CN104329955B - 空气冷凝器系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种空气冷凝器系统，包括支撑台；安装在所述支撑台上的多个冷凝单元；安装在多个冷凝单元周围的主挡板；以及至少一个辅助挡板，安装在所述主挡板的外侧并远离所述主挡板延伸，所述辅助挡板与主挡板协作以阻挡从多个所述冷凝单元排出的热空气回流到冷凝单元。由于在主挡板的外侧安装了远离主挡板延伸的辅助挡板，可以阻止从主挡板上部释放的热空气回流到各冷凝单元中，从而提高了空气冷凝器系统的冷却效率。

Description

空气冷凝器系统

技术领域

本发明的实施例涉及一种空气冷凝器系统，特别是，涉及一种例如应用于直接空冷火电厂、采用直接空冷技术的核电厂等用于冷却热蒸汽或其他热工质的系统中的空气冷凝器系统。

背景技术

在例如直接空冷火电厂、采用直接空冷技术的核电厂等工厂的汽轮机在作业过程中将产生具有大量热能的乏汽，乏汽以水蒸气的状态存在。例如，直接空冷电厂锅炉燃煤产生蒸汽推动汽轮机发电，假设燃煤产生的100MW(兆瓦)的热量提供给水蒸气，水蒸气推动汽轮机发电消耗40MW的热量，而剩余的60MW热量需要进行冷却。直接空冷电厂需要通过直接空冷平台上的空气冷凝器系统对剩余的热量进行冷却，并将热量释放到大气环境中。尽管不可能将所有剩余的热量都通过直接空冷系统进行冷却，但要求空冷平台上散热量越高越好，比如散出去30MW就比20MW效果更好。

传统上采用直接空冷技术冷却汽轮机的乏汽。然而在采用直接空冷技术的过程中，由于依赖于空气进行换热，进入换热器的风流环境对换热效果十分重要。直接空冷火电厂汽轮机背压较高，在夏季高温大风叠加的情况下需要电厂降低负荷，防止电厂跳闸。如果可以有效地加强换热效率，降低汽轮机背压，则可以大幅提高电厂的经济性，降低煤耗量，更加环保，同时可以降低跳闸风险。

已研发了一些降低汽轮机背压的方法，例如，从加强直接空气冷凝器系统换热效率考虑，提出了提高风机进风量和减少热回流两种方法。图1是传统的采用直接空冷技术的空气冷凝器系统的立体示意图，图2是图1的局部透视图，图3是一个冷凝单元的立体示意图。如图1-3所示，该冷却冷凝器系统200包括：距离地面具有预定高度的支撑台201；安装在支撑台201上的多个冷凝单元202；以及安装在多个冷凝单元202周围的挡板203。每个冷凝单元202包括：用于接收乏汽的热气管道204；用于支撑所述热气管道204并与所述热气管道204连通的冷却管205；安装在冷却管上的多个散热件206；以及安装在支撑台上的风机207。多个热气管道204都与一个总乏汽管连接。从例如汽轮机传输到热气管道204的乏汽进一步流动到散热件206，在风机207的吹动下散热件206中呈水蒸气状态的乏汽由于温度降低而变成水。从散热件206排出的空气温度升高并由于挡板203的阻挡而从支撑台201的上部散开。散热件206中产生的水集中到集水管208中并从排放口209排出。

如图4所示，在上述空气冷凝器系统工作过程中，尽管设置了挡板203，但从支撑台201的上部散开的热空气仍然有可能越过挡板203而进入冷凝单元202。也就是说，挡板203并不能完全阻挡热空气回流到风机207的进口，而从风机207回流到冷凝单元202的热空气降低了各冷凝单元的冷却效率。另外，由于空气流动的特性使得位于最外侧的风机接收的空气量较低，导致位于最外侧的冷凝单元的冷却效率相对于其它冷凝单元的冷却效率较低。

发明内容

为克服现有技术中的上述或者其它方面的缺陷，本发明提出一种空气冷凝器系统，能够提高冷却效率。

根据本发明的一个方面的实施例，提供一种空气冷凝器系统，包括支撑台；安装在所述支撑台上的多个冷凝单元；安装在多个冷凝单元周围的主挡板；以及至少一个辅助挡板，安装在所述主挡板的外侧并远离所述主挡板延伸，所述辅助挡板与主挡板协作以阻挡从多个所述冷凝单元排出的热空气回流到冷凝单元。

在根据本发明一种实施例的空气冷凝器系统中，所述主挡板包括两个横向挡板和两个纵向挡板，所述辅助挡板安装在所述横向挡板和纵向挡板中的至少一个的外侧。

在根据本发明一种实施例的空气冷凝器系统中，所述辅助挡板安装在所述横向挡板和纵向挡板中的至少一个的下端。

在根据本发明一种实施例的空气冷凝器系统中，所述辅助挡板从所述横向挡板和纵向挡板中的至少一个的下端向外并向下倾斜地延伸。

在根据本发明一种实施例的空气冷凝器系统中，所述辅助挡板的自由端附近向上弯曲并形成向下凹陷的凹部。

在根据本发明一种实施例的空气冷凝器系统中，所述凹部具有大致的弧形结构。

在根据本发明一种实施例的空气冷凝器系统中，所述凹部具有大致的倒钩结构。

在根据本发明一种实施例的空气冷凝器系统中，所述凹部具有大致的折线结构。

在根据本发明一种实施例的空气冷凝器系统中，所述辅助挡板包括连接至所述支撑台的支撑架、以及连接至所述主挡板并设置在所述支撑架上的支撑层。

在根据本发明一种实施例的空气冷凝器系统中，所述辅助挡板还包括覆盖在所述支撑层上的隔热层。

在根据本发明一种实施例的空气冷凝器系统中，每个冷凝单元包括：用于接收乏汽的热气管道；与所述热气管道连通的冷却管；安装在冷却管上的多个散热件；以及安装在支撑台上的风机。

在根据本发明一种实施例的空气冷凝器系统中，所述辅助挡板的自由端的最低部位的高度低于所述风机进风口的高度。

根据本发明的上述各种实施例的空气冷凝器系统，由于在主挡板的外侧安装了远离主挡板延伸的辅助挡板，可以阻止从主挡板上部释放的热空气回流到各冷凝单元中，从而提高了空气冷凝器系统的冷却效率。

附图说明

为了使本发明的目的、特征及优点能更加明显易懂，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，其中：

图1是传统的采用直接空冷技术的空气冷凝器系统的立体示意图；

图2是图1的局部透视图；

图3是图2所示的一个冷凝单元的立体示意图；

图4是示出的冷凝单元工作时空气流动路径的原理示意图；

图5是根据本发明的一种示例性实施例的空气冷凝器系统应用在电厂情况下的平面俯视示意图；

图6是根据本发明的一种示例性实施例的空气冷凝器系统的立体示意图；

图7是根据本发明的第二种示例性实施例的空气冷凝器系统的立体示意图；

图8是图7所述的空气冷凝器系统的截面示意图，图中仅示出了一个冷凝单元；

图9是示出的冷凝单元工作时空气流动路径的原理示意图；以及

图10是根据本发明的第三种示例性实施例的空气冷凝器系统的截面示意图。

具体实施方式

虽然将参照含有本发明的较佳实施例的附图充分描述本发明，但在此描述之前应了解本领域的普通技术人员可修改本文中所描述的发明，同时获得本发明的技术效果。因此，须了解以上的描述对本领域的普通技术人员而言为一广泛的揭示，且其内容不在于限制本发明所描述的示例性实施例。

另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。

图5是根据本发明的一种示例性实施例的空气冷凝器系统应用在电厂情况下的平面示意图；图6是根据本发明的一种示例性实施例的空气冷凝器系统的立体示意图。

参见图5和6，根据本发明的一种示例性实施例，提供一种应用于例如直接空冷火电厂、采用直接空冷技术的核电厂等电厂的汽轮机的空气冷凝器系统100，以对汽轮机排出的以水蒸气状态存在的乏汽进行冷却，并例如生成水。该空气冷凝器系统100包括：距离地面具有预定高度的支撑台1；安装在所述支撑台1上的多个冷凝单元2；安装在多个冷凝单元周围的主挡板3；以及至少一个辅助挡板4，安装在主挡板3的外侧并远离主挡板3延伸，所述辅助挡板4与主挡板3协作以阻挡从多个冷凝单元2排出的热空气回流到冷凝单元2。

在一种实施例中，如图6所示，主挡板3包括两个相对的横向挡板31和两个相对的纵向挡板32，从而围成一个大致长方体形的结构，辅助挡板4安装两个纵向挡板32中的至少一个的外侧。如图7所示，辅助挡板4安装两个横向挡板31中的至少一个的外侧。在另一种实施例中，辅助挡板4可以围绕主挡板3的整个外围设置。

参见图5、7和8，每个冷凝单元2包括：用于接收来自于电厂的高温乏汽的热气管道21；与热气管道21连通的多个冷却管22；安装在冷却管22上的多个散热件23；以及安装在支撑台1上的风机24。多个冷却管22沿横向方向布置并分成两组，两组冷却管22在支撑台1上成角度的布置。风机24安装在支撑台2上并与热气管道21相对设置，以向热气管道21和散热件23上吹送低温的冷却空气。热气管道21中的乏汽流动到冷却管22并通过散热件23和冷却空气进行热交换，结果，乏汽在冷却管22中温度降低并生成具有一定温度的水，而冷却空气在经过散热件23之后变成高温空气。经换热后的高温空气从主挡板3的上部开口排出。一般地，如图6和7所示，每个冷凝单元2大致平行于主挡板3的横向方向布置。

参见图8，在本发明的空气冷凝器系统100中，由于在主挡板3的外侧安装了远离主挡板3延伸的辅助挡板4，这样从各个冷凝单元排出的热空气在主挡板的引导下首先向上扩散，在流出主挡板之后热空气进一步向周围扩散，辅助挡板可以进一步阻止从主挡板3上部释放的热空气经风机24回流到各冷凝单元2中，使从风机24吹入冷凝单元的空气在进行热交换之前为环境中的低温空气，从而提高了空气冷凝器系统的冷却效率。

在一种示例性实施例中，辅助挡板4安装在横向挡板31和纵向挡板32中的至少一个的下端，这样辅助挡板4距离风机24较近，可以提高阻挡热空气经风机24回流到冷凝单元2的效果。可以理解，辅助挡板也可以安装在主挡板高度上的其它位置。

进一步地，辅助挡板4从横向挡板21和纵向挡板22中的至少一个的下端向外并向下倾斜地延伸。这样，不但可以进一步提高阻挡热空气经风机24回流到冷凝单元2的效果，还可以起到引导热空气流动路径的作用。详细而言，由于辅助挡板4向外并向下倾斜地延伸，沿水平方向流动的低温的冷却空气在进入风机24之前受到辅助挡板4的阻挡，这样冷却空气气流方向在进入风机24前受到辅助挡板4的引导并与风机24进风方向趋于一致，即便是位于最外侧的风机24也可以接收足够的冷却空气，从而提高了位于外侧的风机的进风量；另外，沿水平方向流动的低温的冷却空气在进入风机24之前受到辅助挡板4的阻挡，低温的冷却空气流到达风机24前降低了风速，从而增加风机24进口的压力，提高了风机的进风量。

在一种实施例中，如图8和9所示，辅助挡板4的自由端附近向上弯曲并形成向下凹陷的凹部41。凹部41具有大致的弧形结构。也就是说，辅助挡板4的自由端向上翘，起到引导热空气流向上运动的作用，将原本向下运动的气流引向上方，使得热空气的热量可由周围的冷空气吸收。进一步地，凹部具有大致的倒钩结构。辅助挡板4的自由端的最低部位的高度低于风机24进风口的高度。这样，辅助挡板4的自由端具有流线型结构，可以顺应气流的流动路径，提高阻挡热空气引导低温冷却空气流动的效果。在一种可替换的实施例中，如图10所示，形成在辅助挡板4’自由端的凹部41’具有大致的折线结构，以简化辅助挡板的制作过程。

根据本发明一种示例性实施例的空气冷凝器系统100，如图8所示，辅助挡板4包括连接至支撑台1的支撑架(未示出)、以及连接至主挡板3并设置在支撑架上的支撑层42。支撑架对支撑层42进行支撑，支撑层42具有与整个辅助挡板4大致一致的形状，例如支撑层(或者蒙皮)42下表面与飞机机翼的翼型下表面外形类似，起到在支撑层下表面引流和在上表面阻止高温空气的作用。支撑层42例如可以由塑料、金属、帆布等材料通过压制成平板拼接而成。支撑层42可以与支撑台1最低部连接，且最低部位的高度低于风机24进风口的高度。

辅助挡板4还包括覆盖在支撑层42上的隔热层43。隔热层43与支撑层42可以贴合在一起，也可以在二者之间留有一定间距，但隔热层43的外形轮廓与支撑层42的外形轮廓大致匹配。隔热层43可选取热导率较低的材质制成。支撑架安装在支撑台1的周围，并具有足够的支撑强度，以满足支撑层42和隔热层43对风载荷的支撑要求。隔热层43起到隔热作用，可以阻止位于辅助挡板4上部的高温空气对位于辅助挡板4下部的低温空气进行热传导，使得进入风机24的空气具有较低的温度。

为定量说明本发明实施例的空气冷凝器系统的效果，本发明人在研究过程中使用计算流体力学数值模拟手段，应用CFD计算软件，建立了直接空冷电厂计算模型。数值模拟比较了空气冷凝器系统包括辅助挡板和不包括辅助挡板的两种情况下空冷平台周围的风环境、冷凝器系统的换热效果。由模拟计算结果可见，本发明实施例的空气冷凝器系统产生了明显的技术效果，如下述表1至表4所示。

首先，要说明的是，在本发明中，空气冷凝器系统进风相对提升量定义为：(使用本发明实施例的空气冷凝器系统的情况下风机送风量-使用传统空气冷凝器系统的情况下风机送风量)/使用传统空气冷凝器系统的情况下风机送风量。例如，传统的空气冷凝器系统为背景技术部分描述的空气冷凝器系统。

表1：相对于主挡板的横向方向在斜前方来风情况下，本发明的空气冷凝器系统对进风量的提升效果

表2：相对于主挡板的横向方向在垂直前方来风情况下，本发明的空气冷凝器系统对进风量的提升效果

表3：相对于主挡板的横向方向在斜前方来风情况下，本发明的空气冷凝器系统对阻止热空气回流的改善效果

表4：相对于主挡板的横向方向在垂直前方来风情况下，本发明的空气冷凝器系统对阻止热空气回流的改善效果

由以上四表可见，通过安装本发明实施的空气冷凝器系统，安装在迎风侧第一排、第二排的风机进风量有明显提升，风机群的总进风量也有一定提升。对于阻止热空气回流，本发明实施的空气冷凝器系统也产生了较为显著效果。

根据本发明上述各种实施例的空气冷凝器系统，通过在设置主挡板的基础上设置辅助挡板，将进一步阻止主挡板未阻挡的一部分热空气回流到冷凝单元，减少进入风机进风口的热空气回流，降低风机进风口的温度。利用辅助挡板的引导作用，增加了通过风机的作为冷却剂的冷空气的流量，并且冷却剂的温度下降，提高了空气冷凝器系统的换热效率，从而降低了汽轮机的背压，提高电厂运行的经济性。另外，由于辅助挡板有利的位置、外形，可以起到很好的引导来流方向、降低前方风速的作用，从而提高空冷平台底部迎风侧风机效率，提高换热量

本发明的实施例的辅助挡板为固定结构，对多种空气流的风速均适用，因此不用改变主挡板的外形，适用于已有电厂的改造。辅助挡板的安装过程简单，成本较低，而且出现损坏的概率较低。利用本发明实施例的空气冷凝器系统，对于直接空冷火电厂，有较好的环保效应，降低煤耗；对于核电厂，由于可以降低直接空冷汽轮机背压的幅值，因此同样具有较好的应用前景。

本领域的技术人员可以理解，上面所描述的实施例都是示例性的，并且本领域的技术人员可以对其进行改进，各种实施例中所描述的结构在不发生结构或者原理方面的冲突的情况下可以进行自由组合，从而在解决本发明的技术问题的基础上，实现更多种空气冷凝器系统。

在详细说明本发明的较佳实施例之后，熟悉本领域的技术人员可清楚的了解，在不脱离随附权利要求的保护范围与精神下可进行各种变化与改变，且本发明亦不受限于说明书中所举示例性实施例的实施方式。应注意，措词“包括”不排除其它元件或步骤，措词“一”或“一个”不排除多个。另外，权利要求的任何元件标号不应理解为限制本发明的范围。

Claims (9)

1.一种空气冷凝器系统，其特征在于，包括：

支撑台；

安装在所述支撑台上的多个冷凝单元；

安装在多个冷凝单元周围的主挡板；以及

至少一个辅助挡板，安装在所述主挡板的外侧并远离所述主挡板延伸，所述辅助挡板与主挡板协作以阻挡从多个所述冷凝单元排出的热空气回流到冷凝单元，

所述主挡板包括两个横向挡板和两个纵向挡板，所述两个横向挡板和两个纵向挡板围成一个长方体形的结构，所述辅助挡板安装在所述横向挡板和纵向挡板中的至少一个的外侧，所述辅助挡板安装在所述横向挡板和纵向挡板中的至少一个的下端，

所述辅助挡板从所述横向挡板和纵向挡板中的至少一个的下端向外并向下倾斜地延伸，使得沿水平方向流动的低温的冷却空气在进入冷凝单元的风机之前受到辅助挡板的阻挡。

2.如权利要求1所述的空气冷凝器系统，其中，所述辅助挡板的自由端附近向上弯曲并形成向下凹陷的凹部。

3.如权利要求2所述的空气冷凝器系统，其中，所述凹部具有大致的弧形结构。

4.如权利要求2所述的空气冷凝器系统，其中，所述凹部具有大致的倒钩结构。

5.如权利要求2所述的空气冷凝器系统，其中，所述凹部具有大致的折线结构。

6.如权利要求1-5中的任一项所述空气冷凝器系统，其中，所述辅助挡板包括连接至所述支撑台的支撑架、以及连接至所述主挡板并设置在所述支撑架上的支撑层。

7.如权利要求6所述空气冷凝器系统，其中，所述辅助挡板还包括覆盖在所述支撑层上的隔热层。

8.如权利要求1-5中的任一项所述空气冷凝器系统，其中，每个冷凝单元包括：

用于接收乏汽的热气管道；

与所述热气管道连通的冷却管；

安装在冷却管上的多个散热件；以及

安装在支撑台上的风机。

9.如权利要求8所述空气冷凝器系统，其中，所述辅助挡板的自由端的最低部位的高度低于所述风机进风口的高度。