CN104266501B - 一种具有双梯形空冷区的窄带顺流式凝汽器管束 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有双梯形空冷区的窄带顺流式凝汽器管束，该管束包括两个主凝区和设在两个窄带顺流主凝区之间的空冷区，主凝区和空冷区均由冷却水管叉排而成，主凝区外缘设有多个倾斜向上的渐缩形蒸汽引导通道，内缘设有多个倾斜向下的未凝气体汇集通道，蒸汽引导通道和未凝气体汇集通道交错布置将主凝区分隔成折转的窄形飘带，空冷区整体呈狭长型，由上梯形和下梯形组成，蒸汽沿途经引导通道均匀顺流到主凝区冷凝，剩余未凝气体经未凝气体汇集通道流入狭长型空冷区进一步冷却。与现有技术相比，本发明汽阻小、冷凝充分、出口空气浓度高，可以使抽气设备在低抽气压力下将未凝气体抽走，不致抬高凝汽器压力。
Description
技术领域
本发明涉及一种凝汽器管束，尤其是涉及一种具有双梯形空冷区的窄带顺流式凝汽器管束。
背景技术
大型电站凝汽器的作用是将汽轮机排出的乏汽冷凝成水并在汽轮机的排汽口建立与维持一定的真空值。大型电站凝汽器的换热性能对机组的能耗有较大影响，而凝汽器冷却管管束布置的合理性对凝汽器的换热性能有着重要影响。
目前，电站凝汽器管束布置的型式有多种型式，典型的有：教堂窗式管束、山形管束、向心式管束、AT型管束、垂直均衡流动式管束、将军帽式管束、辐射穗状管束、双菱形式管束、带状管束、卵形管束等。尽管这些管束曾经担负过或者现在依然担负着维持电站系统冷端的任务，但这些管束布置型式还是不同程度地存在一些不足，如有些蒸汽流经管束区的平均流程长，汽阻火，过冷度大：有些热负荷不均匀，存在局部涡流区和空气积聚区，总传热系数较低；有些管束的容积率低，需要较大的布管区域和壳体空间。这些不足的存在使得电站机组的实际运行真空度偏离设计真空度，能耗偏高。因此在当今节能至上的能源利用的大环境下，有必要研发更为合理的凝汽器管束布置型式，使电站机组节能效益明显。
分析已有的凝汽器管束布置型式发现：(1)人多数凝汽器管束都布置有让“新鲜”蒸汽从下往上流过凝结的管束；(2)大多数凝汽器主凝区的外缘缺少将“新鲜”蒸汽引入管束深处的引导通道：(3)几乎所有的凝汽器主凝区的内缘都没有将凝结后剩余的未凝气体引向汇集主通道的引导通道。上述三种情况中的第一种情况会使得原本从上往下流的“新鲜”蒸汽要经过180度的调头才能流进凝结管束，这无疑增大了蒸汽流过主凝区的汽阻，另外，从传热角度分析，从下往上流动的蒸汽不利于凝结液从冷却管表面上的掉落，也降低了传热效果。第二、第三种情况则都会加大蒸汽在管束区流动、凝结路程上的阻力，增大主凝区的汽阻。总之，上述三种布管情况都会不同程度的增大主凝区汽阻，增大过冷度，表明主凝区的布管还有一定的改进空间。
此外，已有的凝汽器管束的布置大都没有对空冷区的设计给予深入的研究，而是在设计陈述中将更多的设计思考花在了主凝区管束的布置上，只是从管束布置的完整性上给出了相应的空冷区形状。目前，常见的空冷区形状较为单一，多为单纯的矩形或梯形。但，事实上，尽管凝汽器主凝区担负着凝结蒸汽的重任，空冷区冷却空气、提高空气浓度的任务也不可小觑。这是因为如果空冷区不能够将未凝气体进一步凝结、冷却，提高抽气口空气浓度，减小最终未凝气体的体积流量的话，凝汽器下游的容积式设备——真空泵将不能把未凝结气体全部抽走，未抽走未凝气体的堆积必然会抬高凝汽器的压力。因此，空冷区的设计要从使得空冷区具备提高空气浓度，减小未凝气体容积量的功能的角度加以深入考虑。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种冷凝蒸汽充分的具有双梯形空冷区的窄带顺流式凝汽器管束。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种具有双梯形空冷区的窄带顺流式凝汽器管束，该管束包括两个窄带顺流主凝区和设在两个主凝区之间的空冷区，所述主凝区和空冷区均由冷却水管叉排而成，所述主凝区外缘设有多个倾斜向上的渐缩形蒸汽引导通道，内缘设有多个倾斜向下的未凝气体汇集通道，所述管束还包括用于阻止蒸汽直接短路至空冷区的挡汽板，所述挡汽板两端分别与主凝区底部连接。
所述主凝区中央设有未凝气体竖直汇集主通道，该未凝气体竖直汇集主通道与未凝气体汇集通道连通。
所述挡汽板与空冷区之间设有未凝气体水平汇集主通道，该未凝气体水平汇集主通道通过未凝气体竖直汇集主通道与未凝气体汇集通道连通。
所述蒸汽引导通道和未凝气体汇集通道的倾角均为60度，相邻两个蒸汽引导通道的间距为冷却水管管间间距的5～10倍，相邻两个未凝气体汇集通道的间距为冷却水管管间间距的5～10倍。
所述蒸汽引导通道由第一宽通道和第一窄通道组成，所述第一宽通道的宽度为冷却水管管间间距的2～3倍，所述第一窄通道的宽度为冷却水管管间间距的1～2倍，所述蒸汽引导通道的深度与沿其倾斜方向排管宽度之比为0.4～0.6，所述第一宽通道与第一窄通道的长度比为0.8～1.2。
所述未凝气体汇集通道为直通道或渐缩通道，所述直通道宽度为冷却水管管间间距的1～2倍，所述渐缩通道由第二宽通道和第二窄通道组成，所述第二宽通道的宽度为冷却水管管间间距的2～3倍，所述第二窄通道的宽度为冷却水管管间间距的1～2倍，所述未凝气体汇集通道深度与沿其倾斜方向排管宽度之比为0.4～0.6，所述第二宽通道与第二窄通道的长度比为0.8～1.2。
所述空冷区上方设有抽气口，所述空冷区和抽气口外侧设有中间挡汽板。
所述空冷区形状为双梯形，由上梯形和下梯形组成，所述上梯形和下梯形均为等腰梯形，面积比为0.8～1.2，所述上梯形的下底角为85度～90度，下梯形的下底角为60度。
所述空冷区中冷却水管的数目为管束总冷却水管数目的6～8％。
所述管束为冷却水单管程结构或上下对分冷却水双管程结构，所述上下对分冷却水双管程结构管束的中部设有多个Z字形分程挡汽板。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)主凝区下部没有让新鲜蒸汽从下往上流过的管束，减小了主凝区汽阻；
2)蒸汽从上至下沿途经主凝区外缘的蒸汽引导通道均匀顺流到主凝区深处，未凝气体经主凝区内缘的汇集通道汇顺流至汇集主通道，上凝区蒸气流动顺畅，汽阻小，凝结水过冷度小。
3)蒸汽在空冷区大口径流入，入口阻力小；空冷区整体狭长，保证了小流量情况下气体的流速，传热系数大，冷却效果明显，空气浓度高；与按HEI标准选配的真空泵联合运行时，能够保证未凝气体被抽气设备抽走，不致抬高凝汽器压力。
附图说明
图1为本发明实施例一的单流程平衡顺流式凝汽器中间剖面结构示意图；
图2为本发明实施例一的单流程平衡顺流式凝汽器管束示意图；
图3为本发明实施例一的单流程平衡顺流式凝汽器管束的蒸汽引导通道和未凝气体汇集通道的局部放大图；
图4为本发明实施例一的单流程平衡顺流式凝汽器管束的空冷区的局部放大图；
图5为本发明实施例一的主凝管束区和空冷管束区的冷却管排列次序图；
图6为本发明实施例二的双流程平衡顺流式凝汽器中间剖面结构示意图；
图7为本发明实施例三的单流程平衡顺流式凝汽器中间剖面结构示意图(四个管束模块)；
图8为本发明的实施例四的双流程平衡顺流式凝汽器中间剖面结构示意图(四个管束模块)；
其中：1、凝汽器壳体，2、左侧主蒸汽通道，3、中间主蒸汽通道，4、右侧主蒸汽通道，5、主凝区，6、蒸汽引导通道，7、未凝气体汇集通道，8、竖直汇集主通道，9、挡汽板，10、空冷区，11、上梯形，12、下梯形，13、未凝气体水平汇集主通道，14、中间挡汽板，15、抽气口，16、Z字形分程挡汽板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例一：
本实施例为冷却水单管程结构，如图1所示，该凝汽器的管束部分由两个相同的本发明的管束呈左右对称排列而成。左边模块管束的外围与凝汽器壳体1左侧面形成左侧主蒸汽通道2，两管束模块之间形成中间主蒸汽通道3，右边模块管束的外围与凝汽器壳体右侧面形成右侧主蒸汽通道4。主蒸汽通道宽度的设置应以蒸汽在该处的流速为70～90m/s为宜，过大的或者过小的主蒸汽通道宽度蒸汽流场的不合理，引起换热的降低或汽阻的增加。
在图1中，以左边的管束为例，将管束分为A1区、A2区、B区和C区，其中A1区和A2区蒸汽是在管束内的主凝区5，B区为汇集未凝气体的通道，C区为未凝气体在管束内的冷却区(即空冷区10)。蒸汽在主凝区5被大部分冷凝，剩余的汽气混合物由B区汇集，再在空冷区10内继续冷却和冷凝，最终剩余的未凝气体经抽空管由真空泵抽出。
如图2至图4所示，管束包括两个窄带顺流主凝区5和设在两个主凝区5之间的空冷区10，主凝区5和空冷区10均由多根冷却水管交叉排列而成，主凝区5外缘设有多个倾斜向上的渐缩形蒸汽引导通道6，内缘设有多个倾斜向下的未凝气体汇集通道7，管束还包括用于阻止蒸汽直接短路至空冷区的挡汽板9，挡汽板9两端分别与两个主凝区5底部连接，蒸汽引导通道6和未凝气体汇集通道7交错布置，将管束的连通区域分隔成如折转的窄形飘带。主凝区5中央设有未凝气体竖直汇集主通道8，该未凝气体竖直汇集主通道8与未凝气体汇集通道7连通。
挡汽板9与空冷区10之间设有未凝气体水平汇集主通道13，该未凝气体水平汇集主通道13通过该未凝气体竖直汇集主通道8与未凝气体汇集通道7连通。空冷区10由上梯形11和下梯形12两个区域组成，下梯形形似于“喇叭口”，上梯形11形似于“烟囱”，空冷区整体呈现狭长形状。空冷区10和抽气口15外侧设有中间挡汽板14，中间挡汽板14将空冷区围成一个独立的区域。管束布置使得蒸汽通过管束外缘的蒸汽引导通道6均匀顺流到主凝区10，经由主凝区5冷凝后，未冷凝气体汇集至未凝气体汇集通道7、再依次经由未凝气体竖直汇集主通道8和未凝气体水平汇集主通道13，进而从空冷区10的底部流入空冷区10。在空冷区10进一步凝结，而在空冷区10中仍然未能凝结的气体，最终经抽气口15由真空泵抽出。
蒸汽引导通道6的倾斜角度为60度，蒸汽引导通道6由第一宽通道和第一窄通道组成，第一宽通道的宽度为冷却水管管间间距的3倍，即为沿布管线抽掉3排换热管后的管间间距，第一窄通道的宽度为冷却水管管间间距的2倍，即为沿布管线抽掉2排换热管后的管间间距，蒸汽引导通道6的总深度与通道倾斜方向最大排管宽度的比为0.4～0.6，第一宽通道和第一窄通道的长度比为0.8～1.2。相邻两个蒸汽引导通道6间的间距为8排换热管。
未凝气体汇集通道7的倾斜角度为60度，未凝气体汇集通道7设有四排，每排包括有四个直通道形未凝气体汇集通道7和四个渐缩形未凝气体汇集通道7，其中四个直通道形未凝气体汇集通道7分布于主凝区上方，四个渐缩形未凝气体汇集通道7分布于下方，直通道形未凝气体汇集通道7为沿布管线抽掉2排换热管后的管间间距，渐缩形未凝气体汇集通道7由第二宽通道和第二窄通道组成，第二宽通道的宽度为沿布管线抽掉3排换热管后的管间间距，第二窄通道的宽度为沿布管线抽掉2排换热管后的管间间距，未凝气体汇集通道7的总深度与通道倾斜方向最大排管宽度的比为0.4～0.6，第二宽通道和第二窄通道的长度比为0.8～1.2。相邻两个未凝气体汇集通道7间的间距为8排换热管。
狭长的双梯形空冷区的换热面积(或管束根数)取凝汽器总换热面积(或总管束根数)的7.8％；上梯形面积S11与下梯形面积S12的面积比为S11/S12＝0.8。
空冷区上梯形夹角β为85度，下梯形夹角α为60度，下梯形底边处为约15米/秒。
如图5所示，主凝区5和空冷区10均由节距相同的呈汇三角形排列的管子排列而成，s表示管间间距。
实施例二：
本实施例与实施例一中相同之处不再叙述，仅叙述不同之处。
本实施例中管束为上下对分的冷却水双管程结构，如图6所示，管束的中部设有多个Z字形分程挡汽板16。
实施例三：
本实施例与实施例一中相同之处不再叙述，仅叙述不同之处。
如图7所示，本实施例中凝汽器的管束部分由四个如本发明的管束组成，管束均为冷却水单管程结构。
实施例四：
本实施例与实施例二中相同之处不再叙述，仅叙述不同之处。
如图8所示，本实施例中凝汽器的管束部分由四个管束为如本发明的管束组成，管束均为上下对分的冷却水双管程结构，管束的中部设有多个Z字形分程挡汽板16。
Claims (8)
1.一种具有双梯形空冷区的窄带顺流式凝汽器管束，该管束包括两个窄带顺流主凝区和设在两个主凝区之间的空冷区，所述主凝区和空冷区均由冷却水管叉排而成，其特征在于，所述主凝区外缘设有多个倾斜向上的渐缩形蒸汽引导通道，内缘设有多个倾斜向下的未凝气体汇集通道，所述管束还包括用于阻止蒸汽直接短路至空冷区的挡汽板，所述挡汽板两端分别与两个主凝区底部连接；
所述蒸汽引导通道和未凝气体汇集通道的倾角均为60度，相邻两个蒸汽引导通道的间距为冷却水管管间间距的5～10倍，相邻两个未凝气体汇集通道的间距为冷却水管管间间距的5～10倍；
所述空冷区形状为双梯形，由上梯形和下梯形组成，所述上梯形和下梯形均为等腰梯形，面积比为0.8～1.2，所述上梯形的下底角为85度～90度，下梯形的下底角为60度。
2.根据权利要求1所述的一种具有双梯形空冷区的窄带顺流式凝汽器管束，其特征在于，所述主凝区中央设有未凝气体竖直汇集主通道，该未凝气体竖直汇集主通道与未凝气体汇集通道连通。
3.根据权利要求2所述的一种具有双梯形空冷区的窄带顺流式凝汽器管束，其特征在于，所述挡汽板与空冷区之间设有未凝气体水平汇集主通道，该未凝气体水平汇集主通道通过未凝气体竖直汇集主通道与未凝气体汇集通道连通。
4.根据权利要求1所述的一种具有双梯形空冷区的窄带顺流式凝汽器管束，其特征在于，所述蒸汽引导通道由第一宽通道和第一窄通道组成，所述第一宽通道的宽度为冷却水管管间间距的2～3倍，所述第一窄通道的宽度为冷却水管管间间距的1～2倍，所述蒸汽引导通道的深度与沿其倾斜方向排管宽度之比为0.4～0.6，所述第一宽通道与第一窄通道的长度比为0.8～1.2。
5.根据权利要求1所述的一种具有双梯形空冷区的窄带顺流式凝汽器管束，其特征在于，所述未凝气体汇集通道为直通道或渐缩通道，所述直通道宽度为冷却水管管间间距的1～2倍，所述渐缩通道由第二宽通道和第二窄通道组成，所述第二宽通道的宽度为冷却水管管间间距的2～3倍，所述第二窄通道的宽度为冷却水管管间间距的1～2倍，所述未凝气体汇集通道深度与沿其倾斜方向排管宽度之比为0.4～0.6，所述第二宽通道与第二窄通道的长度比为0.8～1.2。
6.根据权利要求1所述的一种具有双梯形空冷区的窄带顺流式凝汽器管束，其特征在于，所述空冷区上方设有抽气口，所述空冷区和抽气口外侧设有中间挡汽板。
7.根据权利要求1所述的一种具有双梯形空冷区的窄带顺流式凝汽器管束，其特征在于，所述空冷区中冷却水管的数目为管束总冷却水管数目的6～8％。
8.根据权利要求1所述的一种具有双梯形空冷区的窄带顺流式凝汽器管束，其特征在于，所述管束为冷却水单管程结构或上下对分冷却水双管程结构，所述上下对分冷却水双管程结构管束的中部设有多个Z字形分程挡汽板。
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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 | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 200090 No. 2103, Pingliang Road, Shanghai, Yangpu District Patentee after: Shanghai Electric Power University Country or region after: China Patentee after: SHENZHEN XIETONG POWER TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 200090 No. 2103, Pingliang Road, Shanghai, Yangpu District Patentee before: SHANGHAI University OF ELECTRIC POWER Country or region before: China Patentee before: SHENZHEN XIETONG POWER TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20150107 Assignee: SHENZHEN XIETONG POWER TECHNOLOGY Co.,Ltd. Assignor: Shanghai Electric Power University Contract record no.: X2024310000020 Denomination of invention: A narrow-band downstream condenser tube bundle with double trapezoidal air cooling zone Granted publication date: 20170412 License type: Exclusive License Record date: 20240206 |