CN104864732A - 一种用于火电厂小汽轮机乏汽冷凝的蒸发式冷凝器系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于火电厂小汽轮机乏汽冷凝的蒸发式冷凝器系统，包括直接空冷机组的高压缸、中压缸、低压缸、驱动汽轮机以及凝汽器；小汽轮机的排汽口通过管道连接用于冷凝小汽轮机排汽的蒸发式冷凝器，蒸发式冷凝器的凝结水出口接凝结水母管，经升压泵回流至主机回热系统。本发明系统简单、占地面积小，尤其适用于已投产机组给水泵或引风机由电动机驱动改为小汽轮机驱动的排汽冷凝。本发明初期投资较小，环境适应性高，且传热系数较大，换热效果好；冬季低温时，可作为直接空冷凝汽器使用，水耗率为零。

Description

一种用于火电厂小汽轮机乏汽冷凝的蒸发式冷凝器系统

技术领域

本发明属于电站节能降耗领域，涉及蒸发式冷凝技术，具体涉及一种用于火电厂小汽轮机乏汽冷凝的蒸发式冷凝器系统。

背景技术

基于诸多原因，国内投产的直接空冷机组给水泵驱动形式多为电动机驱动，相当数量的湿冷机组给水泵驱动形式亦为电动机驱动。据统计，空冷机组满负荷工况下厂用电率在8.5～9.5％之间，其中电动给水泵是最大的耗电设备，占总厂用电量的35％以上，其次是引风机；而湿冷机组满负荷工况下厂用电率在7～8％之间，其中电动给水泵亦为最大的耗电设备，厂用电率为2.8～3.1％之间，其次是引风机。

近年来，发电企业旨在降低厂用电率，提高上网电量，以增加企业效益，将给水泵驱动改为由小汽轮机驱动，驱动汽源一般有汽轮机的四段抽汽供给，加以冷再蒸汽作为备用，小汽轮机驱动给水泵或引风机，其排汽由冷凝系统冷凝，凝结水由升压泵打压回流至主机回热系统。湿冷机组凝汽器冷凝能力富裕，给水泵驱动汽轮机排汽可以直接排入主机凝汽器系统，但引风机驱动汽轮机因距离主机凝汽器距离远(约30m)，因流动阻力等原因不宜将排汽引入主机凝汽器系统，需就地设置冷凝系统。空冷机组亦出现过少数将给水泵驱动汽轮机排汽直接排入主机空冷凝汽器系统，但因主机空冷凝汽器系统冷却能力差，结果出现驱动汽轮机运行背压太高，性能差的现象；此外，同湿冷机组一样，引风机驱动汽轮机排汽亦要就地设置冷凝系统。简而言之，湿冷机组的引风机驱动汽轮机，空冷机组的给水泵驱动汽轮机以及引风机驱动汽轮机，都需要单独就地设置冷凝系统，现就目前出现的冷凝系统形式及特点简要介绍如下：

1)借鉴湿冷凝汽器形式的尖峰湿冷凝汽器系统，这是驱动汽轮机排汽冷凝的基本形式。尖峰湿冷凝汽器类似于湿冷机组的表面式凝汽器，冷却管束内流经循环冷却水，管束外流经驱动汽轮机排汽，两者换热排汽冷凝，冷凝后的凝结水经升压泵打压后回流至主机回热系统，升温后的循环冷却水回流至冷却设备进行冷却。其中，循环冷却水可由电厂开式水(或主机循环冷却水，仅限于湿冷机组)供给，其冷却水的冷却系统可以是湿冷机组的现有的冷却塔(循环冷却水取自主机循环冷却水系统，仅限于湿冷机组)、新建的机力塔(空冷机组湿冷机组皆可)、新建的间接空冷塔(空冷机组湿冷机组皆可)；也可以是主机凝汽器的凝结水，来自凝结水泵之后，其作为循环冷却水进入表面式湿冷凝汽器与驱动汽轮机排汽换热，吸热后回流至主机回热系统。

循环冷却水取自开式水(或主机循环冷却水，仅限于湿冷机组)，优点是冷凝效果较好，驱动汽轮机运行背压较低，经济性较好；缺点是均需设置和湿冷机组冷端系统一样的系统，主要包括凝汽器、抽真空系统、循环冷却水系统、循环冷却水的冷却系统、凝结水系统、循环水泵、凝结水升压泵、各种阀门和管道，系统复杂，投资巨大。更重要的是已投产的发电机组，厂区空间十份有限，若要设置如此复杂的系统，对于电厂而言实为难题。

循环冷却水取自主机凝结水，优点是省去了循环冷却水冷却系统，只需设置凝汽器、抽真空系统、凝结水系统；缺点是主机凝结水自身温度高，导致驱动汽轮机排汽压力高，经济性较差。

2)借鉴空冷凝汽器的尖峰干式凝汽器系统。尖峰干式凝汽器系统类似于直接空冷凝汽器，在驱动汽轮机附近设置尖峰干式凝汽器，由轴流风机产生的强制空气流经凝汽器外部，与流经凝汽器内部的排汽对流换热，乏汽冷凝后经升压泵打压后回流至主机回热系统。同直接空冷凝汽器一样，散热面积大从而占地面积巨大，现场布置成为难题；此外，干式凝汽器散热能力差导致驱动汽轮机排汽压力高，两者综合使得该尖峰干式凝汽器系统应用存在困难。

综上所述，对于运行的发电机组而言，电动驱动改为汽动驱动的现存的汽轮机排汽冷凝技术要么存在系统复杂、占地面积大、初投资大、维护工作量大，要么存在冷凝效果差、经济性差的问题。

发明内容

本发明的目的在于解决现有发电机组占地面积大、运行成本大及系统复杂运行维护工作量大等缺陷，提供一种用于火电厂小汽轮机乏汽冷凝的蒸发式冷凝器系统，该系统可用于直接空冷机组驱动汽轮机排汽冷端系统，也可用于湿冷机组驱动汽轮机排汽冷端系统。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种用于火电厂小汽轮机乏汽冷凝的蒸发式冷凝器系统，包括发电机组的高压缸、中压缸、低压缸、驱动汽轮机以及凝汽器；驱动汽轮机的排汽口通过管道连接用于冷凝小汽轮机排汽的蒸发式冷凝器，蒸发式冷凝器的凝结水出口接凝结水母管，经升压泵回流至主机回热系统；蒸发式冷凝器的顶部连接有用于将不凝结气体抽出排入大气的真空泵。

进一步的，蒸发式冷凝器包括壳体，壳体内部分为左右两侧，其中一侧的上部设置换热器，另一侧的顶部设置轴流风机；换热器的下方设置有用于冷却未蒸发的冷却水的填料塔；壳体的底部设置有用于收集冷却水的集水盘；换热器的上方设置有喷淋水管，喷淋水管通过循环水泵与集水盘相连通，喷淋水管将冷却水喷淋至换热器上，在换热器的换热外表面形成一层均匀水膜；凝结水由换热器的底部集管流出，回流至主机回热系统。

进一步的，壳体的左右两侧之间设置有用于实现气液两相的分离并控制飘水率的除水器。

进一步的，换热器为板片式或者管束式。

进一步的，中压缸排气分为两路一路与低压缸相连，另一路通过手动阀和调节阀与小汽轮机相连；小汽轮机上连接有引风机或给水泵；低压缸上连接有发电机，低压缸的排汽口与凝汽器相连通，凝汽器下部热井中的凝结水通过凝结水泵进入主机回热系统。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明在驱动汽轮机的排汽口通过管道连接用于冷凝小汽轮机排汽的蒸发式冷凝器，蒸发式冷凝器具有占地面积小、集传统的乏汽冷凝设备(如湿冷凝汽器)和循环水冷却设备(如冷却水塔)合二为一、单元模块化程度高、水质要求低、换热系数较高、便于清洗和维护、及环境适应性强等特点，根据驱动汽轮机排汽热负荷进行蒸发式冷凝器单元有机组合。本发明系统简单、占地面积小，尤其适用于已投产机组给水泵或引风机由电动机驱动改为小汽轮机驱动的排汽冷凝。本发明初期投资较小，环境适应性高，且传热系数较大，换热效果好；冬季低温时，可作为直接空冷凝汽器使用，水耗率为零。

进一步的，本发明蒸发式冷凝器的工作介质循环冷却水经喷淋水管，均匀地喷淋在换热器的外表面，并使之形成一层很薄的均匀水膜小汽轮机排汽从上部集管进入换热管束内或板片内，在整个流程中能使流体流态均匀。排汽将热量通过换热器传递给水膜，并通过轴流风机的强劲引风下，强化了空气流动，促进换热器表面水膜的蒸发，强化了排汽的放热。凝结水从换热器底部集管流出。部分循环冷却水因吸热汽化变成水蒸气被轴流通风机引走排入大气，没有被蒸发的循环冷却水流过填料时被侧面新风再次冷却，滴落在下部的集水盘内，供水泵循环使用。

进一步的，本发明蒸发式冷凝器的左右两室中间装有除水器，工作时能有效地实现气液两相的分离并控制飘水率。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

其中，1为高压缸；2为中压缸；3为低压缸；4为发电机；5为手动阀；6为调节阀；7为驱动汽轮机；8为引风机；9为给水泵；10为蒸发式冷凝器10；11为真空泵；12为升压泵；13为凝汽器；14为热井；15为凝结水泵。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

参见图1，本发明包括直接空冷机组的高压缸1、中压缸2、低压缸3、驱动汽轮机7以及凝汽器13；驱动汽轮机7的排汽口通过管道连接用于冷凝驱动汽轮机7排汽的蒸发式冷凝器10，蒸发式冷凝器10的凝结水出口接凝结水母管，经升压泵12回流至主机回热系统。

蒸发式冷凝器10包括壳体，壳体内部分为左右两侧，壳体的左右两侧之间设置有用于实现气液两相的分离并控制飘水率的除水器。壳体一侧的上部设置管束式或板片式换热器16，另一侧的顶部设置轴流风机17。蒸发式冷凝器10的顶部连接有用于将不凝结气体抽出排入大气的真空泵11。换热器16的下方设置有用于冷却未蒸发的冷却水的填料塔19；壳体的底部设置有用于收集冷却水的集水盘20；换热器16的上方设置有喷淋水管21，喷淋水管21通过循环水泵18与集水盘20相连通，喷淋水管21将冷却水喷淋至换热器16上，在换热器16的换热器外表面形成一层均匀水膜；凝结水由换热器16的底部集管流出，回流至主机回热系统。

中压缸2排气分为两路一路与低压缸3相连，另一路通过手动阀5和调节阀6与小汽轮机7相连；小汽轮机7上连接有引风机8，引风机8与给水泵9相连；低压缸3上连接有发电机4，低压缸3的排汽口与凝汽器13相连通，凝汽器13下部热井14中的凝结水通过凝结水泵15进入主机回热系统。

本发明的原理：

在给水泵小汽轮机或引风机小汽轮机按照就近原则设置蒸发式冷凝器，将驱动汽轮机7排汽引入蒸发式冷凝器10组，进行冷凝，冷凝后的凝结水经升压泵12打压后回流至主机回热系统。

蒸发式冷凝器10具有占地面积小、集传统的乏汽冷凝设备(如湿冷凝汽器)和循环水冷却设备(如冷却水塔)合二为一、单元模块化程度高、水质要求低、换热系数较高、便于清洗和维护、及环境适应性强等特点，根据小汽轮机7排汽热负荷进行蒸发式冷凝器10单元有机组合，其工作介质循环冷却水经喷淋水管，均匀地喷淋在换热器的外表面，并使之形成一层很薄的均匀水膜。小汽轮机7排汽从上部集管进入换热管束或换热板片内，在整个流程中能使流体流态均匀。排汽将热量通过换热器传递给水膜，并通过轴流风机的强劲引风下，强化了空气流动，促进换热器表面水膜的蒸发，强化了排汽的放热。凝结水从换热器底部集管流出。部分循环冷却水因吸热汽化变成水蒸气被轴流通风机引走排入大气，没有被蒸发的循环冷却水流过填料时被侧面新风再次冷却，滴落在下部的集水盘内，供水泵循环使用。

图1是本发明的整体系统示意图。下面结合图1对本发明作进一步详细说明。

如虚线框所示，蒸发式冷凝器10组主要由换热器(管束式或板片式)、轴流风机、循环水泵、填料塔等组成。顶部右上侧的轴流风机处于负压状态工作；左下侧为空气对流腔。左上侧是换热器，其顶上部装有喷淋水分配系统，左下侧为高效填料塔，循环水泵置于进风口外侧，设备底部为循环水池。左右两室中间装有除水器，工作时能有效地实现气液两相的分离并控制飘水率。

本发明的工作过程：

小汽轮机7做功后的排汽经配汽管道导入各蒸发式冷凝器10进汽集管，在换热管束或换热板片内分布均匀；循环冷却水由循环水泵打入喷淋水管进行喷淋布液，在换热器外表面形成一层很薄的均匀水膜；轴流风机引风形成的空气自下而上与喷淋水形成逆流或者横向流，从而形成交叉流动，使得液膜与乏汽得以充分换热，不断蒸发为水蒸汽，被快速流动的空气流带走，未蒸发的冷却水流过填料时被侧面新风再次冷却，滴落在下部的集水盘内，供水泵循环使用。冷凝后凝结水汇流至凝结水母管后经升压泵12打压回流至主机回热系统，蒸发式冷凝器10聚集的不凝结气体由配置的水环真空泵11抽出排入大气；水盘内设置浮球阀，当水分不断蒸发消耗，浮球阀就自动打开，循环补充冷却水至正常水位。

此外，北方地区冬季环境温度低时，关闭循环冷却水系统，根据环境温度决定轴流风机是否启用，此时蒸发式冷凝器10起到直接空冷凝汽器的作用，换热器内小汽轮机7排汽和换热器外空气对流换热，冷凝后的凝结水经升压泵12打压后回流至主机回热系统。此时，蒸发式冷凝器10水耗率为零，但是运行需要注意防冻问题。这也是应用在小汽轮机7排汽冷凝的蒸发式冷凝器系统的另一技术优势。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于火电厂小汽轮机乏汽冷凝的蒸发式冷凝器系统，其特征在于：包括发电机组的高压缸(1)、中压缸(2)、低压缸(3)、驱动汽轮机(7)以及凝汽器(13)；驱动汽轮机(7)的排汽口通过管道连接用于冷凝小汽轮机(7)排汽的蒸发式冷凝器(10)，蒸发式冷凝器(10)的凝结水出口接凝结水母管，经升压泵(12)回流至主机回热系统；蒸发式冷凝器(10)的顶部连接有用于将不凝结气体抽出排入大气的真空泵(11)。

2.根据权利要求1所述的用于火电厂小汽轮机乏汽冷凝的蒸发式冷凝器系统，其特征在于：所述蒸发式冷凝器(10)包括壳体，壳体内部分为左右两侧，其中一侧的上部设置换热器(16)，另一侧的顶部设置轴流风机(17)；换热器(16)的下方设置有用于冷却未蒸发的冷却水的填料塔(19)；壳体的底部设置有用于收集冷却水的集水盘(20)；换热器(16)的上方设置有喷淋水管(21)，喷淋水管(21)通过循环水泵(18)与集水盘(20)相连通，喷淋水管(21)将冷却水喷淋至换热器(16)上，在换热器(16)的换热外表面形成一层均匀水膜；凝结水由换热器(16)的底部集管流出，回流至主机回热系统。

3.根据权利要求2所述的用于火电厂小汽轮机乏汽冷凝的蒸发式冷凝器系统，其特征在于：所述壳体的左右两侧之间设置有用于实现气液两相的分离并控制飘水率的除水器。

4.根据权利要求2所述的用于火电厂小汽轮机乏汽冷凝的蒸发式冷凝器系统，其特征在于：所述换热器(16)为板片式或者管束式。

5.根据权利要求1所述的用于火电厂小汽轮机乏汽冷凝的蒸发式冷凝器系统，其特征在于：所述中压缸(2)排气分为两路一路与低压缸(3)相连，另一路通过手动阀(5)和调节阀(6)与小汽轮机(7)相连；小汽轮机(7)上连接有引风机(8)或给水泵(9)；低压缸(3)上连接有发电机(4)，低压缸(3)的排汽口与凝汽器(13)相连通，凝汽器(13)下部热井(14)中的凝结水通过凝结水泵(15)进入主机回热系统。