CN105066730A - 莲花凝汽器及赫兹干式冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种莲花凝汽器及赫兹干式冷却系统，所述莲花凝汽器包括两根配汽立管和位于两根配汽立管之间的一根凝结水回水立管；配汽立管和凝结水回水立管之间通过多个倾斜的扁平基管连接；配汽立管上部有顺流逆流分隔斜板；配汽立管下部通过弯头与配汽水平管道相连接，在配汽水平管道上设能够转动的活动接头；在配汽立管的顶端设抽气管道，抽气管道引接到莲花凝汽器底部，经弯头过度为抽气水平管道，在抽气水平管道上也设有能够转动的活动接头；凝结水回水立管下部通过弯头与凝结水回收水平管道相连接，在凝结水回收水平管上也设能够转动的活动接头。本发明赫兹干式冷却系统无ACC系统的风扇能耗和风扇噪音，也无间接空冷的循环水及其重量。

Description

莲花凝汽器及赫兹干式冷却系统

【技术领域】

本发明属于火(核)电厂乏汽干式冷却使乏汽变为凝结水的技术领域，特别涉及一种凝汽器及赫兹干式冷却系统。

【背景技术】

火力发电每发一度电能，采用干式冷却(又称空冷)比采用湿式冷却节省2.5kg的水。经典的干式冷却系统为混间、表间和直冷三种系统。由经典的三种系统又派生出其它六种冷却系统。

发达国家均已改称空冷系统为drycoolingsystem。对于电站冷却，换热器、散热器、凝汽器和湿冷、干冷系统定义如下：

干式冷却显著的节水效果必然导致系统投资的变大和运行费用的增高。已有干式冷却系统的小缺陷和适配性的不足，迫使人们更换思路，集成各种冷却系统的优点，相互借鉴。

ACC系统因系统简单、运行灵活、初投资低，换热次数少而效率高，受到青睐。但随着环保要求的提升，ACC系统噪音扰民凸显；ACC系统对大风的风向(比间冷)敏感，且风扇耗能较大。ACC系统在节能评估上遇到政策瓶颈，还有，一些发电公司的考核指标中强制列入厂用电率[有失公允，应仅考核发电能(煤)耗，较为合理，例如，考核厂用电率，迫使一些电厂的给水泵放弃电力驱动，改用蒸汽驱动]，使得ACC系统在与间冷的方案比选中遇到了前所未有的困难。因此，保留ACC的优点，消除风扇能耗及噪音和降低大风敏感性，为干式冷却的研究明确了方向。

1993年比利时HAMON-LUMMUS公司首先提出NaturalDraftCondenser的概念，即后来被广泛谈论的NDC系统，它的核心概念就是用自然抽风冷却塔替代ACC系统的风扇强制鼓风。但该研究只停留在空冷凝汽器塔内屋脊水平布置的层面上，简单的说，就是去掉ACC系统的风扇，把ACC摆到冷却塔内。该公司的设计未能进入实际应用阶段。

1994年德国GEA公司提出NaturalDraftAirCooledCondenser概念，即后来其图形被广泛复制的NDACC系统。空冷凝汽器在塔内呈屋脊状水平布置，下部增设有百叶窗，也未能进入实际应用阶段。

2014年四川省简阳空冷器制造有限公司的李开建等人在对其专利“塔式直接空冷”加装引风扇后，以陕西省神木县大柳塔电厂的3kW发电机组为载体，使用混合通风的形式进行了工业化试验。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种莲花凝汽器及赫兹干式冷却系统。本发明借鉴ACC系统简单、运行灵活、初投资低，换热次数少而效率高的优点；翅片的清洁方式采用水冲洗，既可按传统方式从侧面冲洗(空冷凝汽器花瓣闭合状态)，也可由上向下冲洗(空冷凝汽器开花方式，花瓣展开状态)；采用“半开花”状态防冻；采用“含苞待放”即花瓣闭合状态度夏；通过品字形布置凝结水管和配汽管道对凝结水进行二次再热，达到回收部分废弃热能的目的。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

莲花凝汽器，包括两根配汽立管和位于两根配汽立管之间的一根凝结水回水立管；配汽立管和凝结水回水立管之间通过多个倾斜的扁平基管连接；配汽立管上部有顺流逆流分隔斜板；配汽立管下部通过弯头与配汽水平管道相连接，在配汽水平管道上设能够转动的活动接头；在配汽立管的顶端设抽气管道，抽气管道引接到莲花凝汽器底部，经弯头过度为抽气水平管道，在抽气水平管道上也设有能够转动的活动接头；凝结水回水立管下部通过弯头与凝结水回收水平管道相连接，在凝结水回收水平管上也设能够转动的活动接头。

本发明进一步的改进在于：活动接头附近的配汽水平管道、活动接头附近的配汽水平管道以及活动接头附近的抽气水平管道共轴。

本发明进一步的改进在于：配汽水平管道与凝结水回水水平管道等径。

本发明进一步的改进在于：活动接头包括两个带凸沿的短管和至少两瓣卡箍；卡箍内设有限位槽，相邻卡箍通过连接螺栓固定连接；所有卡箍通过连接螺栓固定连接星形成一个圆环，两个带凸沿的短管的凸台卡于圆环的限位槽中；两个带凸沿的短管之间设有旋转密封件。

本发明进一步的改进在于：所述旋转密封件为一个截面为双Y型的硅胶密封圈，硅胶密封圈安装于两个带凸沿的短管的端面之间，且与两个带凸沿的短管的端面接触密封。

本发明进一步的改进在于：旋转密封件包括截面为工字形的金属密封环和两个O型硅胶密封圈；金属密封环设置于两个带凸沿的短管的端面之间，O型硅胶密封圈安装于金属密封环两侧的凹槽之中且与对应的带凸沿的短管的端面接触密封。

本发明进一步的改进在于：所述莲花凝汽器为板状。

本发明进一步的改进在于：配汽水平管道、凝结水回收水平管上安装有滚珠轴承。

赫兹干式冷却系统，包括若干莲花凝汽器、冷却塔、排汽干管、配汽竖井和若干配汽母管；若干莲花凝汽器分为设置于冷却塔外部的外圈凝汽器和设置于冷却塔内部的内圈凝汽器；排汽干管连接配汽竖井；配汽竖井的出口连接若干配汽母管的入口，配汽母管的数量与莲花凝汽器的数量相同；配汽母管的入口设有配汽阀门，配汽母管的出口等分为两根配汽平管，每根配汽平管连接对应莲花凝汽器的配汽立管；莲花凝汽器的凝结水回水立管通过活动接头连接带回水阀门的凝结水回收水平管，凝结水回收水平管架在二根配汽平管上面；凝结水回收水平管连接回水环管，回水环管连接回水总管；抽气管路通过活动接头和带抽气阀门的管路连接抽气环管。

本发明进一步的改进在于：在管沟中以品字状布置凝结水回收水平管、配汽平管，对凝结水二次再热。

相对于现有技术，本发明具有以下优点：

本发明辐射状再热干式冷却系统不采用NDC或NDACC的屋脊布置，而是将凝汽器以立板的方式布置在自然抽风冷却塔的内、外周圈，自然通风。

无百叶窗。在每年的3/4时段内，百叶窗在是有害的，增加了冷风流动的阻力，降低了传热效率，因此本干冷系统不用百叶窗，防冻的手段是逆顺流布置、开花方式运行。另外百叶窗还影响对翅片的清洗。

在管沟中以品字状布置凝结水回收管、蒸汽输送管，对凝结水二次再热。凝结水收集环管直埋于地面下，用于保持地面平整，管沟盖板有通气条孔。

本干冷系统具有利用自然通风方式冷却汽轮机排汽的新颖结构和精巧布置，形成了较大的换热面积，并能够获取到较多的冷却风量，没有老式ACC系统的能耗———风机配电动机的噪音和电耗；也没有间冷的能耗———循环水泵配电动机的噪音和电耗，更没有间冷在汽机房内所配备的凝汽器——600MW机组可节省3600万元。本干冷系统夏季可获得较低的凝汽器压力，促进满发。本干冷系统集成了间冷和直冷的以下7个优点：

1，自然通风：利用冷却塔内空气的热腾浮功能，省掉ACC的轴流风机；

2，与传统的直接空冷相比，荷载转移到地面：立板式凝汽器布置在地面上，把ACC的高空荷载(主要是管束自重)，转移到了地面，使设计、运行和维护变得简单易行。

3，与传统的间接空冷相比，没有换热工质(即循环水)的自重。在1个大气压下，蒸汽凝结为水时，体积缩小1725倍。假定本直接空冷凝汽器的内部容积与间冷散热器的内部容积相等，那么，直接空冷凝汽器内的水、汽合计重量，仅为间冷散热器内水重的万分之五点八。荷载的减少，对设计、运行都颇有好处。

4，立管自支撑：立管的支撑能力是水平管的数倍(如DN300管为2倍，随着管径的增大，倍数也增大)。充分利用管柱在受压、受扭以及各方向受弯方面的卓越性能。

5，冷却风量变大：由于立板式凝汽器的风阻变小，从而导致冷却风量变大。主要原因是翅片管板和冷风轨迹之间没有夹角，冷风通过“扁平管”后，经过整流再次经过内圈立板中的“扁平管”。

6，抗冻措施：可任意设定逆流、顺流管束的比例；冷却立板“开花”防冻：“开花”幅度越大，防冻效果越好。

7，遏制穿堂风的形成：只要冷却塔同一扇区的内、外圈凝汽器不同时“开花”，就可遏制穿堂风。

【附图说明】

图1为一字型支柱冷却塔的立视图。

图2为本发明直接空冷凝汽器外圈翅片管立板的俯视图。它示意了直接空冷凝汽器在夏季运行时的“含苞待放”状态，以谋取最大限度的热交换。翅片管立板围绕冷却塔进风口外的周圈布置。

图3也为本发明直接空冷凝汽器翅片管板的俯视图。它示意了直接空冷凝汽器在冬季运行时的“开花”平躺状态，这种平躺或半平躺的方式，可使通过凝汽器翅片管板的冷风量变少，用于防冻。

图4为本发明直接空冷凝汽器热交换的核心部件的立视图。为了绘图上的清晰，本图省略了一些应有的密封板。为应对热膨胀，该部件可以向上、向左和向右自由伸缩。

图5为本发明辐射状再热干式冷却系统A-A轴线以下管路的平面图。一个单元包括2个管板，远端(下端)的管板为前述的管板，位于冷却塔外，紧靠支柱，可以向外“开花”；内端的管板(部件14附近的管板)，上文没有叙述过，位于冷却塔内，紧靠支柱，可以向内“开花”。

图6为图5的大样图。

图7为图5、图6的组合图，构成完整的辐射状再热干式冷却系统。外环翅片管组合板直立或向外“开花”，内环翅片管组合板直立或向内“开花”。

图8为汽轮机排汽口至配汽竖井管道的剖面图。右侧上部为均分蒸汽竖井罩，使来自部件10的蒸汽能够均匀地进入每一根配汽母管中。

图9为可转动卡箍式活动接头的大样图，

图10为另一种型式的可转动卡箍式活动接头的大样图。

图11为三种冷却系统的对比图。其中，图11(a)和图11(b)为海勒(HELLER)系统的俯视图和侧视图；图11(c)和图11(d)为斯凯(SCAL)系统的俯视图和侧视图；图11(e)和图11(f)为本发明赫兹(HERTZ)系统的俯视图和侧视图。

表1附图部件说明表

【具体实施方式】

请参阅图1至图10所示，本发明一种莲花凝汽器为直接空冷凝汽器，其包括两根配汽立管4和位于两根配汽立管4之间的一根凝结水回水立管6；配汽立管4和凝结水回水立管6之间通过多个倾斜的扁平基管5连接，并构成翅片管板2；配汽立管4上部有顺流逆流分隔斜板8，形成顺流管束和逆流管束；配汽立管4下部通过等径弯头与水平管道相连接，在水平管道上设可转动的活动接头3，并设滚珠轴承20支撑整个管板。在配汽立管的顶端设抽气管道7，用于初始抽真空和运行时抽走气体和未凝汽体。抽气管道7引接到翅片管板2底部，经弯头过度为水平管道，在此水平管道上也设有可转动的活动接头3，确保冷凝管板可绕同一水平轴线灵活转动。冷空气从外侧通过凝汽器，冷却凝汽器内的蒸汽，使之变为凝结水。

一种赫兹干式冷却系统，包括若干莲花凝汽器、一字型支柱冷却塔、排汽干管9、配汽竖井10和若干配汽母管16。若干莲花凝汽器分为设置于冷却塔一字型支柱1外部且环状排布的外圈凝汽器(位于塔外，可以向外展开，呈开花状态，也可呈“含苞待放”状态)和设置于冷却塔一字型支柱1内部且环状排布的内圈凝汽器(位于塔内，可以向内展开，呈开花状态，也可呈“含苞待放”状态)内、外圈管板共同构成一个凝汽单元；多个凝汽单元环形布置后组成莲花座式直接空冷凝汽器。从汽轮机排汽口通向冷却塔的衬塑排汽干管9连接配汽竖井10；配汽竖井10的出口连接若干配汽母管16的入口，配汽母管16的数量与莲花凝汽器的数量相同；配汽母管16的入口设有配汽阀门17，配汽母管16的出口等分为两根配汽平管12，每根配汽平管12通过活动接头3连接对应莲花凝汽器的配汽立管4。莲花凝汽器的凝结水回水立管6通过活动接头3连接带回水阀门18的凝结水回收水平管13，凝结水回收水平管13架在二根配汽平管12上面，利用蒸汽管的散热量，提高凝结水的温度。凝结水回收水平管13连接回水环管15，回水环管15连接回水总管11将凝结水排出。抽气管路7通过活动接头3和带抽气阀门19的管路连接抽气环管14。与传统的人字型支柱或X型支柱相比较，采用一字型支柱的冷却塔更适合与本发明配套，一字型支柱1会导致进风口上面的塔环梁的钢筋用量变大。

内、外圈各一片翅片管板2构成一个冷却单元。内、外圈翅片管板2的高度相等，宽度不同，内圈的宽度小一些。

除了抽气管路7外，所有的管(配汽立管4、凝结水回水立管6)的底部水平部分中心线都在同一平面上，冷却单元为板状结构。可保证冷却单元沿底部同心水平轴旋转。

当翅片管板2躺平后，可以竖直向下冲洗，利用重力，可彻底清洗干净脏污。

不需要专门的凝结水箱。凝结水输送管连接埋地的凝结水收集环管，二者具备凝结水箱的功能。

本发明不设百叶窗。通过冷却管板“转动开花”来防冻，故没有百叶窗对冷风的阻力。

请参阅图9和图10所示，活动接头3包括两个带凸沿的短管3-1和至少两瓣卡箍3-2。卡箍3-2内设有限位槽，相邻卡箍3-2通过连接螺栓3-3固定连接；所有卡箍3-2通过连接螺栓3-3固定连接星形成一个圆环，两个带凸沿的短管3-1的凸台卡于圆环的限位槽中。两个带凸沿的短管3-1之间设有旋转密封件。

请参阅图9所示，旋转密封件包括截面为工字形的金属密封环3-5和两个O型硅胶密封圈3-6；金属密封环3-5设置于两个带凸沿的短管3-1的端面之间，O型硅胶密封圈3-6安装于金属密封环3-5两侧的凹槽之中且与对应的带凸沿的短管3-1的端面接触密封。

请参阅图10所示，旋转密封件为一个截面为双Y型的硅胶密封圈3-7，硅胶密封圈3-7安装于两个带凸沿的短管3-1的端面之间，且与两个带凸沿的短管3-1的端面接触密封。

配汽立管4、凝结水回水立管6、抽气管道7的水平部分断开，均通过活动接头3连接，通过活动接头能够实现断开的两部分管路之间的旋转密封。

表2叙述了用于对比的带表面式凝汽器并立柱式布置散热器的间接干式冷却系统即SCAL系统(中国专利授权公告号101063595B)所包含的内容；

表3叙述了本发明带立板式凝汽器并布置在冷却塔地面内外周圈的直接干式冷却系统即HERTZ系统所含内容。

由表2和表3可以看出：HERTZ系统内没有循环水系统，系统相对简单；没有循环水的水重量，系统变轻，不需支撑结构。

由表4可以看出:采用等尺寸的冷却塔，Herts系统实现了扁平翅片管的双排管布置。可节省投资1亿7千万元。

表2SCAL系统所含内容表

表3本发明HERTZ系统所含内容表

表4SCAL方案和本发明HERTZ方案对比表

Claims (10)

1.莲花凝汽器，其特征在于，包括两根配汽立管(4)和位于两根配汽立管(4)之间的一根凝结水回水立管(6)；配汽立管(4)和凝结水回水立管(6)之间通过多个倾斜的扁平基管(5)连接；配汽立管(4)上部有顺流逆流分隔斜板(8)；配汽立管(4)下部通过弯头与配汽水平管道相连接，在配汽水平管道上设能够转动的活动接头(3)；在配汽立管(4)的顶端设抽气管道(7)，抽气管道(7)引接到莲花凝汽器底部，经弯头过度为抽气水平管道，在抽气水平管道上也设有能够转动的活动接头(3)；凝结水回水立管(6)下部通过弯头与凝结水回收水平管道相连接，在凝结水回收水平管上也设能够转动的活动接头(3)。

2.根据权利要求1所述的莲花凝汽器，其特征在于，活动接头附近的配汽水平管道、活动接头附近的配汽水平管道以及活动接头附近的抽气水平管道共轴。

3.根据权利要求1所述的莲花凝汽器，其特征在于，配汽水平管道与凝结水回水水平管道等径。

4.根据权利要求1所述的莲花凝汽器，其特征在于，活动接头(3)包括两个带凸沿的短管(3-1)和至少两瓣卡箍(3-2)；卡箍(3-2)内设有限位槽，相邻卡箍(3-2)通过连接螺栓(3-3)固定连接；所有卡箍(3-2)通过连接螺栓(3-3)固定连接星形成一个圆环，两个带凸沿的短管(3-1)的凸台卡于圆环的限位槽中；两个带凸沿的短管(3-1)之间设有旋转密封件。

5.根据权利要求4所述的莲花凝汽器，其特征在于，所述旋转密封件为一个截面为双Y型的硅胶密封圈(3-7)，硅胶密封圈(3-7)安装于两个带凸沿的短管(3-1)的端面之间，且与两个带凸沿的短管(3-1)的端面接触密封。

6.根据权利要求4所述的莲花凝汽器，其特征在于，旋转密封件包括截面为工字形的金属密封环(3-5)和两个O型硅胶密封圈(3-6)；金属密封环(3-5)设置于两个带凸沿的短管(3-1)的端面之间，O型硅胶密封圈(3-6)安装于金属密封环(3-5)两侧的凹槽之中且与对应的带凸沿的短管(3-1)的端面接触密封。

7.根据权利要求1所述的莲花凝汽器，其特征在于，所述莲花凝汽器为板状。

8.根据权利要求1所述的莲花凝汽器，其特征在于，配汽水平管道、凝结水回收水平管上安装有滚珠轴承(20)。

9.赫兹干式冷却系统，其特征在于，包括若干权利要求1至9中任一项所述的莲花凝汽器、冷却塔、排汽干管(9)、配汽竖井(10)和若干配汽母管(16)；若干莲花凝汽器分为设置于冷却塔外部的外圈凝汽器和设置于冷却塔内部的内圈凝汽器；排汽干管(9)连接配汽竖井(10)；配汽竖井(10)的出口连接若干配汽母管(16)的入口，配汽母管(16)的数量与莲花凝汽器的数量相同；配汽母管(16)的入口设有配汽阀门(17)，配汽母管(16)的出口等分为两根配汽平管(12)，每根配汽平管(12)连接对应莲花凝汽器的配汽立管(4)；莲花凝汽器的凝结水回水立管(6)通过活动接头(3)连接带回水阀门(18)的凝结水回收水平管(13)，凝结水回收水平管(13)架在二根配汽平管(12)上面；凝结水回收水平管(13)连接回水环管(15)，回水环管(15)连接回水总管(11)；抽气管路(7)通过活动接头(3)和带抽气阀门(19)的管路连接抽气环管(14)。

10.根据权利要求9所述的赫兹干式冷却系统，其特征在于，在管沟中以品字状布置凝结水回收水平管(13)、配汽平管(12)，对凝结水二次再热。