CN102692139A - 水膜蒸发凝汽器真空管箱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及火力发电厂汽轮发电机组的蒸汽动力循环系统，具体涉及一种水膜蒸发凝汽器真空管箱。管箱内部水平支撑板和竖直支撑板将管箱宽度和高度方向的大跨距结构分隔成若干小跨距结构，大大增强了凝汽器运行时矩形平板管箱承受外压的能力。水平支撑板和竖直支撑板上均开有平衡过流孔。水平支撑板上下方的换热管流通总面积不同时，水平支撑板平衡过流孔的开孔总面积大于支撑板上下方换热管流通总面积中较大的那个总面积。其有益效果是：在管箱内部加装支撑板，以减小管箱平板的跨距，增强管箱抵抗外压的能力。

Description

水膜蒸发凝汽器真空管箱

技术领域

本发明涉及火力发电厂汽轮发电机组的蒸汽动力循环系统，具体涉及一种水膜蒸发凝汽器真空管箱。

 

背景技术

火力发电厂的蒸汽动力循环需要将汽轮机出口的乏汽冷凝成水。目前华北和西北地区的火电厂受水资源制约，广泛使用了直接空冷凝汽方式。夏季高温时段也正是用电负荷尖峰时段，水膜蒸发凝汽器可作为尖峰凝汽系统与直接空冷并联，以保证夏季高温时机组满发。若以中水作为水膜蒸发凝汽器的冷却水源，则在非夏季高温时间里运行水膜蒸发凝汽器，也可降低汽轮机背压，多发电；或者保持汽轮机背压，但减少投入运行的直接空冷换热面积和风机数量，降低运行成本。若中水水源充足，则汽轮机乏汽也可全部用水膜蒸发凝汽器来冷凝。这样既省投资，又节省运行成本。

根据蒸汽动力循环原理，汽轮机进出口蒸汽温差越大，则汽轮机获得热能越多，发电就越多。作为最终冷源的环境空气温度为0℃到40℃范围时，直接空冷的汽轮机出口乏汽温度约为38℃到82℃，对应的乏汽饱和压力为7kPa到51kPa，处于真空范围。对直接空冷凝汽器和水膜蒸发凝汽器来说，管内走乏汽，管外走空气，换热管承受的压差相当于外压。所以凝汽器的换热管要能承受外压，不能被压扁或压破。

水膜蒸发凝汽器中冷却水喷淋装置是由呈水平面分布的几根喷淋管和喷淋管上的若干个喷嘴组成，所以喷淋出水面是一个水平面。换热管束宽度由喷淋宽度决定，换热管束高度由换热管的排数决定，于是换热管束的断面（管束高×管束宽）就是一个矩形，这样，冷却水在各排换热管上分布比较均匀，可以充分换热。由于换热管束断面是矩形，所以固定管束的管板也是矩形。

水膜蒸发凝汽器一般安放在露天，换热管束要经受季节交替的高温低温，经受投运停运的交变应力，使用时间长了之后，换热管束的几百根管子中，难免有几根管子泄漏。为了保证真空度不下降，需将泄漏的管子及时堵上，所以管箱采用丝堵式盖板。堵漏时，拧开盖板上对应的丝堵，向泄漏管的管孔打入塞子，再拧紧丝堵，即可堵漏。盖板上的开孔数与管板上的开孔数相同。为便于盖板上开孔和方便堵漏，盖板也取矩形平板状。由于管板和盖板为矩形，所以管箱也就是一个矩形盒状容器，即管箱由6块平板（顶板、底板、两块边板、管板和盖板）组合而成。

由材料力学原理得知，在其它条件相同时，圆筒形容器承受外压能力强，盒状平板容器承受外压能力弱。对于盒状平板容器来说，在其它条件不变时，平板跨距越大，则应力越大，承压能力越弱。水膜蒸发凝汽器的换热管通常采用圆管，承受外压能力较强，不会有问题。但管箱是盒状平板容器，承受外压时的应力会很大，需要专门进行承受外压的结构设计。否则，管箱会变形，会导致焊缝裂开，真空度下降，汽轮机背压升高，发电能力下降。此前，火力发电厂基本没采用过水膜蒸发凝汽器，所以也没暴露过这个问题。本发明的目的就是进行合理的结构设计，以增强水膜蒸发凝汽器管箱承受外压的能力。

 

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足所要解决的技术问题是：提供一种用于火力发电厂的水膜蒸发凝汽器真空管箱。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种水膜蒸发凝汽器真空管箱，包括接管和矩形盒状箱体，矩形盒状箱体包括顶板、底板、两个边板、管板和盖板，所述的箱体内部设置有水平支撑板和竖直支撑板, 水平支撑板和竖直支撑板将箱体宽度和高度方向的大跨距结构分隔成若干小跨距结构。

因为管箱外面是环境空气，里面是有一定真空度的蒸汽，所以真空管箱承受的外压最多也就是一个大气压。设计时，按外压为一个大气压取值。

凝汽器的进汽管箱和排水管箱都要有连通外部的接管，接管一般装在管箱的边板上，所以边板的x向长度要大于接管的直径。管箱的顶板和底板的x向长度与两个边板的x向长度相等。

锅炉给水或凝结水是经过精处理后才用于蒸汽动力循环的，为匹配水质精处理的要求，水膜蒸发凝汽器的管箱材料一般取不锈钢。

根据热负荷大小和蒸汽流量大小，通过传热设计可以确定换热管径、换热管壁厚、换热管排数、排间距、每排换热管根数和管间距。这样也就确定了管板宽度和高度。

管箱宽度一般为3米，这样大跨距的平板承受外压时，中部容易凹陷。当管排数较多时，管箱高度也会较大，跨距也较大，两个边板的中部也会凹陷。管箱平板的凹陷会导致边角上的焊缝破裂或管箱整体破坏。若顶板、底板和边板加厚很多，虽然可以避免凹陷，但金属材料消耗过多，不经济。

本发明在管箱内部加装支撑板，以减小管箱平板的跨距，增强管箱抵抗外压的能力。

沿着管箱高度方向，加装1块水平支撑板，将高度方向的1个大跨距分成2个小跨距。如图2所示，沿着管箱宽度方向，两块竖直支撑板将水平方向的1个大跨距分成3个小跨距。管箱在水平方向和竖直方向上的跨距减小了，则管箱顶板、底板和边板抵抗外压能力就增强了。

水平支撑板和竖直支撑板在x方向的端面要焊在管板上，顶在盖板上，将管板和盖板的水平跨距和竖直跨距也减小了，所以管板和盖板的抗压能力也增强了。

进汽管箱和排水管箱都有接管，但两管程之间的转向管箱就没有接管。水平支撑板和竖直支撑板上都要开平衡过流孔，一个作用是平衡板两侧的压力，避免支撑板受横向力而弯曲。第二个作用是让蒸汽或凝结水能够自由流通，比如转向管箱中，蒸汽和凝结水从上管程的换热管出来，转弯流进下管程的换热管。为保证转向和流通自由，水平支撑板的开孔较大，流动阻力很小。考虑到蒸汽凝结后，体积会减小，所以下管程的换热管排数可以比上管程少，这样下管程的换热管流通总面积就小于上管程换热管流通总面积。若考虑有时水膜蒸发凝汽器会承担更大的凝汽量等因素，也可上下管程换热管排数相同。水平支撑板上的开孔原则是，支撑板上总开孔面积大于两个管程换热管流通总面积中面积较大的那一个。

本发明的有益效果是：在管箱内部加装支撑板，以减小管箱平板的跨距，增强管箱抵抗外压的能力。

 

附图说明：

图1是水膜蒸发凝汽器真空管箱示意图。

图2是水膜蒸发凝汽器真空管箱内部支撑板分解示意图。

附图标记说明：

1、顶板 　　　　　　　 2、底板　　　　　   3、边板

4、盖板          　　　5、丝堵       　　　6、水平支撑板

7、竖直支撑板     　　 8、管板             9、接管

具体实施方式

本发明是这样实施的：

在图1中，沿着管箱高度方向，加装1块水平支撑板，将高度方向的1个大跨距分成2个小跨距。如图2所示，沿着管箱宽度方向，两块竖直支撑板将水平方向的1个大跨距分成3个小跨距。管箱在水平方向和竖直方向上的跨距减小了，则管箱顶板、底板和边板抵抗外压能力就增强了。

如图1所示，水平支撑板和竖直支撑板在x方向的端面要焊在管板上，顶在盖板上，将管板和盖板的水平跨距和竖直跨距也减小了，所以管板和盖板的抗压能力也增强了。

水膜蒸发凝汽器真空管箱一般用不锈钢板焊接而成。管箱的顶板1、底板2和边板3的厚度取10mm到16mm。管板8和盖板4上钻孔多，强度削弱大，板厚应取大一些，板厚范围是12 mm到20mm。管箱内的支撑板开有平衡过流孔，不承受压力，板厚可取10 mm到12mm。

沿高度方向，每隔300mm到500mm设置一块水平支撑板6。 根据实际管箱高度的大小，可设置一块或两块水平支撑板。管板上与水平支撑板厚度投影重叠的地方，不要开管孔，也不要布置管子，以免水平支撑板堵住管孔。水平支撑板焊接在两块边板上固定住。

沿宽度方向，每隔600mm到900mm设置一块竖直支撑板7。在竖直支撑板与水平支撑板结合的位置上，竖直支撑板和水平支撑板各开半个槽，互相插入后，竖直支撑板与水平支撑板构成互相咬合的正交结构。管板上与竖直支撑板厚度投影重叠的地方，不要开管孔，也不要布置管子，以免竖直支撑板堵住管孔。竖直支撑板焊接在顶板和底板的内表面上固定住。图2中也可看到竖直支撑板的另一种方案，即竖直支撑板不开槽，不与水平支撑板正交咬合，而是将竖直支撑板分成上下两部分。上半个竖直支撑板的顶部焊接在顶板的内表面上，底部焊接在水平支撑板的上表面。下半个竖直支撑板的底部焊接在底板的内表面上，顶部焊接在水平支撑板的下表面。

由于支撑板的作用，管箱在水平方向和竖直方向上的跨距减小了，则管箱顶板、底板和边板抵抗外压能力就增强了。

管箱与管板焊接之前，可以先将管箱的顶板、底板、边板和内部支撑板先焊好。管板与管子焊接完成后，再将管箱的顶板、底板、两个边板、水平支撑板和竖直支撑板与管板焊接起来。

万一某一根或某几根换热管泄漏，为了保证真空度不下降，需将泄漏的管子及时堵上，所以管箱采用丝堵式盖板。堵漏时，拧开盖板上对应的丝堵5，向泄漏管的管孔打入塞子，再拧紧丝堵，即可堵漏。为保证丝堵孔准确对准管孔，盖板和管板可以同时铣削出嵌入管箱的矩形台阶，台阶高5mm左右，以便管箱焊接装配时定位。盖板和管板可以配钻孔，以保证管板孔与盖板孔的同心。

管箱焊到管板8上后，将带有法兰的接管9焊在管箱的边板3上。

最后，将盖板4焊到管箱上。盖板4与管箱的顶板1、底板2和边板3可以焊接，但盖板无法与管箱内的支撑板焊接。由于支撑板已经焊到管箱和管板上固定住了，所以盖板与支撑板之间不焊接也没关系，只要盖板和支撑板的间隙很小，支撑板就能起到支撑盖板的作用，盖板也就不会在外压作用下变形。

盖板4焊到管箱上后，再将丝堵5拧到盖板的丝堵孔上，压紧密封垫片。

以上所述，仅是本发明一种水膜蒸发凝汽器真空管箱的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，凡是依据本发明的技术实质对以上的实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1. 一种水膜蒸发凝汽器真空管箱，包括接管和矩形盒状箱体，矩形盒状箱体包括顶板（1）、底板（2）、两个边板（3）、管板（8）和盖板（4），其特征在于：所述的箱体内部设置有水平支撑板（6）和竖直支撑板（7）, 水平支撑板（6）和竖直支撑板（7）将箱体宽度和高度方向的大跨距结构分隔成若干小跨距结构。

2.如权利要求1所述的水膜蒸发凝汽器真空管箱，其特征是，所述的水平支撑板（6）和竖直支撑板（7）上均开有平衡过流孔。

3.如权利要求1所述的水膜蒸发凝汽器真空管箱，其特征是，所述的水平支撑板（6）焊接在两个边板（3）的内表面上。

4.如权利要求1所述的水膜蒸发凝汽器真空管箱，其特征是，所述的水平支撑板（6）与竖直支撑板（7）在相互结合的位置上，水平支撑板（6）与竖直支撑板（7）各开了用于互相插入的半个槽，水平支撑板（6）与竖直支撑板（7）构成了互相咬合的正交结构。

5.如权利要求1所述的水膜蒸发凝汽器真空管箱，其特征是，所述的竖直支撑板（7）焊接在顶板（1）和底板（2）的内表面上。

6.如权利要求1所述的水膜蒸发凝汽器真空管箱，其特征是，所述的竖直支撑板（7）也可分为上下两部分；上面的部分焊接在管箱顶板（1）和水平支撑板（6）上；下面的部分焊接在水平支撑板（6）和管箱底板（2）上。

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