CN103697717B - 具有供热和纯凝双模式的凝汽器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及凝汽器的供热期和非供热期的安全问题进行改造的技术，具体而言，涉及一种具有供热和纯凝双模式的凝汽器。其包括前水室（10）、后水室（20）和循环水管道（30），其中前水室（10）包括前左水室（11）和前右水室（12）；后水室（20）包括后左水室（21）和后右水室（22）。在前水室（10）、后水室（20）以及循环水管道（30）的内部里衬采用耐腐蚀和耐高温的丁基橡胶，其耐高温的能力为150℃，进而保证了供热期温度远高出纯凝工况时安全运行。

Description

具有供热和纯凝双模式的凝汽器

技术领域

本发明涉及凝汽器的供热期和非供热期的安全问题进行改造的技术，具体而言，涉及一种具有供热和纯凝双模式的凝汽器。

背景技术

现有技术中的纯凝工况下凝汽器设计背压为4.9kPa，汽轮机排气温度在32.6℃左右。为实现低压缸双背压、双转子互换循环水供热方案，供热期要求汽轮机在高背压状态下运行，即汽轮机运行背压在54KPa，汽轮机排汽温度在83℃左右。

纯凝工况下凝汽器循环水来自海水，进入凝汽器的循环水设计温度为20～33℃，凝汽器水侧设计压力0.25MPa。供热期凝汽器循环水来自热网回水，进入凝汽器的热网回水温度在55℃左右，经过凝汽器要求将热网循环水回水温度由55℃提升至80℃，凝汽器供热期水侧压力达到约0.5～0.6MPa。

如下表为非供热期汽轮机纯凝运行工况和供热期汽轮机高背压运行工况下凝汽器热力参数比

                                                 

由此可看出，循环水供热期凝汽器的运行参数远高于纯凝工况时的运行参数，汽轮机排汽压力、温度大大高出纯凝工况时的排汽参数值，进入凝汽器的热网回水压力、温度也大大高出原凝汽器循环水的温度、压力。即供热期凝汽器汽侧、水侧的运行参数大大超出了原凝汽器的设计运行参数。按照纯凝工况设计的凝汽器在供热状态下是极不安全的，需对凝汽器改造。

例如申请号为200920200636.5的专利，其公开了一种凝汽器，尤其涉及电站凝汽器，属于凝汽器结构改进技术领域，包括设置在壳体内的进水室、数根冷却管、出水室，所述进水室通过进水隔板隔离出进水小室，该进水小室与相应的数根冷却管相通，出水室通过出水隔板隔离出出水小室，且与出水小室相通的冷却管即为与进水小室相通的冷却管；进水小室连接有带进水阀门的除盐水进水连通管，出水小室连接有带出水阀门的除盐出水连通管，本实用新型通过除盐水进水连通管将常温状态下的除盐水输送到凝汽器内，再通过除盐水出水连通管将被抽凝、纯凝机组的排汽热量加温后的除盐水排出并输送至除盐水系统，提高了抽凝、纯凝机组的热效率，但是没有考虑到凝汽器在供热期与非供热期由于运行参数的不同所带来的危险性。

又例如申请号为201220269670.X的专利，其公开了一种改进的凝汽器，在凝汽器进气室下方的冷凝水管道上由上到下水平间隔安装着布水管以及填料层，填料层由不锈钢鲍尔环填料构成，布水管底面上均布间隔设置着喷头，布水管通过输水管与凝汽器底部的汽轮机热井相连通。本实用新型结构简单，利用凝汽器原有的再循环口及再循环凝结水来提高凝汽器的换热效果，延长汽轮机凝汽器的使用周期，进而能节约循环冷却水量，由于布水管通过输水管与凝汽器底部的汽轮机热井相连通，而从热井口出来的蒸汽具有较高的温度，在布水管与输水管的连接处很容易出现膨胀爆裂的现象，进而影响到凝汽器的正常工作。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有供热和纯凝双模式的凝汽器，改造后的运行特点是：非供热期运行时，汽轮机恢复原纯凝工况，此时凝汽器保证机组经济、高效运行；凝汽器系统的水侧满足循环水为海水介质的运行要求，即保证系统抗海水腐蚀的能力。应充分考虑海水腐蚀的特点，水室及其循环水管道系统内部里衬采用耐腐蚀和耐高温的丁基橡胶，耐温度的能力为150℃。为此，在凝汽器进行加强、防腐设计的同时，充分考虑采用先进的技术，提高凝汽器的技术经济性。

为了实现上述设计目的，本发明采用的方案如下：

一种具有供热和纯凝双模式的凝汽器，其包括前水室、后水室、循环水管道和壳体，其中前水室包括前左水室和前右水室；后水室包括后左水室和后右水室，在前水室、后水室和循环水管道的内部里衬选用丁基橡胶。丁基橡胶具有良好的化学稳定性和热稳定性，最突出的是气密性和水密性，它对空气的透过率仅为天然橡胶的1/7，丁苯橡胶的1/5，而对蒸汽的透过率则为天然橡胶的1/200，丁苯橡胶的1/140。

优选的是，循环水管道的外部加装有钛钢膨胀节，对管道进行热膨胀补偿。

在上述任一方案中优选的是，所述壳体的长度增加L，L≤700mm。为了保证凝汽器的汽侧蒸汽有充分的气流通道和供热期热网回水流量仅是设计工况凝汽器循环水流量的50%不到，不增加冷却管道的数量而增加冷却管道的有效长度可使热网回水在凝汽器管内的流速达到规定要求。为实现冷却管道有效长度延长，通过前后水室方向凝汽器的壳体分别延长450mm左右，最后壳体的总长延长不超过700mm。

在上述任一方案中优选的是，所述壳体内设有冷却管束，冷却管束选用钛管。采用加强型管束提高冷却管束承拉能力及采暖期和非采暖期热变形不一致。

在上述任一方案中优选的是，所述壳体的外部采用“井字形”或“人字形”或“井字形”和“人字形”结合的加固方式进行现场加固，保证凝汽器的强度和凝汽器供热工况运行时的安全性能。

在上述任一方案中优选的是，所述冷却管束采用“山峰型”排管方式。“山峰型”指将冷却管束按照从上到下逐渐递减，从外形上看像山峰。采用“山峰型”排管方式，对凝汽器进行排管设计，优化管束排布，提高凝汽器管束内的热负荷均匀性，

在上述任一方案中优选的是，所述前水室和后水室内设有挡水板，挡水板为竖置挡板，防止挡水板下部出现涡流区。

在上述任一方案中优选的是，所述前水室和后水室形状为蜗壳形。“蜗壳形”指前水室和后水室外部的中部向上隆起，两端向下，外形看上去像蜗牛的外壳。

在上述任一方案中优选的是，所述前水室和后水室内均设有液位计。在供热工况运行时监视前水室和后水室的水位情况，通过运行操作和控制保证两水室充满水。

在上述任一方案中优选的是，所述前水室通过螺栓与前端管板连接；后水室通过焊接方式与后端管板连接。

在上述任一方案中优选的是，所述前水室和后水室选用Q345B材料，其厚度为20mm。

在上述任一方案中优选的是，所述前端管板和后端管板选用加厚型钛复合板，其总厚度为65mm。

在上述任一方案中优选的是，所述后端管板与壳体之间加装钢制波纹膨胀节，解决凝汽器管系和壳体膨胀差的热补偿。

在上述任一方案中优选的是，所述冷却管束的端头与前端管板和后端管板的连接采用膨胀节加无填料氩弧焊的连接方式。

附图说明   

图1为按照本发明的具有供热和纯凝双模式的凝汽器的的一优选实施例的整体结构示意图。

图2为按照本发明的具有供热和纯凝双模式的凝汽器的图1的俯视图。

图3为按照本发明的具有供热和纯凝双模式的凝汽器的图1所示实施例的加强设计立体图。

图4为按照本发明的具有供热和纯凝双模式的凝汽器的图2中管束的布管图。

图5为按照本发明的具有供热和纯凝双模式的凝汽器的图1中壳体加固方案示意图。

图中标号说明：

循环水进口1，循环水出口2，钛钢膨胀节3，管束膨胀节4，前端管板5，后端管板6，连接板7，冷却管束8，连接管9，前水室10，前左水室11，前右水室12，后水室20，后左水室21，后右水室22，管道30，壳体40。

具体实施方式

为了更好地理解按照本发明的具有供热和纯凝双模式的凝汽器，下面结合附图描述按照本发明的具有供热和纯凝双模式的凝汽器的具体实施例。

参考图1-2所示，按照本发明的具有供热和纯凝双模式的凝汽器的整体结构示意图。其包括前水室10、后水室20、循环水管道30和壳体40，其中前水室10包括前左水室11和前右水室12；后水室20包括后左水室21和后右水室22，在前水室10、后水室20和循环水管道30的内部里衬选用丁基橡胶。丁基橡胶具有良好的化学稳定性和热稳定性，最突出的是气密性和水密性，它对空气的透过率仅为天然橡胶的1/7，丁苯橡胶的1/5，而对蒸汽的透过率则为天然橡胶的1/200，丁苯橡胶的1/140。

在本实施例中，前水室10和后水室20通过连接管9连接在一起，连接管9的管与管之间设有多个冷却管束8，其外部由壳体40遮盖。

在本实施例中，前水室10通过螺栓与前端管板5连接；后水室20通过焊接方式与后端管板6连接。如图2所示，前端管板5通过连接板7与壳体40连接在一起；后端管板6通过连接板7与壳体40连接在一起，并且在前端管板5与壳体40之间以及后端管板6与壳体40之间均加装有热膨胀节，充分考虑了供热期与非供热期的不一致性。

本发明的凝汽器在非供热期运行时，汽轮机恢复原纯凝工况，此时凝汽器保证机组经济、高效运行。凝汽器系统的水侧满足循环水为海水介质的运行要求，即保证系统抗海水腐蚀的能力，充分考虑了海水腐蚀的特点，水室及其循环水管道系统内部里衬采用耐腐蚀、耐高温的丁基橡胶，耐温度的能力为150℃。为此，在凝汽器进行加强、防腐设计的同时，采用先进的技术，提高凝汽器的技术经济性。

凝汽器热力设计提高技术性能主要采取了以下措施：

1）采用HEI及引进的德国巴克.杜尔凝汽器设计技术，进行凝汽器热力计算设计。经技术经济比较新凝汽器的换热面积增大到17300㎡,冷却管束采用Φ28×0.5/0.7的钛管（Ta2）焊接直管。此换热面积能保证非供热期纯凝工况凝汽器的经济高效性能，同时保证供热期高背压运行工况时的热力过程实现。

2）采用引进先进的德国巴克.杜尔凝汽器“山峰型”排管方式，进行凝汽器的排管设计，优化管束排布。提高凝汽器管束内的热负荷均匀性，保证最优蒸汽凝结效果。如图4所示，底部的蒸汽流较大，由于采用了“山峰型”排管的方式，蒸汽流从下向上逐渐递减，到了顶部蒸汽流最少，几乎被凝结成水，进而保证了最优蒸汽凝结效果。

在本实施例中，冷却管束8采用“山峰型”排管方式。“山峰型”指将冷却管束按照从上到下逐渐递减，从外形上看像山峰。采用“山峰型”排管方式，对凝汽器进行排管设计，优化管束排布，提高凝汽器管束内的热负荷均匀性，

3）优化、完备的抽气-汽系统和空冷区结构设计，与冷却管束8排列形状一致的抽空气通道布置，使蒸汽从冷却管束8四周进汽，每一冷却管束8热负荷均匀，传热系数高。

4）空冷区结构先进，蒸汽-空气混合物在空气冷却区沿冷却管束8向抽气口纵向流动，使其与管内冷却水进行强逆流换热，混合物中蒸汽充分凝结；降低汽--气混合物出口温度，改善抽气设备的工作条件。

5）壳体40内的挡水板少而精，且无横置挡板（均为竖置挡板），防止挡水板下部涡流区的存在。如图4所示，壳体40内布置两组冷却管束8，增大了凝汽器回热通道数，使每一组冷却管束8进汽均匀，传热系数提高，又使热井中凝结水得到有效回热。两组冷却管束8分为：前左水室11与后左水室21共用一组，前右水室12与后右水室22共用一组。

为了使凝汽器更加安全，本发明采取了加强设计，其主要措施为：

1）保留现凝汽器喉部、外壳体，现场施工加强凝汽器喉部、壳体内外侧，降低了搬运的难度，提高了安装的效率。

2）通过增加冷却管束8的有效长度的方式来达到增加冷却面积的目的，而不是完全通过增加管子数量的方式达到增加换热面积。此方式有两大好处：一、保证汽侧蒸汽有充分的气流通道；二、供热期热网回水流量仅是设计工况凝汽器循环水流量的50%不到，不增加管子数量而增加管子的有效长度可使热网回水在凝汽器管内的流速达到规定要求。为实现冷却管束有效长度延长，通过前水室10和后水室20之间的壳体40向前、后各延长450mm左右，延长总长度不超过700mm。

3）更换凝汽器的前水室10和后水室20为全新的加强型蜗壳形状水室。前水室10采用加强型法兰和螺栓与前端管板5连接；后水室20与后端管板6直接焊接。前水室10与后水室20材质采用Q345B(16Mn),壁厚为20mm。

4）更换前端管板5和后端管板6为加厚型钛复合板，提高承压能力，前端管板5和后端管板6均选用Q345B/60+TA2/5的不锈钢复合板，总厚度为65mm。

5）在每一流程的后端管板6和壳体40之间加装钢制波纹膨胀节，解决凝汽器管系和壳体40胀差的热补偿要求，即采用独立管束膨胀节如图2。

6）核算凝汽器底部支撑，核算凝汽器喉部的膨胀节，满足凝汽器重量变化及供热期垂直方向的膨胀变化要求。

7）冷却管束8选用钛管冷却管束，采用加强型管束提高其承拉能力及采暖期和非采暖期热变形不一致。

8）冷却管束8的端头与前端管板5、后端管板6的连接采用胀接加无填料氩弧焊的连接方式。

9）更换全部中间支撑隔板（包括管束附件），设计冷却管束管孔直径适当放大（和常规设计相比），解决采暖期和非采暖期设备热膨胀的不一致。

10）凝汽器现有进出循环水进、出管路，进行热补偿设计，加装内衬254Mo、外衬316L的不锈钢膨胀节。

11）在前水室10和后水室20内均加装水室液位计，在供热工况运行时运行时监视水室的水位情况，通过运行操作和控制保证水室充满水。

12）通过强度计算，校核凝汽器的壳体40的强度。现场安装施工时对凝汽器进行加固。加固方案为“井字型”和“人字型”两种，或两种方式结合使用，保证凝汽器的强度和凝汽器供热工况运行时的安全性能，如图5所示。

考虑到凝汽器各部件之间存在热膨胀的问题，本发明对凝汽器的热膨胀补偿采取了以下措施：

1）喉部、壳体40加强，冷却管束8加强设计提高其耐胀能力。

2）壳体40加装独立的管束膨胀节4。为了保证凝汽器单侧安全运行，两个管束产生胀差，采用分管束加装壳体膨胀节，称其为管束膨胀节4，即在每一个管束上加装独立的钢制膨胀节，来满足单侧运行时两管束温差造成的胀差，同时在膨胀节的设计时考虑短时间排汽温度达85℃～110℃的热膨胀要求。

3）核算凝汽器底部支撑，核算凝汽器喉部的膨胀节，满足补偿凝汽器来此x、y、z三方向的位移要求。

4）在凝汽器进出循环水进口1和循环水出口2的管道30上加装不锈钢膨胀节，对管道进行热膨胀补偿；冷却管束8之间加装有管束膨胀节4，如图3所示。

综上所述，本发明的凝汽器具有以下特点：在前水室10、后水室20以及循环水管道30的内部里衬采用耐腐蚀和耐高温的丁基橡胶，其耐高温的能力为150℃，进而保证了供热期温度远高出纯凝工况时安全运行；在与壳体40相连接的各个部件上以及进出循环水进口1和循环水出口2的管道30上加装热膨胀节，解决了供热期与非供热期的不一致性；为了保证凝汽器的汽侧蒸汽有充分的气流通道和供热期热网回水流量仅是设计工况凝汽器循环水流量的50%不到，不增加冷却管道的数量而增加冷却管道的有效长度可使热网回水在凝汽器管内的流速达到规定要求，为实现冷却管道有效长度延长，通过前后水室方向凝汽器的壳体分别延长450mm左右，最后壳体的总长延长不超过700mm；壳体40内布置两组冷却管束8，增大了凝汽器回热通道数，使每一组冷却管束8进汽均匀，传热系数提高，又使热井中凝结水得到有效回热。两组冷却管束8分为：前左水室11与后左水室21共用一组，前右水室12与后右水室22共用一组。

本领域技术人员不难理解，本发明的具有供热和纯凝双模式的凝汽器包括本说明书中各部分的任意组合。限于篇幅且为了使说明书简明，在此没有将这些组合一一详细介绍，但看过本说明书后，由本说明书构成的各部分的任意组合构成的本发明的范围已经不言自明。

Claims (10)

1.一种具有供热和纯凝双模式的凝汽器，其包括前水室（10）、后水室（20）、循环水管道（30）和壳体（40），其中前水室（10）包括前左水室（11）和前右水室（12）；后水室（20）包括后左水室（21）和后右水室（22），其特征在于：在前水室（10）、后水室（20）和循环水管道（30）的内部里衬选用丁基橡胶；循环水管道（30）的外部加装有钛钢膨胀节；壳体（40）内设有冷却管束（8），冷却管束（8）选用钛管；壳体（40）加装独立的管束膨胀节（4）；每一个管束上加装独立的钢制膨胀节。

2.如权利要求1所述的具有供热和纯凝双模式的凝汽器，其特征在于：壳体（40）的外部采用“井字形”或“人字形”或“井字形”和“人字形”结合的加固方式进行现场加固。

3.如权利要求1所述的具有供热和纯凝双模式的凝汽器，其特征在于：前水室（10）和后水室（20）内设有挡水板，挡水板为竖置挡板。

4.如权利要求1或3所述的具有供热和纯凝双模式的凝汽器，其特征在于：前水室（10）和后水室（20）形状为蜗壳形。

5.如权利要求1或3所述的具有供热和纯凝双模式的凝汽器，其特征在于：前水室（10）和后水室（20）内均设有液位计。

6.如权利要求1或3所述的具有供热和纯凝双模式的凝汽器，其特征在于：前水室（10）通过螺栓与前端管板（5）连接；后水室（20）通过焊接方式与后端管板（6）连接。

7.如权利要求1或3所述的具有供热和纯凝双模式的凝汽器，其特征在于：前水室（10）和后水室（20）选用Q345B材料，其厚度为20mm。

8.如权利要求7所述的具有供热和纯凝双模式的凝汽器，其特征在于：前端管板（5）和后端管板（6）选用加厚型钛复合板，其总厚度为65mm。

9.如权利要求8所述的具有供热和纯凝双模式的凝汽器，其特征在于：后端管板（6）与壳体（40）之间加装钢制波纹膨胀节。

10.如权利要求1所述的具有供热和纯凝双模式的凝汽器，其特征在于：冷却管束（8）的端头与前端管板（5）和后端管板（6）的连接采用膨胀节加无填料氩弧焊的连接方式。