CN105202935A - 基于上进下出叠置双流程凝汽器的混合冷凝系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于上进下出叠置双流程凝汽器的混合冷凝系统，凝汽器通过抽气管道与混合式冷凝器的输入端相连接，混合式冷凝器的输出端通过冷凝器回流管道与凝汽器相连接，混合式冷凝器的输出端还通过真空泵与冷凝器排气管道相连接。循环水入口高于循环水出口。第一流程管束区位于第二流程管束区上方。本发明采用第一流程管束在第二流程管束之上的单背压上进下出叠置双流程凝汽器及其混合冷凝系统，汽机排汽的主流流程短，流动阻力小，排汽动压更能转化为静压，强化换热效果，更重要的是汽机排汽流向下部管束的通道宽度可以缩小，可增加管束布局密度，重新优化管束布置，降低凝汽器管束区的高度或宽度，并降低汽机排汽压力。
Description
技术领域
本发明涉及火电机组循环冷却水设备，具体地说它是一种基于上进下出叠置双流程凝汽器的混合冷凝系统。
背景技术
目前，常规设计的双流程表面式凝汽器的循环水流程为下进上出式时，循环水流入进水室，流过第一流程的管束吸收汽机排汽凝结放热，之后流入后水室，再流过第二流程的管束继续吸收汽机排汽凝结放热，最后流入排水室、排出凝汽器。
众所周知，凝汽器的循环水温度越低的区域，换热量越大，凝结蒸汽的份额也越大。因此，双流程表面式凝汽器，第一流程凝汽量大，第二流程凝汽量小。常规设计的双流程表面式凝汽器的第一流程管束布置在第二流程管束下面，大部分汽机排汽要穿过第二流程区，排汽主流流程长，增加排汽流动阻力(凝汽器的汽阻设计值一般为0.4kPa。汽机排汽量一定时，凝汽器汽侧压力越低，排汽容积流量越大，乏汽流速越高，排汽流阻也越大。就5.4kPa汽机排汽而言，对应的饱和水温度为34.20℃，当凝汽器的平均汽阻按0.2kPa考虑时，相应的凝汽器汽压与饱和温度为5.2kPa与33.54℃，汽侧温度降低0.66℃；当凝汽器的汽阻为0.4kPa时，相应的凝汽器汽压与饱和温度为5.0kPa与32.88℃，汽侧温度降低1.32℃。可见，凝汽器的汽阻对凝汽器的换热影响比较大)，并降低第一流程区的汽压，不利于汽机排汽动压转化为静压，降低第一流程区的换热效果，将提高汽机排汽压力，降低机组的热经济性。
如果凝汽器的第一流程与第二流程互换，第一流程管束布置在第二流程管束上面，即变成单背压上进下出叠置双流程表面式凝汽器，可减少流向凝汽器下部的汽机排汽量，便于优化管束布置，降低排汽流阻，强化换热效果，降低汽机排汽压力，还可降低凝汽器管束区的高度或宽度。汽机排汽流到下部管束(第二流程)区的份额大约是1/3。这样，汽机排汽主流流程短，流动阻力小，排汽动压能较好地转化为静压，将强化换热效果。更重要的一点是，可以缩小汽机排汽流至下部管束区的通道宽度，增加管束布局密度(提高管板的管束开孔总面积的占有率)，重新优化管束布置，降低凝汽器的管束区的高度或宽度，并降低汽机排汽压力；如果凝汽器的管束区的高度或宽度维持不变，管子布置间距可以加大，能进一步降低汽机排汽在管束区的流动阻力，降低汽机排汽压力。
另外。常规设计的该冷凝系统，直接通过真空泵将凝汽器中未凝蒸汽和漏入的空气抽出，这样，进入真空泵的汽气混合物中含汽量大，温度高，容易引起真空泵的汽蚀，影响运行效果以及使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于克服冷凝系统换热效率较低而提供的基于上进下出叠置双流程凝汽器的混合冷凝系统。
本发明是如下技术方案实现的：
基于上进下出叠置双流程凝汽器的混合冷凝系统，包括凝汽器，所述凝汽器包括凝汽器换热区，所述凝汽器换热区上端设置有凝汽器喉部，所述凝汽器喉部上端设置有低压缸；所述凝汽器换热区一侧设置有后水室，所述凝汽器换热区另一侧设置有循环冷却水进水管及循环冷却水出口，所述凝汽器换热区内设置有第一流程管束区及第二流程管束区；所述循环冷却水入口依次通过所述第一流程管束区、所述后水室、所述第二流程管束区与所述循环冷却水出口相连接；
所述凝汽器还通过抽气管道与混合式冷凝器的输入端相连接，所述混合式冷凝器的输出端通过冷凝水回流管道与所述凝汽器相连接，所述混合式冷凝器的输出端还通过真空泵与冷凝器排气管道相连接。
进一步地，所述循环水入口高于所述循环水出口。
又进一步地，所述第一流程管束区位于所述第二流程管束区上方。
还进一步地，所述第一流程管束区的蒸汽通道大于所述第二流程管束区的蒸汽通道。
再进一步地，所述混合式冷凝器的输入端还与化学补充水管道相连接。
本发明采用第一流程管束在第二流程管束之上的单背压上进下出叠置双流程凝汽器及其混合冷凝系统，与第一流程管束在第二流程管束之下的双流程表面式抽汽(气)凝汽器相比，汽机排汽的主流流程短，流动阻力小，排汽动压更能转化为静压，强化换热效果，更重要的是汽机排汽流向下部管束的通道宽度可以缩小，可增加管束布局密度，可重新优化管束布置，降低凝汽器管束区的高度或宽度，并降低汽机排汽压力；如果凝汽器的管束区的高度或宽度维持不变，管子布置间距可以加大，能进一步降低汽机排汽在管束区的流动阻力，降低汽机排汽压力。因此，能提高机组的热经济性。
同时，建议大容量单背压凝汽式汽轮机所用的尖峰式单背压凝汽器的管束也采用上进下出双流程叠式布置。
本发明中的凝汽器及其抽汽(气)混合冷凝系统设计可以方便地用于在役机组的循环水第一流程管束在第二流程管束之下的双流程表面式凝汽器的两个流程互换改造。而本混合冷凝系统也适用于循环水第一流程管束在第二流程管束之下的双流程表面式凝汽器及双背压表面式凝汽器。
附图说明
图1为采用传统凝汽器的结构与系统示意图。
图2为上进下出双流程表面式叠置凝汽器正视图。
图3为上进下出双流程表面式叠置凝汽器分区结构示意图。
图4为上进下出双流程表面式叠置凝汽器分区凝汽量一览图。
图5为基于上进下出叠置双流程凝汽器的混合冷凝系统示意图。
图中：第一流程管束区1；(第一流程第一分区11；第一流程第二分区12；第一流程第三分区13；第一流程第四分区14；第一流程第五分区15；第一流程第六分区16；第一流程第七分区17；第一流程第八分区18；第一流程第九分区19；第一流程第十分区110；)
第二流程管束区2；(第二流程第一分区21；第二流程第二分区22；第二流程第三分区23；第二流程第四分区24；第二流程第五分区25；第二流程第六分区26；第二流程第七分区27；第二流程第八分区28；第二流程第九分区29；第二流程第十分区210；)；
凝汽器换热区A；循环冷却水进水管3；循环冷却水出口4；后水室5；凝汽器喉部6；低压缸7；真空泵8；抽汽(气)管道9；化学补充水管道10；混合式冷凝器11；凝结水回流管道12；冷凝器排气管道13。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步地详细描述，但该实施例不应该理解为对本发明的限制，仅作举例而已，同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。
如附图所示，基于上进下出叠置双流程凝汽器的混合冷凝系统，包括凝汽器A，凝汽器A包括凝汽器换热区14，凝汽器换热区14上端设置有凝汽器喉部6，凝汽器喉部6上端设置有低压缸7；凝汽器换热区14一侧设置有后水室5，凝汽器换热区14另一侧设置有循环冷却水进水管3及循环冷却水出口4，凝汽器换热区14内设置有第一流程管束区1及第二流程管束区2；循环冷却水入口3依次通过第一流程管束区1、后水室5、第二流程管束区2与循环冷却水出口4相连接，其特征在于：
凝汽器A还通过抽汽(气)管道9与混合式冷凝器11的输入端相连接，混合式冷凝器11的输出端通过凝结水回流管道12与凝汽器A相连接，混合式冷凝器11的输出端还通过真空泵8与冷凝器排气管道13相连接。
从凝汽器A内抽出的汽气混合物先在外置的混合式冷凝器11内与温度低的化学补充水混合凝结，剩余汽气混合物中蒸汽量大量减小且温度大幅降低，容积流量小，便于真空泵8抽吸后排出。此状态下真空泵8工作效率更高，且不会发生汽蚀。在外置的混合式冷凝器11内，绝大部分的汽气混合物会被凝结成水，这部分凝结水会被回注入凝汽器A，回收了绝大部分的高品质工质。
循环水入口3高于循环水出口4。
优选地，第一流程管束区1位于第二流程管束区2上方。即本系统中的凝汽器A优选采用上进下出叠置双流程凝汽器。
优选地，第一流程管束区1的蒸汽通道大于第二流程管束区2的蒸汽通道。
优选地，混合式冷凝器11的输入端还与化学补充水管道10相连接。化学补充水的温度比汽机排汽温度低得多，含不凝结气体较多的汽机排汽更容易在混合式冷凝器11内凝结且凝汽量更多，抽出凝汽器的汽气混合物更多，凝汽器空气冷却区的蒸汽含气量更低，传热系数更大，换热效果更好，能进一步减小汽机排汽压力，提高机组的热机经济性。
通常将第一流程管束1、第二流程管束2各分成若干个分区，在此图示为10个分区，共20个分区进行凝汽量的研究，其中最左第一分区，最右为第十分区。
其中为了研究便利，将凝汽量最小的第二流程第一分区21的凝汽量作为标准值，定义为1；其余分区的凝汽量均以第二流程第一分区21的凝汽量的权值的形式表示。本上进下出双流程表面式叠置凝汽器和传统的管束同层布置的双流程表面式凝汽器的20个分区的凝汽量均符合下表。
20个分区凝汽量比例对比表
| 分区 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 110 |
| 第一流程 | 4.034 | 3.743 | 3.478 | 3.232 | 3.004 | 2.791 | 2.594 | 2.411 | 2.24 | 2.082 |
| 分区 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 210 |
| 第二流程 | 1 | 1.076 | 1.158 | 1.246 | 1.341 | 1.443 | 1.553 | 1.671 | 1.798 | 1.935 |
传统的管束同层布置的双流程表面式凝汽器，两个流程的管束处于同一水平面，20个分区即为20个蒸汽通道，蒸汽在这20个蒸汽通道中进行冷却凝结。其中第一流程第一分区11的凝汽量为4.034,达到了与之相邻的第二流程第一分区21凝汽量的4倍以上。相邻的分区之间，凝汽量差距过大，将产生强大的蒸汽横向流动力，严重影响整个凝汽器的换热效率。
而上进下出双流程表面式叠置凝汽器，将第一流程管束1置于第二流程管束2正上方。20个分区形成10个蒸汽通道，其中第一流程第一分区11、第二流程第一分区21形成一条蒸汽通道。对于上进下出双流程表面式叠置凝汽器，蒸汽横向流动力即为研究这10个通道间凝汽量的差异。
将每一分区第一流程和第二流程的凝汽量相加，得到每一分区的凝汽量合计值即为上进下出双流程表面式叠置凝汽器10个蒸汽通道的凝汽量，并取合计值最小的第十分区作为基础值1，得到合计对比，得到下表：
由此可见，对于上进下出双流程表面式叠置凝汽器，相邻两个蒸汽通道之间凝汽量最大差值仅为4.4％，而十个分区最大和最小的差值仅为25.3％，远远小于传统的同层布置双流程表面式凝汽器。因此采用上进下出双流程表面式叠置的设计，创造性地解决了蒸汽横向流动力过大的问题，极大提高了凝汽器的工作效率。
以上未作详细说明均为现有技术。
Claims (5)
1.基于上进下出叠置双流程凝汽器的混合冷凝系统，包括凝汽器(A)，所述凝汽器(A)包括凝汽器换热区(14)，所述凝汽器换热区(14)上端设置有凝汽器喉部(6)，所述凝汽器喉部(6)上端设置有低压缸(7)；所述凝汽器换热区(14)一侧设置有后水室(5)，所述凝汽器换热区(14)另一侧设置有循环冷却水进水管(3)及循环冷却水出口(4)，所述凝汽器换热区(14)内设置有第一流程管束区(1)及第二流程管束区(2)；所述循环冷却水入口(3)依次通过所述第一流程管束区(1)、所述后水室(5)、所述第二流程管束区(2)与所述循环冷却水出口(4)相连接，其特征在于：
所述凝汽器(A)还通过抽汽(气)管道(9)与混合式冷凝器(11)的输入端相连接，所述混合式冷凝器(11)的输出端通过凝结水回流管道(12)与所述凝汽器(A)相连接，所述混合式冷凝器(11)的输出端还通过真空泵(8)与冷凝器排气管道(13)相连接。
2.根据权利要求1所述的基于上进下出叠置双流程凝汽器的混合冷凝系统，其特征在于：所述循环水入口(3)高于所述循环水出口(4)。
3.根据权利要求2所述的基于上进下出叠置双流程凝汽器的混合冷凝系统，其特征在于：所述第一流程管束区(1)位于所述第二流程管束区(2)上方。
4.根据权利要求3所述的基于上进下出叠置双流程凝汽器的混合冷凝系统，其特征在于：所述第一流程管束区(1)的蒸汽通道大于所述第二流程管束区(2)的蒸汽通道。
5.根据权利要求1-4任一所述的基于上进下出叠置双流程凝汽器的混合冷凝系统，其特征在于：所述混合式冷凝器(11)的输入端还与化学补充水管道(10)相连接。
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