CN104034178A - 一种板式蒸发空冷凝汽器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于热交换技术领域，尤其涉及一种板式蒸发空冷凝汽器，包括换热板束、风机、蒸汽分配管、喷淋装置、挡水板、循环水泵；两个换热板束成倒V型；换热板束的上端和下端分别设蒸汽进口和冷凝水出口，蒸汽进口与蒸汽分配管相衔接，冷凝水出口与凝结水管道连接；换热板束的上方和下方分别设置一组与其平行的喷淋装置；挡水板覆盖在以换热板束位置为分割的上部表面；风机置于出风筒内，挡水板在风机下方；风机置于换热板束的上部，采用吸风结构使结构更加紧凑，通过上、下两组喷淋装置的配合可灵活适应机组变工况运行，换热系数是直接空冷的50倍左右，不仅极大提高了换热效率，而且减少了冷凝单元的数目从而减小了占地面积，便于模块化设计。
Description
技术领域
本发明属于热交换技术领域，尤其涉及一种板式蒸发空冷凝汽器。
背景技术
凝汽器系统及设备是汽轮机组的重要组成部分，其设计、运行性能将直接影响到整个汽轮机组的经济性和安全性。蒸发式冷却、冷凝理论体系已趋于成熟。蒸发式冷凝器利用风机强制空气排到大气，保证了管外水膜的蒸发作用，充分利用冷却水蒸发带走的汽化潜热，是一种高效节能的换热方式,且其通常耗水量约为一般水冷式冷凝器的5％～10％，很大程度上节约了工业用水。但传统的换热管束因管表面形成的水膜厚度不均匀而影响水的蒸发传热，从而影响传热效果。另外换热管易结垢不易清洗，占地面积大，成本高。
201120015399.2公开了一种顺流板式蒸发空冷凝汽器，其特点是使用了高效、紧凑的板式换热器，板片与喷淋水的接触面积大易于形成薄且均匀的水膜，蒸发效果好从而提高了换热效率。但是结构不紧凑,横向占地面积大；且仅依靠板束上侧喷嘴工作，不易灵活适应机组变工况运行；当冷凝量变大时增加进风量时上侧喷淋而未蒸发的水不易流下。
201110378866.2公开了一种换热板束倾斜布置的板式蒸发空冷凝汽器，虽也采用了板式蒸发换热器，但其也有上述专利的缺点，而且风机处于换热板束中间位置，结构不紧凑，占地面积大。
发明内容
针对目前蒸发空冷凝汽器存在的的结构不紧凑、占地面积大、换热效率低、工况适应性差的问题，提出了一种板式蒸发空冷凝汽器，其从上到下依次包括：出风筒5、风机4、挡水板8、框架18、蒸汽分配管9、喷淋装置1、蒸汽进口10、水环真空泵7、两个换热板束2、两个冷凝水出口11、支柱17、调节阀一15、调节阀二16、补水口13、循环水泵6、储水池12、箱体3、排污口14；
其中，出风筒5位于框架18上方，其直径略小于框架的宽度，风机4位于出风筒内5，为避免热空气回流及在箱体3内形成均匀的空气流场；挡水板8设置于风机4下方，挡下湿空气中含有的水滴，达到节约用水；蒸汽分配管9水平放置于框架18内中心，并和两侧的换热板束2相连；换热板束2的上下两面平行设置喷淋装置1；喷淋装置1通过循环水泵6和底部箱体3内储水池12相连；储水池12配置补水口13及排污口14。
所述两个换热板束2成倒V型且夹角在140°～160°范围内，便于凝结水排放，减少热阻，强化传热，同时便于布置逆流区，排出不凝结气体，两个换热板束2中间设有蒸汽分配管9、蒸汽进口10，两侧设有冷凝水出口11，蒸汽分配管9通过蒸汽进口10和换热板束2高端相连，换热板束2低端和冷凝水出口11相连。
所述喷淋装置1平行设于换热板束2的上下方，且上疏下密，循环水泵6的上端与喷淋装置1连接，下端伸至箱体3底部的储水池12中，调节阀一15控制下喷嘴工作，调节阀二16控制上喷嘴工作。
所述框架18将其内部的蒸汽分配管9、喷淋装置1、蒸汽进口10、水环真空泵7、换热板束2、冷凝水出口11罩住并固定，并通过支柱17与箱体3固定；支柱17将框架18支撑固定住，并使得框架18和箱体之间存有足够空间作为进风口，供空气进来。
储水池12配置补水口13及排污口14，喷淋水不断蒸发，水的含盐浓度不断增加，所以需要定时的补充冷却水以维持水量，降低喷淋水的含盐浓度，延缓换热器的结垢现象。
所述换热板束2表面分布了规则的激光焊点，能实现在雷诺数低条件下就能产生湍流形态，获取更大的放热系数；又因流道为曲面状产生了扰动，使热传热速度更快；其次，喷淋水直接喷淋在曲线状的板片表面，接触面积大，水膜形成薄且均匀，蒸发效果好，在引风的作用下，能及时将水蒸汽排入到大气中，提高总的传热系数。
所述凝汽器能通过将多个凝汽器的蒸汽分配管9相连而组装到一起使用，有串联和并联两种方式，串联组成的一列由顺流区和逆流区组成，逆流区置于中间，顺流区和逆流区的比例以及每一个区的换热板束2数量根据冷凝负荷灵活确定。
本发明的工作方式是：汽轮机乏汽经蒸汽分配管9进入换热板束2的顺流区，换热板束2通过喷淋水膜的蒸发实现换热，未凝结的剩余蒸汽通过冷凝水出口11上部空间进入逆流式板束继续凝结，逆流式板束顶部接水环真空泵7，两侧空气由进风口经换热板束2由风机4抽出，经出风筒5排向大气；喷淋水经换热板束2落入储水池11，由循环水泵6送至喷淋装置1，春秋季节时关闭调节阀一15，打开调节阀二16，使喷淋装置1的上喷嘴工作；冬季时将调节阀一15、调节阀二16均关闭，采用空冷形式，实现进一步节水；酷热的夏天关闭调节阀二16，打开调节阀一15，使喷淋装置1的下喷嘴工作，并加大喷水量，空气与水呈逆流方式，有利于提高喷淋水的停留时间和换热板片表面均匀水膜的形成，改善换热效果；在换热板束2的表面形成水膜与乏汽进行热交换，如此循环往复；湿空气中含有的水滴通过风机4下面的挡水板8回收落入储水池12；储水池12由补水口13补水，由排污口14排污，防止循环冷却水因离子浓度过大腐蚀换热板束2和喷淋装置1；运行过程中，水膜蒸发为非饱和蒸发，换热板束2表面为薄层水膜所覆盖，水膜外流动着空气，包括了多相传质换热、对流换热和冷凝换热三部分；其整个传热过程为：管内工质将热量通过换热板束2传给水膜，水膜通过显热和潜热传给空气，空气又将热量排出。
本实施例的优点在于：用新型高效、结构紧凑的换热板束不仅占地面积少也提高了设备的总效率，上吸风式结构保持了一定的负压，强化了空气的流动，加速了板束外表面水膜的蒸发，板片状的传热面，水膜均匀且薄，热阻小，更有利于水膜的蒸发，有利于强化传热，风机与换热板束上下布置，结构更加紧凑，占地面积明显降低，板束上下侧疏密程度不同的喷淋装置更加灵活适应机组变工况运行且节约了循环冷却水，换热板束除依靠水膜与空气流间的显热传递外，板束外表面水膜的迅速蒸发吸收了大量的热量，强化了板束外传热，提高了效率。
附图说明
图1为板式蒸发空冷凝汽器的结构示意图；
图2为单个板式蒸发空冷凝汽器顺流区的半剖俯视图；
图3为由多个板式蒸发空冷凝汽器组成整个冷凝组的侧视图；
图4为板式蒸发空冷凝汽器的水膜形成示意图；
图中：1-喷淋装置、2-换热板束、3-箱体、4-风机、5-出风筒、6-循环水泵、7-水环真空泵、8-挡水板、9-蒸汽分配管、10-蒸汽进口、11-冷凝水出口、12-储水池、13-补水口、14-排污口、15-调节阀一、16-调节阀二、17-支柱、18-框架。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式做进一步描述。
本发明提出的一种板式蒸发空冷凝汽器，其从上到下依次包括：出风筒5、风机4、挡水板8、框架18、蒸汽分配管9、喷淋装置1、蒸汽进口10、水环真空泵7、换热板束2、冷凝水出口11、支柱17、调节阀一15、调节阀二16、补水口13、循环水泵6、储水池12、箱体3、排污口14；
其中，出风筒5位于框架18上方，其直径略小于框架的宽度，风机4位于出风筒内5，为避免热空气回流及在箱体3内形成均匀的空气流场；挡水板8设置于风机4下方，挡下湿空气中含有的水滴，达到节约用水；蒸汽分配管9水平放置于框架18内中心，并和两侧的换热板束2相连；换热板束2的上下两面平行设置喷淋装置1；喷淋装置1通过循环水泵6和底部箱体3内储水池12相连；储水池12配置补水口13及排污口14。
两个换热板束2成倒V型且夹角在140°～160°范围内，便于凝结水排放，减少热阻，强化传热，同时便于布置逆流区，排出不凝结气体；两个换热板束2中间设有蒸汽分配管9、蒸汽进口10，两侧设有冷凝水出口11；喷淋装置1平行设于换热板束2的上下方，且上、下疏密程度不同；箱体3底部设置储水池12，循环水泵6的上端与喷淋装置1连接，下端伸至箱体3的底部，调节阀一15控制下喷嘴，调节阀二16控制上喷嘴；
框架18将其内部的蒸汽分配管9、喷淋装置1、蒸汽进口10、水环真空泵7、换热板束2、冷凝水出口11罩住并固定，并通过支柱17与箱体3固定；支柱17将框架18支撑固定住，并使得框架18和箱体之间存有足够空间作为进风口，供空气进来；
储水池12配置补水口13及排污口14，喷淋水不断蒸发，水的含盐浓度不断增加，所以需要定时的补充冷却水以维持水量，降低喷淋水的含盐浓度，延缓换热器的结垢现象。
本发明采用的换热板束2，表面分布了规则的激光焊点，能实现在雷诺数低条件下产生湍流形态，获取更大的放热系数；又因流道为曲面状产生了扰动，使热传热速度更快；其次，喷淋水直接喷淋在曲线状的板片表面，接触面积大，水膜形成薄且均匀，蒸发效果好，在引风的作用下，能及时将水蒸汽排入到大气中，提高总的传热系数；换热板束2成倒V型布置，不仅占地面积少还利于凝结水排放，减少热阻，强化传热。
本发明可通过将多个凝汽器的蒸汽分配管9相连而组装到一起使用，可串联也可并联，但串联组成的一列由顺流区和逆流区组成，逆流区置于中间，顺流区和逆流区的比例以及每一个区的换热板束2数量根据冷凝负荷灵活确定。
本发明的工作方式是：汽轮机乏汽经蒸汽分配管9进入换热板束2的顺流区，换热板束2通过喷淋水膜的蒸发实现换热，未凝结的剩余蒸汽通过冷凝水出口11上部空间进入逆流式板束继续凝结，逆流式板束顶部接水环真空泵7，两侧空气由进风口经换热板束2由风机4抽出，经出风筒5排向大气；喷淋水经换热板束2落入储水池11，由循环水泵6送至喷淋装置1，春秋季节时可关闭调节阀一15，打开调节阀二16，使喷淋装置1的上喷嘴工作；冬季时可将调节阀一15、调节阀二16均关闭，采用空冷形式，实现进一步节水；酷热的夏天可关闭调节阀二16，打开调节阀一15，使喷淋装置1的下喷嘴工作，并加大喷水量，空气与水呈逆流方式，有利于提高喷淋水的停留时间和换热板片表面均匀水膜的形成，改善换热效果；在换热板束2的表面形成水膜与乏汽进行热交换，如此循环往复；湿空气中含有的水滴通过风机4下面的挡水板8回收落入储水池12；储水池12由补水口13补水，由排污口14排污，防止循环冷却水因离子浓度过大腐蚀换热板束2和喷淋装置1。
运行过程中，水膜蒸发为非饱和蒸发，换热板束2表面为薄层水膜所覆盖，如图4所示，水膜外流动着空气，包括了多相传质换热、对流换热和冷凝换热三部分。其整个传热过程为：管内工质将热量通过换热板束2传给水膜，水膜通过显热和潜热传给空气，空气又将热量排出。
本实施例的优点在于：用新型高效、结构紧凑的换热板束不仅占地面积少也提高了设备的总效率。上吸风式结构保持了一定的负压，强化了空气的流动，加速了板束外表面水膜的蒸发，有利于强化传热。风机与换热板束上下布置，结构更加紧凑，占地面积明显降低，而且便于模块化设计。板束上下侧疏密程度不同的喷淋装置更加灵活适应机组变工况运行。换热板束除依靠水膜与空气流间的显热传递外，板束外表面水膜的迅速蒸发吸收了大量的热量，强化了板束外传热，提高了效率。
典型300MW某直接空冷机组需使用30台直径为8.91m的轴流风机，占地面积约803m2。因直接空冷换热系数是40W/(m2·K)左右，而对于本发明装置，假设传热过程是一个稳态过程，经计算总换热系数在2000W/(m2·K)以上，是直接空冷换热能力50倍以上。由此可得冷凝单元可减少到原来的1/6，只需要5台直径为9.754m的风机即可。蒸发式凝汽器可采用一列，由四个顺流区和一个逆流区组成，逆流区置于中间，如图3所示。本装置选用的是长度为4m的波纹型板式换热器，板间距是0.04m，直径为2m的蒸汽分配管道，比例图见图1所示。板式换热器的局部剖面及水膜形成见图4所示。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种板式蒸发空冷凝汽器，其特征在于，所述凝汽器从上到下依次包括：出风筒5、风机4、挡水板8、框架18、蒸汽分配管9、喷淋装置1、蒸汽进口10、水环真空泵7、两个换热板束2、两个冷凝水出口11、支柱17、调节阀一15、调节阀二16、补水口13、循环水泵6、储水池12、箱体3、排污口14；
其中，出风筒5位于框架18上方，其直径略小于框架的宽度，风机4位于出风筒内5，为避免热空气回流及在箱体3内形成均匀的空气流场；挡水板8设置于风机4下方，挡下湿空气中含有的水滴，达到节约用水；蒸汽分配管9水平放置于框架18内中心，并和两侧的换热板束2相连；换热板束2的上下两面平行设置喷淋装置1；喷淋装置1通过循环水泵6和底部箱体3内储水池12相连；储水池12配置补水口13及排污口14。
2.根据权利要求1所述的凝汽器，其特征在于，所述两个换热板束2成倒V型且夹角在140°～160°范围内，便于凝结水排放，减少热阻，强化传热，同时便于布置逆流区，排出不凝结气体，两个换热板束2中间设有蒸汽分配管9、蒸汽进口10，两侧设有冷凝水出口11，蒸汽分配管9通过蒸汽进口10和换热板束2高端相连，换热板束2低端和冷凝水出口11相连。
3.根据权利要求1所述的凝汽器，其特征在于，所述喷淋装置1平行设于换热板束2的上下方，且上疏下密，循环水泵6的上端与喷淋装置1连接，下端伸至箱体3底部的储水池12中，调节阀一15控制下喷嘴工作，调节阀二16控制上喷嘴工作。
4.根据权利要求1所述的凝汽器，其特征在于，所述框架18将其内部的蒸汽分配管9、喷淋装置1、蒸汽进口10、水环真空泵7、换热板束2、冷凝水出口11罩住并固定，并通过支柱17与箱体3固定；支柱17将框架18支撑固定住，并使得框架18和箱体之间存有足够空间作为进风口，供空气进来。
5.根据权利要求1所述的凝汽器，其特征在于，所述储水池12配置补水口13及排污口14，喷淋水不断蒸发，水的含盐浓度不断增加，所以需要定时的补充冷却水以维持水量，降低喷淋水的含盐浓度，延缓换热器的结垢现象。
6.根据权利要求1所述的凝汽器，其特征在于，所述换热板束2表面分布了规则的激光焊点，能实现在雷诺数低条件下产生湍流形态，获取更大的放热系数；又因流道为曲面状产生了扰动，使热传热速度更快；其次，喷淋水直接喷淋在曲线状的板片表面，接触面积大，水膜形成薄且均匀，蒸发效果好，在引风的作用下，能及时将水蒸汽排入到大气中，充分利用冷却水蒸发带走的汽化潜热,提高总的传热系数。
7.根据权利要求1所述的凝汽器，其特征在于，所述凝汽器能通过将多个凝汽器的蒸汽分配管9相连而组装到一起使用，有串联和并联两种方式，串联组成的一列由顺流区和逆流区组成，逆流区置于中间，顺流区和逆流区的比例以及每一个区的换热板束2数量根据冷凝负荷灵活确定。
8.一种根据权利要求1所述的凝汽器工作方式，其特征在于，主要包括：汽轮机乏汽经蒸汽分配管9进入换热板束2的顺流区，换热板束2通过喷淋水膜的蒸发实现换热，未凝结的剩余蒸汽通过冷凝水出口11上部空间进入逆流式板束继续凝结，逆流式板束顶部接水环真空泵7，两侧空气由进风口经换热板束2由风机4抽出，经出风筒5排向大气；喷淋水经换热板束2落入储水池11，由循环水泵6送至喷淋装置1，春秋季节时关闭调节阀一15，打开调节阀二16，使喷淋装置1的上喷嘴工作；冬季时将调节阀一15、调节阀二16均关闭，采用空冷形式，实现进一步节水；夏天关闭调节阀二16，打开调节阀一15，使喷淋装置1的下喷嘴工作，并加大喷水量，空气与水呈逆流方式，有利于提高喷淋水的停留时间和换热板片表面均匀水膜的形成，改善换热效果；在换热板束2的表面形成水膜与乏汽进行热交换，如此循环往复；湿空气中含有的水滴通过风机4下面的挡水板8回收落入储水池12；储水池12由补水口13补水，由排污口14排污，防止循环冷却水因离子浓度过大腐蚀换热板束2和喷淋装置1；运行过程中，水膜蒸发为非饱和蒸发，换热板束2表面为薄层水膜所覆盖，水膜外流动着空气，包括了多相传质换热、对流换热和冷凝换热三部分；其整个传热过程为：管内工质将热量通过换热板束2传给水膜，水膜通过显热和潜热传给空气，空气又将热量排出。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20151021 Termination date: 20180606 |