CN103712473A - 加力通风直接空冷塔 - Google Patents

Abstract

加力通风直接空冷塔，本发明属于热交换领域，特别涉及空冷式发电的空冷岛与空气驱动方式。由于气温冬夏差别，昼夜差别，频繁的自然风，再加上风速、风向的多重变幻，使单纯的自然通风、简单的机力辅助通风的空冷塔，很难以满足现今的空冷要求，本发明采用在自然通风筒下部周围布置由轴流风机和翅片管等组成的冷凝三角。使本发明在大幅提高空冷塔夏季冷却能力的同时，大幅削弱大风的危害，并可利用冬季空冷塔内的过剩抽力，通过轴流风机回收其能量，反转风机可抽出塔内热空气，融通意外冻结的翅片管。本发明可配套于各种规模的直接空冷和间接空冷机组。

Description

加力通风直接空冷塔

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的空冷式发电的的自然通风直接空冷系统的空气驱动动方式。 

背景技术

由于水资源的日益短缺，利用空气通过金属表面直接或间接冷凝汽轮机乏汽，能大幅降低火力电站和核能电站用水量的空冷式发电，已在我国及全球广泛采用。 

由于空气的热容仅为水的1/4，密度仅为水的1/1000，空冷式发电的汽机乏汽进入大气环境的方式，只能由空气温度升高的热焓带走，空气用量就特别巨大，所以汽机背压与大气环境关系特别密切。 

而我国北方正好处于北半球西风带内，一年到头频繁的吹风，有的地区累计长达3～4千小时，加上冬严寒夏酷热，昼夜温差达十几二十摄氏度。现行的电厂空冷方式，导致汽机背压不断的大幅度波动，这既不经济安全又浪费能源。 

在夏季高温时段，空气在散热器中温升减小，无论机力通风还是自然通风，其冷却能力均出现大幅降低，通常的办法是采用喷水增湿降温，利用水在散热器上的蒸发提高冷却效果，但汽机满负荷背压仍在20～30kPa之间，这不仅带来水资源的消耗，还由于空气中的尘土、杂质在散热器翅片上的结垢难以清除，反而还要降低不喷水时的空冷效果。 

吹风时段，自然通风空冷塔使水平流动的自然风，在空冷塔外形成严重的非均匀压力场，仅能通过关小正对来风方向的百叶窗，以部份减小对空冷塔冷却性能的干扰，由于这种源自湿式凉水塔的塔内简单结构，仍不能改变夏季自然风使空冷塔圆周进风总量大幅减少的结果，常常使汽机背压迅速上升到30～40kPa以上，电厂只能被迫降低负荷，以防跳闸事故发生。 

冬季时段，气温常在-10～-30℃之间，有的地区甚至达到-40℃以下，虽然通过关小空冷岛的百叶窗、或停掉风机，可以大幅减小冷空气流量，由于冬季空气密度，比夏季酷热时段高20～30％，在散热器中温升又高达50～70℃，达夏季高温时段的2～4倍，使自然通风塔产生出300～400Pa的过剩抽风能力，风力风向即使小幅度的随机变化，很容易造成局部过量进风而冻坏散热翅片管，为防止此事件发生，通常采取人为提高汽机背压到8～ 10kPa以上，以牺牲热效率，减少发电量，来实现冬季防冻目标。 

由于上述原因，空冷式发电机组的汽机平均背压，通常比湿式水冷发电机组高1(冬季)～3(夏季)倍，加上风的影响，致使空冷式发电的kwh煤耗，比湿式水冷发电高5～7％，小机组甚至达10％以上。 

实用新型ZL201020667597.2，变抽力自然通风塔专利，通过采用增加可动风筒和塔筒直径来提高夏季自然通风塔的抽风能力，但在风力太大的地区，出于大风安全考虑，不可能大幅增加可动风筒高度。 

实用新型ZL201020500302.2，驭风空冷塔专利，通过在塔内构造径向分隔幕和在塔壁上部设置出气门，来克服环境风对自然通风空冷塔冷却效果的破坏，对于已建成的自然通风塔，显然不可能再去设置出气门。 

发明专利200910083854.X，火力发电联合通风直接空冷系统专利，试图减小高温、大风对空冷式发电机组的不利影响。由于蒸汽冷凝单元和散热翅片管的布置方式等问题，使其难以商业化。 

此外，上述专利对于在冬季运行存在的问题还缺乏较好的解决方案。 

发明内容

鉴于现行自然及机力辅助通风直接空冷系统，使发电机组夏季、吹风时段、冬季汽机背压高，kwh热耗、成本高，已有专利改进方案的不足。本发明向社会公开一种，能克服现行装置缺点的，加力通风直接空冷塔。 

1.加力通风直接空冷塔，由风筒、散热器、风机等组成，其特征在于，组成散热器的冷凝三角如图2所示，由蒸汽分配管(1)、翅片管(2)、冷凝水收集管(3)、轴流风机(4)组成；驱动轴流风机(4)的电机为电动发电两用电机；翅片管(2)的管间距如图3、图4所示，翅片管(22)与翅片管(23)之间的列间距A、翅片管(24)与翅片管(25)之间的列间距A，翅片管(23)与翅片管(24)之间的列间距B的比值：A/B＝0.2～0.35、或0.3～0.5、或0.5～0.7、或0.7～0.99；翅片管(22)、翅片管(23)、翅片管(24)、翅片管(25)截面采用圆形；将若干冷凝三角按图5、图6所示的方式，与入口蒸汽总管(5)、环形蒸汽总管(6)、风筒(7)组成加力通风直接空冷塔。 

2.加力通风直接空冷塔，由风筒、散热器、风机等组成，其特征在于，加力通风直接空冷塔的散热器由6～12个、或13～30个、或31～100冷凝三角组成。 

3.加力通风直接空冷塔，由风筒、散热器、风机等组成，其特征在于，一个冷凝三角中的轴流风机(4)的数量为1～3台、或4～6台、或7～30台；轴流风机(4)出风口到翅 片管(2)之间的空气通道为一台轴流风机一个独立通道、或两台轴流风机共用一个通道、或三台及以上轴流风机一个通道。 

4.加力通风直接空冷塔，由风筒、散热器、风机等组成，其特征在于，风简(7)外形为圆柱形、或双曲线形、或椭圆形；风筒高度为筒顶出口直径的的0.3～0.6倍、或0.6～1.0倍、或1～6倍。 

5.加力通风直接空冷塔，由风筒、散热器、风机等组成，其特征在于，组成冷凝三角的轴流风机(4)如图7所示，在一侧设转轴，可以开启，并大于90°的角度。 

6.加力通风直接空冷塔，由风筒、散热器、风机等组成，其特征在于，在轴流风机(4)进口设置隔风帘。 

7.加力通风直接空冷塔，由风筒、散热器、风机等组成，其特征在于，轴流风机(4)采用多叶片低转数的驱动空气的、或被空气驱动的两用型叶片。 

8.加力通风直接空冷塔，由风筒、散热器、风机等组成，其特征在于，冷凝三角中的翅片管(2)采用图8的竖直方式布置，可用于对液体的冷却，即可用于间接空冷系统。 

采用以上发明具有以下积极效果： 

1.用配有电动发电两用电机的轴流风机(4)取代传统的只能减少风量的百叶窗，组成的冷凝三角单元，大大增强了空冷塔的空气流量的调节功能。夏季高温时段，轴流风机送风与空冷塔抽风相结合，可以使冷却风量成倍增加，进而使散热器总传热系数增加，初始温差、汽机背压大幅降低。 

2.一个冷凝三角的轴流风机与散热翅片管之间布置对应的独立通道，便于在夏季吹风时段，空冷塔散热器圆周方向、高度方向风压大幅变化时，对进风量进行及时的、分别调控。正对来风方向的冷凝三角，甚至可以利用风机发电来阻滞风量的灌入；侧风方向，风机可以通过变频系统分别送电，或满功率、或部份功率运行，以弥补自然风降低的局部进风量，保证汽机低背压运行。 

3.冬季气温低，冷却空气用量比夏天成倍减少，但对于大中型空冷电厂，其流量仍然十分巨大，空气在散热器内温升达40℃以上，空冷塔过剩抽力成倍增加，可利用配有电动发电两用电机的轴流风机(4)，加载发电励磁，控制其冷却空气的流量，并将其压差势能转化为电能；冬季吹风时，通过自动控制回路，对每一台轴流风机加载不同的发电励磁，对所对应的局部散热器的热负荷进行精确控制，既防止了冬天吹风时段，散热器冻坏，又回收了空冷塔产生的压差势能，同时还达到了空冷汽机在冬季，以湿冷机组的相同低背压运行的效果。 

3.在无风、或微风和气温0℃～10℃时段，可以将轴流风机(4)置于图7所示的开启位置，以降低自然通风时的空气流动阻力。 

4.圆形翅片管散热系数，随迎风面风速增大的衰减速率小于单排管和椭圆管，采用圆形翅片管有利于夏季大风量运行时提高冷却效果；采用A＜B的列间距，可有效提高圆形翅片管的放热能力。 

5.轴流风机(4)设在空冷塔在外侧，便于检修；风机进口设置隔风帘，用于冬季减少风量和停车等需要时，调整、或切断轴流风机、冷凝三角与外界的空气通道；风机反向旋转，可以抽出塔内的热空气，对意外冻结的散热器进行回暖解冻处理。 

6.加力通风直接空冷塔，可用于10MW～1500MW冷却负荷的直接空冷系统。 

7.调整冷凝三角中翅片管及热介质通道的形状和方位，即图8所示，本发明可用于间接空冷系统。 

附图说明

附图1，ZL200920242941.0专利，采用自然通风的直接空冷凝汽器俯视图。 

附图2，本发明所述的冷凝三角俯视图，由蒸汽分配管(1)、翅片管(2)、冷凝水收集管(3)、轴流风机(4)组成。 

附图3，组成翅片管(2)的放大俯视图，以说明翅片管间距A、B间的关系。 

附图4，组成翅片管(2)轴向视图，即附图2中的G--G视图，进一步说明翅片管间距A、B间的关系。 

附图5，加力通风直接空冷塔的主视图。 

附图6，加力通风直接空冷塔的俯视图。 

附图7，轴流风机(4)处于开启状态的本发明俯视图。 

附图8，本发明中，翅片管(2)采用竖直方式布置的冷凝三角单元立体视图。 

图中： 

1.蒸汽分配管。 

2.翅片管。 

21.翅片管上的散热翅片。 

22.第一列翅片管。 

23.第二列翅片管。 

24.第三列翅片管。 

25.第四列翅片管。 

3.冷凝水收集管。 

4.轴流风机。 

5.空冷岛蒸汽进口总管。 

6.环形蒸汽总管。 

7.风筒。 

A.翅片管第一、二列、或第三、四列之间的列间距。 

B.翅片管第二、三列之间的列间距。 

具体实施方式

以660MW空冷机组说明具体实施方式： 

空冷塔零米直径120米，出口直径90米，空冷塔总高150米；热空气入口高度30米；冷凝三角高度30米，共计36个；散热器总面积200万平方米，迎风面积16666平方米；翅化比120。 

35℃气温，风筒抽力90Pa，迎风面最大风速2.7米，风机数量72台，风机提供全压50Pa的送风动力，风量585m³/s，风机直径9.14米，消耗总功率3000kw，汽机背压18kPa。 

20℃气温，风筒抽力100Pa，迎风面最大风速2.7米，风机数量72台，风机提供40Pa分压，风量585m³/s，风机直径9.14米，消耗总功率2400kw，汽机背压10kPa； 

10℃气温，风筒抽力106Pa，迎风面最大风速2.7米，风机数量72台，风机提供35Pa分压，风量585m³/s，风机直径9.14米，消耗总功率2100kw，汽机背压6kPa。 

5℃气温，风筒抽力122Pa，迎风面最大风速2.7米，风机数量72台，风机提供18Pa分压，风量585m³/s，风机直径9.14米，消耗总功率1000kw，汽机背压4.2kPa。 

0℃气温，风筒抽力140Pa，迎风面最大风速2.7米，风机数量72台，风机提供0Pa分压，风量585m³/s，风机直径9.14米，消耗总功率0.00kw，汽机背压3.6kPa。 

-5℃气温，风筒抽力165Pa，迎风面最大风速1.8米，风机数量72台，风机提供-40Pa分压，风量390m³/s，风机直径9.14米，发电回收总功率650kw，汽机背压3.0kPa。 

-15℃气温，风筒抽力220Pa，迎风面最大风速1.38米，风机数量72台，风机提供-95Pa分压，风量300m³/s，风机直径9.14米，发电回收总功率1200kw，汽机背压3.0kPa。 

-25℃气温，风筒抽力300Pa，迎风面最大风速1.04米，风机数量72台，风机提供-175Pa分压，风量240m³/s，风机直径9.14米，发电回收总功率1800kw，汽机背压3.0kPa。 

-35℃气温，风筒抽力370Pa，迎风面最大风速0.86米，风机数量72台，风机提供-255Pa分压，风量200m³/s，风机直径9.14米，发电回收总功率2200kw，汽机背压3.0kPa。 

Claims (8)

1.加力通风直接空冷塔，由风筒、散热器、风机等组成，其特征在于，组成散热器的冷凝三角，由蒸汽分配管(1)、翅片管(2)、冷凝水收集管(3)、轴流风机(4)组成；驱动轴流风机(4)的电机为电动发电两用电机；翅片管(2)内部的翅片管(22)与翅片管(23)之间的列间距A、翅片管(24)与翅片管(25)之间的列间距A，翅片管(23)与翅片管(24)之间的列间距B的比值：A/B＝0.2～0.35、或0.3～0.5、或0.5～0.7、或0.7～0.99；翅片管(22)、翅片管(23)、翅片管(24)、翅片管(25)截面采用圆形；将若干冷凝三角与环形蒸汽总管(6)、入口蒸汽总管(5)、风筒(7)组成加力通风直接空冷塔。

2.根据权利要求1所述的加力通风直接空冷塔，其特征在于，组成散热器的冷凝三角数量为6～12个、或13～30个、或31～100组成。

3.根据权利要求1所述的加力通风直接空冷塔，其特征在于，一个冷凝三角中的轴流风机(4)的数量为1～3台、或4～6台、或7～30台；轴流风机(4)出风口到翅片管(2)之间的空气通道为一台轴流风机一个独立通道、或两台轴流风机共用一个通道、或三台及以上轴流风机一个通道。

4.根据权利要求1所述的加力通风直接空冷塔，其特征在于，风筒(7)外形为圆柱形、或双曲线形、或椭圆形；风筒高度为筒顶出口直径的的0.3～0.6倍、或0.6～1.0倍、或1～6倍。

5.根据权利要求1所述的加力通风直接空冷塔，其特征在于，组成冷凝三角的轴流风机(4)在其一侧设转轴，使其可以旋转开启，并大于90°的角度。

6.根据权利要求1所述的加力通风直接空冷塔，其特征在于，在轴流风机(4)进口设置隔风帘。

7.根据权利要求1所述的加力通风直接空冷塔，其特征在于，轴流风机(4)采用既可驱动空气又可被空气驱动的两用型叶片。

8.根据权利要求1所述的加力通风直接空冷塔，其特征在于，组成冷凝三角中的翅片管(2)竖直布置，管内介质为液体。

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