CN102478363B - 射流产生方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种冷凝系统，其包括：导流板单元，其具有大致平的表面和被构造为供冷却流体流过的开口；和附接在所述导流板单元上的导流片，所述导流片相对于所述导流板单元成锐角定向，所述导流片具有平的表面且被成形为将冷却流体以类似锐角扩散成薄的湍流膜。本发明提供一种冷凝流体的方法，其包括：限定一条供所述待冷凝流体流过的通道；把冷却流体喷射到导流片上，从而在所述通道内产生冷却流体的湍流膜，和调整一些所述导流片的朝向以产生沿一个方向定向的冷却流体膜，并且调整其它所述导流片的朝向以产生沿第二方向的冷却流体膜；所述通道使得所述待冷凝流体流过这些沿所述第一和第二两个方向定向的膜。

Description

射流产生方法及设备

技术领域

本发明一般地涉及用于冷凝流体的方法和设备。更具体地说，本发明涉及一种用于直接接触式冷凝器的喷射系统。

背景技术

由于世界范围内日益增加的水资源短缺问题，越来越多的新的、大容量热电厂配备有空气冷却系统。

主要有两种类型的空气冷却系统适用于发电厂冷却：蒸汽在气冷式冷凝器(ACC)中直接冷凝和间接冷却塔(IDCT)冷却系统。在直接ACC系统中，蒸汽涡轮机的废汽被引入一机械通风冷却塔的气冷式蒸汽-空气热交换器内；而间接IDCT系统采用水冷式冷凝器(表面或直接接触型)，并且升温的冷却水被引入一机械通风或自然通风冷却塔的水-空气热交换器内。本发明的主题涉及大功率间接IDCT冷却设备中的直接接触式(DC)冷凝器的改进的喷射系统。

除了第一次注满水循环系统之外，在IDCT设备所应用的发电厂的使用期限内，IDCT设备一般无需补充任何冷却水以维持其运转。用来第一次注满冷却系统的水可以从发电站的水处理设备中取得，因此，其品质可以与锅炉-涡轮机回路中给水的品质相同。因而，冷却水与蒸汽冷凝液可以在冷凝器中混合，这意味着直接接触式，即DC冷凝器可以应用于IDCT设备中。

在DC冷凝器中，没有昂贵的钛或不锈钢管，被冷却的蒸汽释放出的热量，通过冷凝器中喷射系统产生的薄的、湍流水膜传递给冷却水中的飞沫。被冷却的蒸汽与湍流水膜之间的热传导系数非常高，在60,000-70,000瓦/每平方米·开范围内，而在表面冷凝器的情况下仅为6000-7000瓦/每平方米·开。

高的热传导系数意味着直接接触式冷凝器中小的温度端差(TDD)。采用良好设计的喷射系统的直接接触式冷凝器的温度端差可以达到0.5-0.8℃，而采用经济合理设计的表面式冷凝器的温度端差仅可以达到3-5℃。温度端差每降低1℃意味着可以节省整个冷却设备投资费用的3.3％，因此，在上述提及的例子中，用直接接触式冷凝器代替表面型，预期可节约投资费用的8.2-13.8。

直接接触式冷凝器本身的成本约为表面冷凝器成本的1/10。上述例子很好地说明了直接接触式冷凝器中良好设计的喷射系统的重要性。

因此，有必要提供一种有效的且效率高的冷却系统。

发明内容

前述需求在很大程度上被本发明满足，其中一方面，本发明提供一种设备，在部分实施中该设备为一高效率的冷却系统。

根据本发明一实施例，提供一种喷射系统。所述喷射系统可包括：导流板单元，其具有大致平的表面和被构造为供冷却流体流过的开口；和附接在所述导流板单元上的导流片，所述导流片相对于所述导流板单元成锐角地定向，所述导流片具有平的表面且被成形为将冷却流体以类似锐角扩散成薄膜。

根据本发明另一实施例，提供一种喷射系统。所述喷射系统可包括：支撑装置，其具有大致平的表面和被构造为供冷却流体流过的开口；和设置在所述支撑装置上的流体扩散装置，所述扩散装置相对于所述支撑装置成锐角，所述扩散装置具有平的表面且被成形为将冷却流体以类似锐角扩散成薄膜。

根据本发明又一实施例，提供一种冷凝流体的方法。所述方法包括：限定一条供所述待冷凝流体流过的通道；把冷却流体喷射到导流片上，从而在用于所述待冷凝流体的所述通道内产生冷却流体膜，以相对于用于所述待冷凝流体的所述流动通道成锐角流动；和调整一些所述导流片的朝向以产生沿一个方向定向的冷却流体膜，并且调整其它所述导流片的朝向以产生沿第二方向的冷却流体膜；其中，所述待冷凝流体的所述通道使得所述待冷凝流体流过这些朝向所述第一和所述第二两个方向的冷却流体膜。

已经相当概括地概述了本发明的特定实施例，以便于在此更好地理解该实施例的详细描述，并更好地评价本发明对现有技术所做的贡献。当然，本发明的其他实施例也将会在下面描述，且将构成所附权利要求的主题。

在这方面，在详细解释本发明的至少一个实施例之前，应当理解本发明并不将其应用局限于下面的描述中提出的或附图中所表示的元件的结构细节和配置。除了已经描述的实施例外，本发明容许可实施的且可以多种方式实现的实施例。此外，应当理解，此处所采用的措辞和术语以及摘要，是为了描述目的，不应被认为是限制。

因此，本领域技术人员将理解，本公开所基于的构思很容易被用作设计其他结构、方法和系统的基础以实现本发明的几个目的。因此，重要的是所附权利要求应被认为包括这种等同结构，只要其未脱离本发明的精神和范围。

附图说明

图1为带有一对直接接触式冷凝器(DCcondensers)的蒸汽涡轮机的侧视图。

图2为一直接接触式冷凝器的局部剖视图。

图3为沿图2中的3-4截取的局部剖视图。

图4为沿图2中的3-4截取的局部剖视图。

图5为根据本发明一实施例的导流板的透视图。

图6为根据本发明的直接接触式冷凝器中水分配室的侧壁与喷射喷嘴和导流板部分一起的剖视图。

图7图示根据本发明一实施例的喷射喷嘴和导流板的配置和设计。

图8为沿图7中的线8-8截取的喷射喷嘴和导流板的剖视图。

具体实施方式

现在将参照附图描述本发明，图中相同的附图标记表示相同的元件。根据本发明的一实施例提供一种喷射系统，其使可以设计出紧凑的且比目前使用的冷凝器更有效率的冷凝器以及喷射喷嘴(spraynozzle)，除了满足热力学要求外，其与现有的喷射喷嘴相比成本低，且可以通过现代化的、高产的自动化机床生产。

图1表示一蒸汽涡轮机10。一对冷凝器12固定在涡轮机上。冷凝器12被用于通过驱使蒸汽流过并与冷却流体进行热交换来冷凝蒸汽。虽然此处蒸汽被描述为待冷凝流体，不过本发明并不局限于蒸汽。其它流体也可以利用此处描述的原理冷凝。

虽然此处水被描述为冷却流体，不过本发明并不局限于水。其它流体也可利用此处描述的原理作为冷却流体。

涡轮机10包括高压气缸14，中压气缸16和低压气缸18。涡轮机10和发电机20安装在一个支架22上。涡轮机10被操作地连接到发电机20以发电。本发明的其他实施例可以应用于与涡轮机10相关或不相关的冷却装置。

低压涡轮机18包括一个双排气系统，因此，两个相似的直接接触式冷凝器12一右一左地、通过两个扩散管或连接管道24连接至涡轮机10的排气部。在一些实施例中，两个冷凝器12彼此非常相似或相同。因此，只有一个冷凝器12将被仔细说明。后续将在下面进一步描述冷凝器12。

冷却水通过从一冷的冷却水入口管嘴28进入冷凝器12，而且升温了的冷却水通过一升温了的冷却水出口管嘴30流出冷凝器主体26。冷凝器12由弹簧(29)支撑件31支撑，支撑件31允许其在水平和竖两个方向上均可自由热膨胀移动。

根据本发明的配备有喷射系统的直接接触式冷凝器12的简化结构如图2所示。冷凝器12的一些不相关的或公知的特征未在图中表示，以避免图示的密集。

在图2中，所制造好的冷凝器主体26具有例如四个冷却水分配室32。也可以采用或多或少的冷却水分配室32。图2中右侧的冷却水分配室32和竖直蒸汽通道54被示为其部分特征被移除，以避免图2过度密集。图2中左侧的冷却水分配室32和水膜之间的竖直蒸汽通道54被显示出较多细节。待冷凝的蒸汽通过蒸汽入口56进入冷凝器12。然后，蒸汽沿着图2中箭头所示的方向穿过蒸汽通道59。

蒸汽在通过冷却流体膜52时被冷凝。如图2所示，膜52呈扇形。一旦蒸汽已经接触水膜，部分或全部的蒸汽可冷凝成水并被收集到热井(hotwell)48中。线50图示热井48中的水位。此水可通过升温了的冷却水出口管嘴30流出热井48。

空气冷却部34连接到每个分配室32的底部。通风管36把剩余的蒸汽/空气混和物传递到蒸汽涡轮机10的真空泵(图2中未示出)。多孔板38形成逆流级联式空气冷却热交换器(counterflowcascadeair-coolingheatexchanger)。

空气冷却部34中的喷射喷嘴42把冷却水喷射到蒸汽空气混合物中。然后冷却水膜落在空气冷却部34最上方的多孔板38上，并且逐级地与引入的蒸汽/空气混合物逆流到下面的板上。供水通道40向这些喷射喷嘴42提供冷却水。喷射到空气冷却部34中的冷却水的量约占全部循环冷却水的4-5％。

在主冷凝器区45内的喷射喷嘴44在冷却水分配室32的侧壁47上排列成两排。导流板62的平面49(如图6中所示)相对于冷却水分配室32的侧壁47是倾斜的。因此，所产生的水膜52也是倾斜的。全部冷却水的大部分(约95％)通过主区45内的喷射喷嘴44喷射到冷凝器12中。冷凝器12的主舱45中喷射喷嘴44的水流量超过空气冷却部34中喷嘴42的水流量。

由于倾斜设置，在冷却水分配室32的侧壁47与分隔壁46之间的距离一定时，水膜52的长度将比垂直于分配室32的侧壁47的水膜52的长度长。较长的水膜52提供较大的传热面，而且据此可提升直接接触式冷凝器12的效率。

图3和图4为冷却水分配室32沿图2中线3-4的局部剖视图。冷却水通过冷却水入口28流入歧管(manifold)33中，经过冷却水流动通道59进入冷却水分配室32内。冷却水通过喷嘴44喷射到冷却水分配室32的外部。水流51碰撞导流板62(如图6中所示)并在竖直蒸汽通道54内扩散成薄膜52。喷嘴44、水膜52和竖直蒸汽通道54在图3和图4中以斜剖面线表示。

图5中所示的导流板单元60可以不产生任何废料的方式制成。例如，导流板62可以通过在除了一侧之外的其它侧切割不锈钢薄板64而得到。也可以使用塑料。导流板62可沿着未切的一侧弯折(与铰链运动相似)而使其如图5和图6中所示从薄板64延伸出来以形成开口66。可选择地，导流板62可以从薄板64上完全切下来，然后通过焊接或任何其他适合的方法固定在板64上。也可以采用其他技术制造导流片单元60。导流片单元60可以通过点焊或任何其它适合的方法固定在冷却水分配室32的侧壁47上。

图6表示通过细牙螺纹69附接到侧壁47上的喷嘴42、44。螺纹足够细使得喷嘴42、44无需使用弹性元件如垫圈就能以水密封方式附接到侧壁47上。水流51以与壁47大致成直角的方式从喷嘴42、44喷射或喷出。水流51碰撞导流片62并被扩散成扇形的膜52。如图6所示，喷嘴42、44的直径渐减，射出喷嘴42、44的的水流的直径也渐减。

根据本发明的喷射喷嘴42、44在图6中被例示出。喷嘴主体42、44可以为简单设计结构，可方便地由六边形的冷拉不锈钢棒制成。通过在高产的自动化机床上转动所述钢棒可以生产出所需要的大量的喷嘴42、44。

导流板62是通过切割并冲压不锈钢薄板制成。导流板单元60可以由数量任意选择的导流板62组成，以适用于给定尺寸的冷却水分配室32。

在图7所示的示例性实施例中，每一喷嘴排80中喷射喷嘴44之间的水平间距或距离为78.3mm，所产生的水膜之间的距离为60mm。在每一成对的喷嘴排82、84中，下方的排82相对于本对中的上方的排84偏移39mm，这种方式使得水膜52之间的距离将变为30mm。

在根据本发明的另一实施例中，如图7和图8所示，在相邻的成对排82、84中，喷射喷嘴44的导流板62的平面49和水膜52的倾斜方向交替地朝向右侧和左侧。这样，相邻的成对排82、84中的水膜52彼此交叉。按照这种排列方式，上方的成对排82、84中的水膜52不会以其全部长度滴落在相邻的即下方的成对排82、84中的水膜52上。依照这种排列方式设计，被冷凝的蒸汽与水膜52之间的热传导得以提高。

在水平的喷射喷嘴排80中，流体静压力随着喷嘴排80相对于大地的高度减小而增加。因此，下方的排中的喷射喷嘴44的水流量会增加。从操作的观点而言这是不需要的，这是由于蒸汽流量在较低水平位置少于较高水平位置的事实。每一个喷嘴排80的最佳水流量可以在下方的喷嘴排80中使用减小的喷嘴出口直径来达到。

图8为侧壁47沿图7中线8-8的剖视图。图8表示导流板向右侧72倾斜或者向左侧74倾斜，这使得水膜朝向右侧76或左侧78。

从上面的描述中可以看出，根据本发明的喷射系统及其附属的喷射喷嘴42、44，使得比目前已知的冷凝器更有效率和成本更低的直接接触式冷凝器12得以实现。无需昂贵的精密铸铁喷嘴；倾斜的扁平湍流水膜具有提高的传热性能，因此可提供更有效的性能，同时可提供更紧凑和更便宜的设计。

本发明的许多特征和优点从以上详细描述中明显地可以看到，因此，本发明意在涵盖由所附权利要求限定的属于本发明的实际精神和范围内的所有这些特征和优点。而且，由于许多的修改和变更对于本领域技术人员将很容易想到，而且本发明不希望局限于图示和描述的具体结构和操作，因此，所有适当的修改和等效方案可被诉诸为仍属于本发明的范围。

Claims (15)

1.一种冷凝系统，包括：

导流板单元，其具有大致平的表面和被构造为供冷却流体流过的开口；和

附接在所述导流板单元上的导流片，所述导流片相对于所述导流板单元成锐角地定向，所述导流片具有平的表面且被成形为将冷却流体以类似锐角扩散成薄的湍流膜，

所述冷凝系统进一步包括被构造为通过所述开口大致垂直于所述大致平的表面地排出冷却流体的喷嘴，

其中所述导流片被排列成纵向的成对排，一个排中的所述导流片与直接相邻的排中的所述导流片的纵向间隔差开半个间距，

其中导流片的所述成对排沿竖直方向上下分隔开，下方的成对排中喷嘴的直径小于上方的成对排中喷嘴的直径。

2.根据权利要求1所述的冷凝系统，其中所述导流板单元为不锈钢。

3.根据权利要求1所述的冷凝系统，其中所述导流片是通过切割除一侧之外的所述导流板单元并沿着所述一侧弯折所述被切割的导流片而形成，从而形成成所述锐角的所述导流片和所述开口。

4.根据权利要求1所述的冷凝系统，其中所述导流片排列成排，一些排被构造为使所述导流片沿第一方向排列，其它排被构造为使所述导流片沿与所述第一方向相反的第二方向排列。

5.根据权利要求4所述的冷凝系统，其中所述系统被构造为把冷却流体喷射在所述导流片上，从而所产生的所述薄的湍流膜中的一部分将沿第一方向成一角度，而其余的所述薄的湍流膜将沿第二方向成一角度，而且待由构成所述薄的湍流膜的所述冷却流体冷凝的流体将流过沿所述第一方向成一角度的薄的湍流膜和沿所述第二方向成一角度的薄的湍流膜。

6.根据权利要求1所述的冷凝系统，所述冷却流体以一锐角与所述导流片接触，并且其中所述导流片被构造为把所述冷却流体导引成平的、扇形的所述薄的湍流膜。

7.根据权利要求1所述的冷凝系统，其中所述喷嘴由抗腐蚀材料制成，并且通过细牙螺纹以大致水密封方式附接到冷却水分配室的侧壁上。

8.根据权利要求1所述的冷凝系统，其中所述喷嘴具有出口直径渐减的圆锥形的孔。

9.根据权利要求8所述的冷凝系统，其中所述喷嘴具有六边形的外部横截面，所述孔被设置尺寸以排出圆形横截面的冷却流体。

10.根据权利要求1所述的冷凝系统，进一步包括蒸汽驱动的涡轮机和操作地连接到所述涡轮机的发电机，其中所述冷凝系统被构造为冷凝由所述涡轮机排出的蒸汽。

11.一种冷凝流体的方法，包括：

限定一条供待冷凝流体流过的通道；

将冷却流体喷射到导流片上，从而在用于所述待冷凝流体的所述通道内产生冷却流体的湍流膜；和

调整一些所述导流片的朝向以产生沿一个方向定向的冷却流体的湍流膜，并且调整其它导流片的朝向以产生沿第二方向的冷却流体的湍流膜；其中，所述待冷凝流体的所述通道使所述待冷凝流体与膜的方向无关地流过膜，

进一步包括形成上下排列的喷嘴和导流片的排，

其中在上方成对排下方的成对排中的喷嘴的直径小于所述上方成对排中的喷嘴的直径。

12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括将所述冷却流体从至少部分地限定供所述待冷凝流体流过的所述通道的壁，大致成锐角地喷射在与所述壁成锐角定位的导流片上。

13.根据权利要求11所述的方法，其中所述冷却流体通过喷嘴喷射，所述喷嘴具有细牙螺纹并通过所述细牙螺纹以水密封连接附接到支撑结构上，并且不需要弹性垫圈来密封所述连接。

14.根据权利要求11所述的方法，其中成对排中的所有所述导流片沿相同的方向定向。

15.根据权利要求11所述的方法，进一步包括从板切割出所述导流片，并将所述导流片弯折以使之以锐角从所述板延伸。