有的高度尺度越大，热空气的总升力就越大。由于空冷凝汽器安装高度抬高了20米，为保证最低的驱动力，通风塔的有效高度也必须增加20米，这无疑又增加了通风塔的投资；
缺点4，由于要支撑面积达8000平方米，数千吨的空冷凝汽器，通风塔内必须均布大量的支撑构件，要再布置烟气脱硫装置及烟气排放装置，就十分困难。
鉴于以上缺点，所以该类结构的自然通风空冷凝汽器一直没有被市场接受。本发明采用以下发明内容予以完善。
发明内容
本发明的自然通风空冷凝汽器，由蒸汽进口总管及支管、蒸汽分配管、冷凝水收集管和若干翅片管连接组成空冷凝汽管束单元，若干空冷凝汽管束单元组成空冷凝汽器的换热部件后，再与风筒、百叶窗集合，组成完整的自然通风空冷凝汽器，其特征在于：由翅片管(4)、竖直布置的蒸汽分配管(3)、竖直布置的冷凝水收集管(2)组成具有竖直迎风面(1)的竖直空冷凝汽管束单元(9)，；竖直迎风面(1)中的翅片管(4)以轴线非水平方式，连接于竖直的蒸汽分配管(3)和竖直的冷凝水收集管(2)之间；若干竖直空冷凝汽管束单元(9)组成闭合结构的换热部件(A-A)，置于风筒(6)下端周围；控制风量的百叶窗(7)竖直布置在空冷凝汽管束单元(9)进风侧；蒸汽进口总管及支管(8)以环状连接于蒸汽分配管(3)一端。
本发明的自然通风空冷凝汽器的翅片管布置于顺流冷凝段时，乏汽进口高于凝结水出口，以利于凝结水的和剩余的乏汽迅速流出；翅片管布置于逆流冷凝段时，进口低于出口，以便回流的凝结水被进口上行的乏汽加热，以防空冷凝汽器凝在0℃以下气温运行时，凝结水被冻结在管壁上。
本发明的自然通风空冷凝汽器的翅片管截面形状可以为圆形、椭圆或扁平形状，当采用截面形状为椭圆或扁平形状时，截面长轴应与水平面成倾斜布置，以便管内的凝结水及时汇集到管底，以减少导热系数低的凝结水在翅片管内表面的滞留厚度；同时也使翅片管外的通风截面在竖直迎风面上占有应有的比例，以减少空气侧气流阻力。
本发明的自然通风空冷凝汽器迎风面竖直的管束单元，布置在通风塔下部周围的好处如下：
①使冷却空气可用最低的能耗水平流向空冷凝汽器，以减少冷空气流动阻力；
②这样布置，空冷凝汽器管束单元就可以放在地面，从而使换热后的热空气起始高度将比现行塔内平台式换热方式降低20米左右，从而将使自然通风塔高度降低20米，进而降低通风塔投资成本；
③将空冷凝汽器放在地面，也节省了空冷凝汽器放在20米高的平台上的支撑设施、构件的投资和安装成本；。
④通风塔内由于没有现行塔内平台式空冷凝汽器及支撑构件占用空间，这一空间正好可以用来布置电厂烟气脱硫装置和烟气排放装置，从而减少了电厂装置占地。
根据电厂自然、地理、气象条件和空冷式电厂发电规模，竖直空冷凝汽管束单元组成柱状闭合形换热部件结构可以为矩形、圆形、椭圆形、多接形等。
本发明的自然通风空冷凝汽器，蒸汽进口总管及支管(8)以环状连接于蒸汽分配管(3)的下端。这样布置将使汽轮机乏汽总管从汽机厂房出来，不经过任何弯头而直接进入流动阻力很小的环行支管，不仅减少乏汽流动阻力，而且施工安装也更方便，降低了安装费用。
附图说明
附图1，为现行的自然通风凝汽器结构图。图中：
1蒸汽总管及支管；
2蒸汽分配管；
3凝结水收集管；
4空冷凝汽翅片管；
5控制风量的百叶窗；
6流入空冷凝汽翅片管间进行冷却的冷空气；
7流出空冷凝汽翅片管间，在通风塔内上升产生升力的热空气；
8通风塔筒，维持热空气空间高度，实现冷空气流入空冷凝汽器的关键部件。
附图2，为本发明的自然通风空冷凝汽器结构图。图中；
1竖直迎风面；
2竖直布置的凝结水收集管；
3竖直布置的蒸汽分配管；
4空冷凝汽翅片管；
5流经空冷凝汽管束，温度升高，密度降低，流向塔顶的空气；
6通风塔筒，维持热空气空间高度，实现冷空气流入空冷凝汽器的关键部件；
7控制风量的百叶窗；
8蒸汽总和环形支管；
9竖直空冷凝汽管束单元。
具体实施方式
下面以600Mw自然通风空冷凝汽器为例，说明本发明的具体实施方式。
1，根据超超临界600Mw机组夏季33℃气温额定功率输出时，乏汽总量为每小时1200吨，空冷凝汽器冷凝负荷为2.853×109kJ/h，空气流经空冷凝汽器温度由33℃上升到60℃，温升27℃，需要空气流量为1.0567×108kg/h，设热空气出通风塔流速为最大值6m/s，空气在60℃时密度为1.0kg/m3，则通风塔出口直径为：79m。其余设计基础数据见下表：
采用本发明设计的600Mw大型电站自然通风空冷凝汽器，由于占地小，完全可以将其建在发电机厂房A列外侧，从而保留了现行的强制通风直接空冷凝汽器蒸的汽总管相对短的优点，消除了电耗高、噪音大、抗自然风影响能力弱等缺点。
2根据上述自然通风空冷凝汽器的设计基础参数和当地的气象、地堪报告资料，具体实施方式为：
(1)设计：
由总工艺专业提出各专业(空冷凝汽器管束等设备设计专业、工艺计算专业、工艺配管设计专业、结构设计专业、土建设计专业，电气设计专业、仪表控制和DCS系统设计专业、消防、安全、环保等专业)设计基础条件；各专业根据专业设计基础条件进行初步设计，初步设计会审通过后；进行施工图设计并通过会审和定型设备请购技术条件确认。
(2)设备制造和安装施工：
通风塔及全部设备、道路、地坪的基础土建施工；
空冷凝汽器管束单元、百叶窗由专业设备厂生产，现场组装就位；
自然通风塔现场施工制作安装；
大直径乏汽输送管道及环行支管由专业设备单位现场施工制作及安装；
主要设备和空冷凝汽器等大型构件安装完毕后进行真空系统，凝结水系统，消防、安全系统，清洗系统，喷雾降温系统和工艺配管，百叶窗安装施工
电气、仪表和控制系统、电缆桥架安装施工；
防腐保温施工；
地沟、地坪、道路、绿化、安全、消防、环保器具、警示标志及场地卫生施工；
(3)试车调试、投运：
首先是电气、仪表及控制系统调试合格并投入运行；
真空泵、清洗装置、喷雾装置等运转设备单体清洗试车合格
对所有与水蒸汽及凝结水等工艺介质相关的设备、管路进行吹除和试漏试压合格；
启动真空泵对空冷凝汽系统抽真空，并确保真空试漏合格，氮气置换合格；
通过专用旁路阀向部份空冷凝汽器单元注入低压蒸汽，并启动凝结水回收系统；
启动汽机逐步向空冷凝汽器注入汽轮机乏汽，并关掉低压蒸汽旁路阀；
逐步开大汽机蒸汽流量值额定值，并根据空冷凝汽器有关温度、压力、流量完成投运。
冬天投运本装置要首先关闭百叶窗，通过DCS自动控制系统根据乏汽流量、压力、空冷凝汽器单元投运数量和翅片管及凝结水温度，逐步调节百叶窗的开度，控制好冷却空气流量。
Claims (5)
1.自然通风空冷凝汽器，由蒸汽进口总管及支管、蒸汽分配管、冷凝水收集管和若干翅片管连接组成空冷凝汽管束单元，若干空冷凝汽管束单元组成空冷凝汽器的换热部件后，再与风筒、百叶窗集合，组成完整的空冷凝汽器，其特征在于：由空冷凝汽翅片管(4)、竖直布置的蒸汽分配管(3)、竖直布置凝结水收集管(2)组成具有竖直迎风面(1)的竖直空冷凝汽管束单元(9)；竖直迎风面(1)中的空冷凝汽翅片管(4)以轴线非水平方式，连接于竖直的蒸汽分配管(3)和凝结水收集管(2)之间；若干竖直空冷凝汽管束单元(9)组成柱状闭合结构的换热部件(A-A)，置于风筒(6)下端周围；控制风量的百叶窗(7)竖直布置在竖直的空冷凝汽管束单元(9)的进风侧；蒸汽进口总管及支管(8)以环状连接于蒸汽分配管(3)一端。
2.根据权利要求1所述的自然通风空冷凝汽器，其特征在于：空冷凝汽翅片管(4)截面为圆形。
3.根据权利要求1所述的自然通风空冷凝汽器，其特征在于：空冷凝汽翅片管(4)截面为椭圆或扁平翅片管，截面长轴与水平面成倾斜布置。
4.根据权利要求1所述的自然通风空冷凝汽器，其特征在于：竖直空冷凝汽管束单元组成柱状闭合形换热部件结构为矩形、圆形、椭圆形、多按形。
5.根据权利要求1所述的自然通风空冷凝汽器，其特征在于：蒸汽进口总管及支管(8)以环状连接于蒸汽分配管(3)的下端。
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