CN104040277A - 冷却系统 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种冷却系统，包括通过冷却空气冷却并且沿一路径(20，30)布置的相邻冷却三角(21，31)。所述冷却系统的特征在于包括成组(22)布置的冷却三角(21，31)，组(22，32)内的所述冷却三角(21，31)以基本上相同的定向被布置，并限定基本上直的路径段，其中相邻组(22)的所述路径段(24，34)形成之字形路径(20，30)。
Description
技术领域
本发明涉及工业和发电厂过程的干式空气冷却系统及干湿式冷却系统。本发明可主要用于高容量机组(unit)的冷却，特别是在自然通风冷却塔中。
背景技术
在空气冷却系统中，通过经由表面式换热器的管束的周围空气(大气)借助对流传热来实现过程热排除。这即使在中型过程或发电厂块体(block)的情况下也需要非常大的空气冷却表面。
不是将空气冷却管束彼此相邻地设置在一个平面上，即垂直于原始空气流动方向，而是以相对于彼此成明显小于180°(例如60°)的角度来布置空气冷却管束，这是一个长期使用的用来降低空气冷却器和干式冷却塔的覆盖区(立足面积)的技术。所以，与垂直于冷却空气的原始流动方向相比，空气冷却管束(柱)的前端面以更小的角度来进行布置。因此，可以在某些限度内成功地增加空气冷却器在给定覆盖区上或围绕给定直径的前端面和表面。
尽管迄今为止已经开发出各种布置，可是在高或甚至中等容量的空气冷却器的情况下，不论冷却器是水平地还是竖直地布置，或者不论它是直接还是间接空气冷却，几乎全部应用导致上述“折叠(folded)”空气流的空气冷却布置。
作为“折叠”布置的结果，空气冷却器具有多个V或A形表面(即具有三角形横截面)，从而显著地增加在给定的覆盖区中布置的空气冷却器的前端面，即冷却塔的冷却能力。
已知的高效空气冷却布置应用于所谓的海勒系统。空气冷却器的结构单元，从其竖直于纵向的各个横截面来看，由相对于彼此成α＝40°到60°的角度布置的两个冷却柱组成，如同等腰三角形的两腰，而等腰三角形的第三边则为进入冷却空气开放(可选地布置有百叶窗)。这些所谓的冷却三角自20世纪50年代起就已经使用(例如见文献：巴洛格，A.，萨博，Z.，提高发电经济的高级海勒系统，有关先进冷却策略/技术的EPRI会议，2005年6月，萨克拉门托，加利福尼亚州)，并且这种已知布置在图1-3中示出。在图1和2中以俯视图并在图3中以三维视图例示的冷却三角11，在现有技术系统中沿具有圆形状(或者近似圆的多边形)的路径10而竖直地设置。路径10典型地沿着冷却塔的基部轮廓延伸。根据本发明，路径是指由本质上相同地形成的冷却三角的相同位置上的各个点限定的轨迹。整个空气冷却表面由冷却三角11构成。冷却空气呈现出由俯视图中箭头所示的单折叠流动路径，沿着各个冷却三角的几何形状。冷却空气的流动借助设置在该布置之上的自然通风塔或者借助布置在内侧或外侧的竖直平面内的风扇而被驱动。
对于发电站块体的冷却能力不断增加(源自于增大块体尺寸的需求)以及在给定的外界温度下达到甚至更低的凝结温度或冷却水温度的需求对于空气冷却器系统制造商们而言成为越来越大的挑战。这些挑战可以仅在某一限度内通过减小冷却三角的角度并通过增大它们各自的长度而被克服(本方案一个基本情形是例如专利文献US3,434,529中所公开那样，通过以层状阵列将分离的空气冷却器一个堆叠在另一个之上而提供)，从而避免由恶化的热工艺和结构问题引起的额外成本和效率降低。在现代化、高容量的核电站的情况下，对于单个发电厂块体而言需要多达三至四个自然通风空气冷却塔，从而使干式或干湿式冷却系统就效率而言比湿式冷却具有竞争性，顺便提及，湿式冷却具有显著更高的水消耗，即在环境上不太可取。这些冷却塔的数量，尤其是在多机组核电站场所的情况下，在放置方面可能会导致严重的问题；而且，效率也可能因塔之间的干扰而受到负面影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种节省空间的空气冷却布置(即用于待通过周围空气来冷却的介质的换热器)，其是节能且节省成本的，并且同时能够开发该新颖布置的潜力。
已经发现，通过布置目前使用的具有V或A横截面的冷却三角以形成具有直路径且以之字形方式彼此邻接的组，然后通过使这些组彼此成一定角度来进行布置，则可提供一个大的冷却三角。通过这些在下文中被称为“复合三角单元”的空气冷却区段的进一步倍增来获得整个空气冷却表面。因而，冷却空气最初的“单折叠”流动将会被调整成“双重折叠”空气流动。
该目的通过根据权利要求1的冷却系统已经实现。优选实施例在从属权利要求中被限定。
附图说明
在下面参照以下附图并通过示例的方式描述本发明的优选实施例，其中，
图1是由沿圆形路径布置的现有技术冷却三角组成的空气冷却布置的俯视图；
图2是由彼此成一定角度布置的空气冷却柱所形成的根据图1的冷却三角的局部俯视图；
图3是根据图1的冷却三角布置的细节的轴测图；
图4是根据一优选实施例的冷却系统的俯视图；
图5示出根据图4的空气冷却布置的细节；
图6是根据图4的产生双重折叠空气流动的且由冷却三角所形成的复合三角单元的轴测图；
图7是包括水平设置的冷却三角的另一优选实施例的俯视图；
图8是根据图7的布置的细节，即水平设置的冷却三角的组以及由其所组成的竖直复合三角单元的俯视图；
图9是在根据图7的布置中的组的细节的侧视图；
图10是根据图7的布置的复合三角单元的轴测图；
图11是设置在冷却三角的空气入口侧的辅助百叶窗的示意俯视图；
图12是设置在复合三角单元的空气入口侧的百叶窗的示意俯视图；
图13是设置在增补有辅助百叶窗的复合三角单元的空气入口侧的百叶窗的示意俯视图；
图14是顶端冷却器、湿模块(wet cell)和/或顶端冷却器/预热模块的可能示意性布置；
图15是根据本发明的增补有防风壁的布置的俯视图；
图16是根据本发明的增补有防风部件的布置的俯视图。
具体实施方式
实施过程热排除(或通过介质冷却或通过冷凝)的干式或干湿式冷却系统通常包括翅片管空气冷却器、分配/收集待冷却(或冷凝)的介质的管道系统，以及自然或机械通风的冷却空气移动装置。空气冷却器由被称为冷却柱的单元组成，每个冷却柱均具有其自己的入口/出口室，两个这种成角度地设置的冷却柱形成一冷却三角，其将会产生冷却空气的折叠流。
图4示出根据本发明的实现双重折叠空气流的空气冷却布置，而图5以俯视图示出其细节，其中箭头指示空气流。在根据本发明的冷却系统中，由冷却空气冷却的相邻地设置的竖直冷却三角21被布置成组22。一个组22中的冷却三角21被布置成具有基本上相同的定向，并且限定一基本上直(最多稍微倾斜)的路径段24。相邻的组22各个路径段24形成之字形路径，该之字形路径包括沿该路径的错角。在本优选实施例中，该之字形路径形成封闭的星形构造。
在图5所示的双重折叠冷却空气流中，两股折叠流均处于同一平面中，且与冷却三角21和复合三角单元23的竖直布置相一致。优选地，靠近地平面的水平分配管道把待冷却或冷凝的介质供应给各个复合三角单元23。依赖于空气冷却换热器的介质侧连接，收集管道也是水平的，并且被设置为平行于靠近地平面的分配管道或者被设置在竖直排列的冷却三角21的上端。
以图5中所见的方式，相邻的组22成对形成复合三角单元23，其从冷却空气的进入方向开放。形成复合三角单元23的组22的路径段24被布置为彼此成角度β。
图6的视图中所示的复合三角单元可以在一个平面上水平地进行倍增，或者更加优选地，在根据所描述的优选实施例的布置中，沿着圆弧、椭圆或者具有直线段的其任何组合而竖直地进行倍增，这将给出一星形俯视图。
竖直布置的复合三角单元可具有各种形式。在根据图4-6的情况下，容纳待冷却的介质的冷却三角的管竖直定向。因此，复合三角单元的分配和收集管道就不可避免地是水平的。
在另一情况下，如图7-10所呈现那样，形成复合三角单元的冷却三角被几乎水平地设置，即冷却三角中待冷却的介质的管的方向与水平方向仅相差排空所需的几度。这里，复合三角单元的待冷却的介质的分配和收集管道35是竖直的。
图7所示的之字形路径30的特征在于组32的布置，即由具有开度角δ的冷却三角31(图9)水平形成的面板的布置。冷却三角31成组32布置，组32成对形成图8中所示的竖直定向的复合三角单元33。作为复合三角单元33中的组32的特征的路径段34在俯视图中彼此包围一个角度γ。在图10中，用实现双重折叠空气流且由水平设置的冷却三角31形成的竖直复合三角单元33的轴测图来显示该布置。
在本实施例中也产生双重折叠冷却空气流，然而由于冷却三角31被水平设置，并且复合三角单元33被竖直定向，所以在彼此垂直的平面内产生两股空气折叠流。
如上形成的空气冷却布置将显著地(按20-40％)增大换热器表面，其可以建立在给定的覆盖区上并且还随之增大冷却能力的值，从而减少大机组排热所必需的冷却塔数量，以及因此减少冷却塔之间的任何可能的有害干扰的程度。此外，因为介质速度由于冷却柱数量的增加而减小，所以这种布置使待冷却的介质的流动阻力减小。这种有利的效果尤其存在于由水平冷却三角所构成的竖直复合三角单元的情况下。
通过对复合三角单元的布置加以利用，就有机会采用可降低某些设施(例如待冷却的介质的分配管道，冷却塔构造及地基，百叶窗)的成本，可降低风效应以及可改善冷却塔的防寒性之类的方案。
在冷却系统在明显低于冰点的温度运行的情况下，就可能需要有调节(或完全阻塞)冷却空气入口的百叶窗。根据本发明的布置还能够使构造特别有利地的可变百叶窗成为可能。图11示出一种本身已知的结构，其中通风窗在空气入口侧被安装到单独的冷却三角11上。除了能由根据本发明的布置利用的新可能性之外，也可以使用这些传统的通风窗；因此，这些被称为单独的通风窗40。
在根据图12的优选实施例中，适于调节冷却空气流动的百叶窗41被布置在复合三角单元23的入口侧。利用复合三角单元23的存在，只是在复合三角单元23上，而不是在每个单独的冷却三角21上设置百叶窗41，由此使待遮闭的表面以及百叶窗驱动器的数量显著地减小，从而还进一步降低相应的成本。
由于换热器表面和空气流调节百叶窗41之间的较大距离，换热器表面将在因而出现的较大空间中具有更加均衡的空气负荷，从而降低在极冷天气中任何可能的局部结霜的风险。
复合三角单元23的百叶窗叶片可以水平地或竖直地定向。对应于每个单独的复合三角单元23的百叶窗区域可以在高度或宽度方向上被划分成子区域，以避免过大的尺寸。高度方向上的划分使得能够单独操作子区域，例如在较低的高度完全封闭，而在上层区域则部分开放。这对降低在异常寒冷场所结霜的风险具有特别的意义。
还可以以图13所示的方式来形成具有百叶窗功能而且也适于减少有害的风效应的布置，其中百叶窗41以一定间距远离复合三角单元23的外端而放置，以便在百叶窗41和各个复合三角单元23的外端之间布置辅助百叶窗42。并不要求在每个复合三角单元23处设置这种能闭合且能控制的辅助百叶窗42，在每第二、第三或甚至第四复合三角单元23后设置辅助百叶窗42就足够了。替代在中间的复合三角单元23处布置辅助百叶窗42，也可设置多孔的即部分能渗透的部件。通过调整辅助百叶窗42的开放度，可进一步降低风效应。增大由复合三角单元23和相应的百叶窗41形成的空间会使空气冷却表面上的负荷更加均衡。
在较冷场所的情况下，联合地使用图11和12(或者图11和13)的通风窗和百叶窗方案就更为有利。根据图11的通风窗布置可以与设置在复合三角单元23的内顶端之中的百叶窗区域结合起来。这种布置便于在极冷场所重新开始预热空气冷却表面。
顶端冷却器、预热器或湿模块在自然通风塔中的放置为已知技术的一部分，在EP0220607A1中公开了一种这样的方案。应该强调的是，如图4至6和图7至10所示的根据本发明的提供双重折叠流的星形布置，还通常对性能改善的顶端冷却器、湿模块和/或顶端冷却器/预热器模块的放置提供一种特别有利的可能性。在这些情况下，就需要独立于主冷却器并且能由单独的入口百叶窗闭合的空气通道用于对它们提供冷却空气。
作为示例，优选地在由相邻的复合三角单元23、33限定的三角形角落空间区段(corner-space-segment)中布置模块50'。如图14所示，大一些的模块50可优选地通过适当地形成的空气通道连接到两个对应的复合三角单元23、30。
该模块布置可能主要在补充性适度湿热交换的情况下，有利于强化夏季容量。如果需要更强烈的补充性湿冷却，那么湿冷却模块就可以在覆盖更大面积的矩形或圆形布置中被设置在连续的整圆上或者塔的中间部分。还可以在干式冷却塔的外面设置补充性的纯的湿模块。
适当地形成并经过调节的百叶窗可便于减少风的负面效应。百叶窗41可以由水平地或竖直地放置的百叶窗叶片所构成。在复合三角单元23、33中所用的竖直百叶窗叶片的有利的且风效应减少的方案中，如果从外部来看，开放的百叶窗叶片从百叶窗区域的中线沿闭合方向并彼此相反地朝向复合三角单元的对向边缘线转动(右手侧的百叶窗叶片顺时针转动，而左手侧的百叶窗叶片则逆时针旋转)。在这种情况下，百叶窗包括垂直于路径定向的百叶窗叶片，百叶窗叶片沿闭合方向旋转，从而将冷却空气朝向最接近的冷却三角组进行引导。通过在风的抽吸效应的影响下沿闭合方向部分地转移百叶窗区域，可以使背对着风或者在风后面的区段的空气负荷变得更加均衡。
借助于包括冷却三角并且实现双重折叠空气流的复合三角单元，对于冷却塔周围的整体压力场和速度场而言，在特定的风速范围内都呈现有利的效果。影响冷却塔的侧向空气流动将会导致局部抽吸效应，从而降低冷却塔的能力。星形构造将引起紊流以扰动这种侧流，从而减少该抽吸效应。
为了促进和稳定冷却塔周围有利的压力分布和速度场，主要是在大风场所，优选是使用防风壁。实现双重折叠空气流的星形空气冷却布置，为包括风效应降低机构提供优选的可能性。有各种各样的方法被提供用于放置径向防风部件。作为示例，它们可以被设置在以星形构造布置的换热器的突出端，这取决于径向尺寸而未必在每个顶端处，但是沿着周界均匀地分布。图15中所示的之字形路径也形成封闭的星形构造，并且其至少在其某些顶端处具有被竖直地布置的防风壁51，防风壁51沿外径向方向突出，并优选地具有部分带穿孔的表面。防风壁51也可以是完全的板，不过，多孔、即部分地透气的穿孔壁将提供更有利的效果。当防风壁51具有从其距离冷却塔径向最远的相应部分开始朝向换热器逐渐地增加的透气性时，将给出最有效的解决方案。取决于相应的径向方向的尺寸，每隔两个或三个复合三角单元使用一个防风壁51就足够了。
根据图16，设置在径向指向的竖直平面上的防风部件52还可以被包括在复合三角单元23的中间。这里，在星形构造的一些内角落处，沿径向方向向外突出的防风部件52被设置，并优选具有部分带穿孔的表面。在这种情况下，不需要防风部件52延伸到复合三角单元23的内角落；它们可以以一定间距开始。同时，它们可以有利地延伸超过由复合三角单元23的相邻外顶端限定的线或弧几米。根据悬伸率(rate of overhang)，仅在一些复合三角单元处设置这种防风部件52可是可行的。在这种情况下，通过从外侧径向地朝向内侧逐渐地增加的透气性将再次提供最有利的方案。
借助于根据本发明的冷却系统，可形成节省空间同时性能和成本高效的干式或干/湿式冷却系统。这种布置能有效地降低风效应，并且对于性能改善的顶端冷却模块或提供结霜保护的预热模块的放置而言将提供有利的可能性。
当然本发明并不限于以上详述的优选实施例，而是进一步的更改、变化和发展都可能在由权利要求所确定的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种冷却系统，包括通过冷却空气冷却并且沿一路径布置的相邻冷却三角(21，31)，其特征在于，包括成组(22，32)布置的冷却三角(21，31)，组(22，32)内的所述冷却三角(21，31)以基本上相同的定向被布置，并限定基本上直的路径段(24，34)，其中相邻组(22，32)的所述路径段(24，34)形成之字形路径(20，30)。
2.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述之字形路径(20，30)形成封闭的星形构造，并且相邻组(22，32)成对形成从所述冷却空气的进入方向开放的复合三角单元(23，33)。
3.根据权利要求2所述的冷却系统，其特征在于，适于调节所述冷却空气的流动的百叶窗(41)被布置在所述复合三角单元(23，33)的入口侧。
4.根据权利要求3所述的冷却系统，其特征在于，所述百叶窗(41)包括垂直于所述路径延伸的百叶窗叶片，其中所述百叶窗叶片被安装成当沿闭合方向旋转时将所述冷却空气朝向最接近的组进行引导。
5.根据权利要求3所述的冷却系统，其特征在于，所述百叶窗(41)被布置成与所述复合三角单元(23，33)具有一定间距，并且辅助百叶窗(42)被布置在所述百叶窗(41)和所述复合三角单元(23，33)之间。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的冷却系统，其特征在于，单独的通风窗(40)被布置在所述冷却三角(21，31)的入口侧。
7.根据权利要求6所述的冷却系统，其特征在于，进一步包括布置在所述复合三角单元(23，33)的内角落之间的百叶窗。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的冷却系统，其特征在于，沿径向方向向外突出并且优选地具有部分穿孔表面的防风壁(51)被布置在所述星形构造的至少一些顶端附近。
9.根据权利要求2至8中任一项所述的冷却系统，其特征在于，沿径向方向向外突出并且优选地具有部分穿孔表面的防风部件(52)被布置在所述星形构造的至少一些内角落附近。
10.根据权利要求9所述的冷却系统，其特征在于，所述防风部件(52)的内端被布置成与所述内角落具有一定间距，并且所述防风部件(52)的外端延伸超过连接所述之字形路径(20，30)的相邻外部顶端的直线。
11.根据权利要求2至10中任一项所述的冷却系统，其特征在于，至少一个顶端冷却器、湿模块和/或顶端冷却器/预热器模块(50，50')被布置在封闭的所述星形构造内部。
12.根据权利要求11所述的冷却系统，其特征在于，所述至少一个顶端冷却器、湿模块和/或顶端冷却器/预热器模块(50')被布置在由两个相邻的复合三角单元(23，33)限定的三角形角落空间段内。
13.根据权利要求11所述的冷却系统，其特征在于，所述至少一个顶端冷却器、湿模块和/或顶端冷却器/预热器模块(50)借助空气通道被连接到两个相邻的复合三角单元(23，33)。
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