CN103261826A - 自然通风冷凝器 - Google Patents

Abstract

一种用于冷凝蒸汽的系统，包括蒸汽供给管道、供给提升管、供给歧管、冷凝板对、回流歧管和冷凝物回流。所述蒸汽供给管道被配置为输送来自蒸汽发生器的蒸汽。所述供给提升管被配置为输送来自所述蒸汽供给管道的蒸汽。所述供给歧管被配置为输送来自所述供给提升管的蒸汽。所述冷凝板对被配置为接收来自所述供给歧管的蒸汽。所述供给歧管分岔，每个分支被配置为供给所述冷凝板对的相应的冷凝板。所述回流歧管被配置为接收来自所述冷凝板对的冷凝物。所述冷凝物回流管道被配置为将来自所述回流歧管的冷凝物输送到所述蒸汽发生器。

Description

自然通风冷凝器

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年11月3日递交的美国临时申请序列号61/409666的优先权，其公开内容通过引用全文并入在此。

技术领域

本发明总的来说涉及一种冷凝器。更具体地，本发明涉及一种自然通风冷凝器。

背景技术

作为闭合蒸汽循环不可缺少的一部分，许多类型的工业设施，例如蒸汽发电厂，需要冷凝蒸汽。湿式冷却塔和干式冷却塔都已经用于冷凝固的。由于湿冷却系统消耗大量的冷却水，干式冷却系统因为它们节约水资源的能力已经获得了增长的市场份额。特别是，由多个鳍片管热交换器组成的强制通风干式空冷冷凝器已为人所知许多年。与特征在于次级冷却水回路的湿式冷却装置相反，这些系统是所谓的“直接”干式系统，其中蒸汽通过空气冷却而直接在鳍片管热交换器中冷凝。以将管中心线布置在相对垂直方向倾斜的位置来安装鳍片管热交换器。管束被安装到支撑结构上，其使得冷却空气能够通过风扇被输送通过鳍片管热交换器。与鳍片管热交换器接触的周围空气冷凝鳍片管内部的蒸汽，这些蒸汽然后作为冷凝的低温冷却液体离开热交换器。虽然商业上成功许多年，但直接干式空冷冷凝器的缺点是风扇运行需要的能量以及在大多数情况下不合需要的风扇噪音。目前两种类型的干式冷却在使用，ACC风扇辅助和IDCT自然通风或风扇辅助。

另一种类型的系统是所谓的“间接”干式冷却系统。在该系统中，提供涡轮排气冷凝器，其中，通过冷却水冷凝涡轮蒸汽。借助于泵将冷却水通过水管道输送到可以是湿式或干式的空冷冷却塔。在干式的情况下，冷却塔由多个空冷热交换器组成，其中，热通过对流释放到周围空气中。冷却塔可以用风扇辅助运行或用自然通风运行。涡轮排气冷凝器例如可以是表面冷凝器或喷射冷凝器。因为次级水回路的存在，间接干式冷却系统不如直接干式系统一样热有效。然而，与强制通风直接空冷冷凝器相比，自然通风间接干式冷却系统的另一缺点是较高的投资成本。

真空蒸汽冷凝器的特征在于周围空气(惰性气体或不凝结物)的进入。如果没有完全从热交换器中抽出，则该空气将大大降低交换器效率，因为不凝结物会在鳍片管内累积并产生“气穴”。因此，将降低有效的热交换表面和冷凝器性能。因此，真空冷凝器设有以回流方式布置的次级冷凝器，其中通过特殊的排空装置将惰性气体从次级冷凝器管束的顶部交换器集气管(header)中抽出。为了保障所有惰性气体都输送到这些次级冷凝器顶部集气管，次级冷凝器管管束必须总是适当地被供给冷却空气。由于由风或其他原因导致的周围空气的局部波动，自然通风冷却系统在一些情况下不能保持永久的次级冷凝器冷却，而一些初级冷凝器部分仍然被冷却。这不仅可导致惰性气体的累积和性能降低，而且可导致管侧腐蚀增加以及在霜冻条件下管侧冻结的危险。只要热交换器管束的适当排空没有在所有操作条件下得到保证，干式冷凝和自然通风冷却的结合——虽然有时候被讨论——对于该设备的操作者就构成非责任风险。

因此，需要提供至少在一定程度上能够克服本文描述的缺点的一种冷凝水蒸汽的冷凝器、冷凝器系统和方法。

发明内容

通过本发明在很大程度上满足了上述需求，其中，在一些方面提供一种冷凝水蒸汽的冷凝器、冷凝器系统和方法。

本发明的一种实施方式涉及用于冷凝蒸汽的系统。用于冷凝蒸汽的系统包括蒸汽供给管道、供给提升管、供给歧管、冷凝板对、回流歧管和冷凝物回流。所述蒸汽供给管道被配置为输送来自蒸汽发生器的蒸汽。所述供给提升管被配置为输送来自所述蒸汽供给管道的蒸汽。所述供给歧管被配置为输送来自所述供给提升管的蒸汽。所述冷凝板对被配置为接收来自所述供给歧管的蒸汽。所述供给歧管分岔，每个分支被配置为供给所述冷凝板对的相应的冷凝板。所述回流歧管被配置为接收来自所述冷凝板对的冷凝物。所述冷凝物回流管道被配置为将来自所述回流歧管的冷凝物输送到所述蒸汽发生器。

本发明的另一实施方式涉及一种用于冷凝蒸汽的系统。所述系统包括供给歧管、第一自立冷凝板对和第二自立冷凝板对。所述供给歧管输送来自蒸汽供给的蒸汽。所述第一自立冷凝板对被配置为接收来自所述供给歧管的蒸汽。所述供给歧管分岔，每个分支被配置为供给所述第一自立冷凝板对的相应的冷凝板。所述第二自立冷凝板对设置在所述第一自立冷凝板对上。所述第一自立冷凝板对被配置为支撑所述第二自立冷凝板对。

本发明的又一实施方式涉及用于散发废热的设备。所述设备包括用于制作矩形冷凝板对的装置。所述矩形冷凝板对中的每一个包括各自的顶缘、底缘和一对侧缘。所述设备还包括用于将第一冷凝板的第一侧缘固定于第二冷凝板的第一侧缘以形成“V”形第一自立冷凝单元的装置。此外，所述设备包括用于将第二自立冷凝单元设置在所述第一自立冷凝单元顶上以形成自立冷凝组件的装置。

本发明的又一实施方式涉及一种制作用于散发废热的冷凝器的方法。在该方法中，制作矩形冷凝板对。所述矩形冷凝板对中的每一个包括各自的顶缘、底缘和一对侧缘。另外，将第一冷凝板的第一侧缘固定于第二冷凝板的第一侧缘以形成“V”形第一自立冷凝单元。此外，将第二自立冷凝单元设置在所述第一自立冷凝单元顶上以形成自立冷凝组件。

因此为了可以更好地理解本文中本发明的详细描述，并且为了可以更好地意识到本发明对本领域的贡献，已经相当广泛地列出了本发明的某些实施方式。当然有本发明另外的实施方式，这些将在下面描述，并且将形成本文所附权利要求的主题。

在这方面，在详细说明本发明的至少一种实施方式前，应当理解，本发明不将其应用限于以下描述中记载的和附图中示出的构造的细节和部件的组装。本发明能够以除描述的这些实施方式外的方式实施，并且能够以多种方式实践和实行。另外，应当理解本文使用的措词和术语以及摘要是用于描述的目的而不应视为限制性的。

因此，本领域技术人员将意识到，本发明所基于的概念可容易地用作设计其他结构、方法和系统的基础，以用于实现本发明一些目的。因此，重要的是将权利要求视为包括这些等同构造，因为它们不背离本发明的精神和范围。

附图说明

图1是具有根据本发明的一种实施方式的冷凝器系统的发电设施的简化系统图。

图2是适合与图1的冷凝器系统一起使用的冷却塔的实体模型投影图。

图3是图1的冷凝器系统的顶视图。

图4是图2的冷却塔的剖面图。

图5是图4的冷凝器系统更详细的剖面图。

图6是适合与图1的冷凝器系统一起使用的移动器件的简化顶视图。

图7是适合与图6的冷凝器系统一起使用的移动器件的更详细的顶视图。

图8是适合与图1的冷凝器系统一起使用的移动器件的侧视图。

图9是图1的冷凝器系统的Y供给歧管的顶视图。

图10是图1的冷凝器系统的Y供给歧管的顶视图。

图11是图1的冷凝器系统的Y供给歧管的等距视图。

图12是适合与图1的冷凝器系统一起使用的供给系统的侧视图。

图13是适合与图13的冷凝器系统一起使用的Y供给歧管的等距视图。

图14是适合与根据另一实施方式的冷凝器系统一起使用的移动器件的剖面图。

图15是根据又一实施方式的冷凝器系统的简化顶视图。

图16是图15的冷凝器系统的供给歧管的等距视图。

图17是图1的冷凝器系统12的简化剖面图。

图18是图1的冷凝器系统12的简化剖面图。

具体实施方式

在多种实施方式中，本发明提供适合与发电设施一起使用的冷凝蒸汽的冷凝器系统和方法。本发明一种或多种实施方式的优点是，相对于常规冷凝器系统可减少供给管道，其使得对应地减少基本费用和保养。本发明一种或多种实施方式的另一优点是，相对于常规冷凝器系统可减少回流管道，其使得对应地减少基本费用和保养。本发明一种或多种实施方式的又一优点是，相对于常规冷凝器系统可减少与支撑冷凝器管线、供给管道和回流管道相关的支撑结构，其使得对应地减少基本费用和保养。

现在将参考附图描述本发明的优选实施方式，其中自始至终相同的附图标记表示相同的部件。图1是具有根据本发明的一种实施方式的冷凝器系统12的发电设施10的简化系统图。如图1所示，冷凝器系统12包括供给系统14和回流系统16。在一个特定的示例中，供给系统14供给来自发电系统的废蒸汽，并且回流系统16(例如)通过泵18将冷凝水回流回该发电系统。发电系统的详情对本领域技术人员来讲是公知的，发电系统一般包括锅炉20以产生用于驱动联结到发电机24的涡轮机22的蒸汽。

(例如)呈蒸汽形式的废热被供给到冷凝器系统12，并且如图1所示，该热使塔26内空气的温度升高。温热的空气在塔26内上升，这通过冷凝器系统12从塔26基座抽吸空气。以这种方式，在冷凝水系统12内建立并保持自然通风以从蒸汽和/或冷凝物中除去热。

图2是适合与图1的冷凝器系统12一起使用的冷却塔26的实体模型投影图。如图2所示，冷凝器系统12设置在围绕塔26基座的环形环中。在一个特定的示例中，冷凝器系统12可包括小圆齿状(crenulated)环形环。相对于非小圆齿状的冷凝器系统12，该小圆齿可提供增加的表面积。出于公开的目的，术语“小圆齿状”及其衍生词指不规则、波浪形、锯齿形和/或类似的轮廓。

图3是图1的冷凝器系统12的顶视图。如图3所示，供给系统14和回流系统16是设置在多个板或管束40内的环形环，所述板或管束围绕塔26基座以小圆齿状图案(在图2中示出)设置。如本文描述，这些管束40可包括一组管，这些管以足以使空气流从其中穿过的空间相隔。

图4是根据图2的冷却塔26的剖面图。如图4所示，冷凝器系统12可包括一个在另一个之上层叠的多个管束40。以这种方式，管束40内的管线长度可适当地设定大小。即在一些示例中，具有相对短的管线长度可能是热力学上有利的。在这样的示例中，为了提高除热的整体能力，也可以层叠两个或更多个额外的管束。为了向层叠的管束40供给蒸汽，冷凝器系统12可包括供给提升管42。为了使冷凝物回流到回流系统16，冷凝器系统12可包括回流管路44。

图5是图4的冷凝器系统12更详细的剖面图。如图5所示，供给提升管42被配置为向管束40的顶部提供蒸汽。图5还示出，回流管路44被配置为提供来自管束40下部的冷凝物的出口。下部管束40为上部管束40提供支撑是该实施方式和其他实施方式的优点。因此，需要很少的或不需要额外的支撑结构，这提供对应的费用减少。在一个特定的示例中，管束40内的管在管束40内垂直设置，并且可包括具有良好热导性的相对结实的材料，例如无缝精炼铜等。

图6是适合与图1的冷凝器系统12一起使用的移动器件50的简化顶视图。如图6所示，移动器件50被配置为有利于供给系统14的扩张/收缩。例如，来自发电设施10的管道在其被蒸汽加热时可能扩张。如果不加以控制，这种扩张可能引起对冷凝器系统12的张紧(stress)或损坏。为了控制这种扩张或移动，移动装置50可被配置为使供给系统14的一部分相对于供给系统14的另一部分运动。在特定的实施例中，滑动套筒、波纹管等可提供该移动能力。

图6还示出，围绕供给系统14可设置径向移动器件52，以有利于由于温度波动产生的扩张/收缩。

图7是适合与图6的冷凝器系统一起使用的移动器件的更详细的顶视图。如图7所示，供给系统14可被配置为向着供给系统14的远端直径逐渐变小的半圆形管道对。以这种方式，供给系统14内蒸汽的压力和/或速度在整个供给系统14的管道内可保持相对恒定。

图8是适合与图1的冷凝器系统12一起使用的移动器件50的侧视图。如图8所示，供给提升管42可包括配置为有利于供给提升管42扩张/收缩的移动器件50。此外，供给提升管42可包括配置为调节供给提升管42内蒸汽流的阀54。图8还示出，冷凝器系统12可包括配置为横跨管束40分配来自供给提升管42的蒸汽的供给歧管56。类似地，冷凝器系统12可包括配置为收集来自管束40的回流歧管58。在图8所示的一个特定示例中，管束40包括多个管组件60。每个管组件60可包括一般排列成线的一个或多个管。该多个管组件60可包括一组初级管组件62和一个或多个次级管组件64。

初级管组件62被配置为接收来自供给歧管56的蒸汽，将热从蒸汽中转移到在管周围流动的空气中，并且将冷凝物向下输送至回流歧管58。在任何空冷冷凝器设计中都包括次级管组件64。功能是提供一种手段来捕获和抽出可能包含在蒸汽中的任何不凝结气体。在顶部，次级管组件64不连接到蒸汽供给，但连接到冷凝物线路。不凝结气体被配置为通过冷凝物线路流入这些管束，并使用连接到次级管组件64顶部的真空系统被抽出。

更通常地，管束40被配置为一组垂直管。在下面的描述中，将列举供给歧管的示例，但是，因为回流歧管58类似于供给歧管56，因此为简洁起见，将省略回流歧管的重复描述。

图9是图1的冷凝器系统12的Y供给歧管56的顶视图。如图9所示，供给歧管56被配置为“Y”形以将来自供给提升管42的蒸汽分配到管组件40内的管。

图10是图1的冷凝器系统12的Y供给歧管56的顶视图。图11是图1冷凝器系统12的Y供给歧管56的等距视图。如图11所示，供给提升管42包括多个供给歧管56，一个供给歧管56用于一个相应的管束40。

图12是适合与图1的冷凝器系统12一起使用的供给系统14的侧视图。图13是冷凝器系统12的Y供给歧管56的等距视图。如图13所示，蒸汽通过提升管42向上流到各自的供给歧管56，于是蒸汽流分岔以向两个管束40供给蒸汽。

图14是适合与根据另一实施方式的冷凝器系统12一起使用的移动器件50的剖面图。如图14所示，供给提升管42可包括用于各个供给歧管56的相应的移动器件。

图15是根据又一实施方式的冷凝器系统12的简化顶视图。如图15所示，冷凝器系统12可包括具有多个环形环的供给系统14，每层管束40具有一个环形供给环。在一个特定的示例中，冷凝器系统12可包括环形环对或匹配的半圆形管道对(共4个半圆形管道)。

图16是图15的冷凝器系统的供给歧管的等距视图。如图16所示，蒸汽流可被配置为在供给提升管42内并环状地围绕冷凝器系统12上升。

图17和18是图1的冷凝器系统12的简化剖面图。如图17和18所示，冷凝器系统12可选地包括一个或多个可关闭的百叶窗件70(如图17中所示)，以有利于通过减少旁路气流进入塔26来增加通过管束40的气流。百叶窗件70可打开(如图18中所示)，以增加进入塔26的旁路空气量，从而减少通过管束40的空气流。

根据详细的说明，本发明的许多特征和优点是显而易见的，因此，将通过所附权利要求来覆盖所有这些落于本发明真实精神和范围内的本发明的特征和优点。此外，由于对于本领域技术人员来讲容易进行许多修改和变型，因此不希望将本发明限于示出和描述的具体构造和操作，并且相应地，所有适当修改方式和等同物都应落入本发明的范围内。

Claims (20)

1.一种用于冷凝蒸汽的系统，所述系统包括：

供给歧管，所述供给歧管用于输送来自蒸汽供给的蒸汽；

第一自立冷凝板对，所述第一自立冷凝板对用于接收来自所述供给歧管的蒸汽，其中，所述供给歧管分岔，每个分支被配置为供给所述第一冷凝板对的相应的冷凝板；以及

第二自立冷凝板对，所述第二自立冷凝板对设置在所述第一自立冷凝板对上，其中，所述第一自立冷凝板对被配置为支撑所述第二自立冷凝板对。

2.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：

被配置为流经所述第一自立冷凝板对和所述第二自立冷凝板对的冷却流体流。

3.根据权利要求2所述的系统，进一步包括：

被配置为供给所述冷却流体流的自然通风塔。

4.根据权利要求3所述的系统，进一步包括：

围绕所述自然通风塔的基座设置的小圆齿状环，所述小圆齿状环包括多个所述第一自立冷凝板对和多个所述第二自立冷凝板对。

5.根据权利要求2所述的系统，进一步包括：

调节旁路流的一组百叶窗件，其中，流经所述第一自立冷凝板对和所述第二自立冷凝板对的所述冷却流体流受所述旁路流的相反影响。

6.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：

被配置为产生所述蒸汽供给的锅炉；以及

用于使冷凝物从所述第一自立冷凝板对和所述第二自立冷凝板对流到所述锅炉的泵。

7.根据权利要求6所述的系统，进一步包括：

被配置为响应于接收到来自所述锅炉的蒸汽而发电的涡轮机。

8.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：

设置在所述蒸汽供给与所述第一自立冷凝板对和所述第二自立冷凝板对之间的所述供给歧管中的波纹管。

9.一种用于冷凝蒸汽的系统，所述系统包括：

蒸汽供给管道，所述蒸汽供给管道用于输送来自蒸汽发生器的蒸汽；

供给提升管，所述供给提升管用于输送来自所述蒸汽供给管道的蒸汽；

供给歧管，所述供给歧管用于输送来自所述供给提升管的蒸汽；

冷凝板对，所述冷凝板对用于接收来自所述供给歧管的蒸汽，其中，所述供给歧管分岔，每个分支被配置为供给所述冷凝板对中的相应的冷凝板；

回流歧管，所述回流歧管用于接收来自所述冷凝板对的冷凝物；以及

冷凝物回流管道，所述冷凝物回流管道用于将来自所述回流歧管的冷凝物输送到所述蒸汽发生器。

10.根据权利要求9所述的系统，进一步包括：

被配置为响应于向所述冷凝板对供给的蒸汽而产生空气流的自然通风塔。

11.根据权利要求10所述的系统，进一步包括：

围绕所述自然通风塔的基座设置的小圆齿状环，所述小圆齿状环包括多个所述冷凝板对。

12.根据权利要求10所述的系统，进一步包括：

调节旁路空气流的一组百叶窗件，其中，流经所述冷凝板对的所述空气流受所述旁路空气流的相反影响。

13.根据权利要求9所述的系统，进一步包括：

用于产生蒸汽的锅炉；以及

被配置为使所述冷凝物从所述回流歧管流到所述锅炉的泵。

14.根据权利要求13所述的系统，进一步包括：

被配置为响应于接收到来自所述锅炉的蒸汽而发电的涡轮机。

15.根据权利要求9所述的系统，进一步包括：

设置在所述蒸汽供给与所述冷凝板对之间的所述供给歧管中的波纹管。

16.一种用于散发废热的设备，所述设备包括：

用于制作矩形冷凝板对的装置，所述矩形冷凝板对中的每一个包括各自的顶缘、底缘和一对侧缘；

用于将第一冷凝板的第一侧缘固定于第二冷凝板的第一侧缘以形成“V”形第一自立冷凝单元的装置；以及

用于将第二自立冷凝单元设置在所述第一自立冷凝单元顶上以形成自立冷凝组件的装置。

17.根据权利要求18所述的设备，进一步包括：

用于制作包括有多个所述自立冷凝组件的小圆齿状环的装置。

18.一种制作用于散发废热的冷凝器的方法，所述方法包括以下步骤：

制作矩形冷凝板对，所述矩形冷凝板对中的每一个包括各自的顶缘、底缘和一对侧缘；

将第一冷凝板的第一侧缘固定于第二冷凝板的第一侧缘以形成“V”形第一自立冷凝单元；以及

将第二自立冷凝单元设置在所述第一自立冷凝单元顶上以形成自立冷凝组件。

19.根据权利要求18所述的方法，进一步包括以下步骤：

制作包括有多个所述自立冷凝组件的小圆齿状环。

20.根据权利要求19所述的方法，进一步包括以下步骤：

向所述小圆齿状环的各个冷凝板供给来自供给歧管的蒸汽。

Images