CN105953600A - 一种基于热管的间接空冷机组的间冷系统 - Google Patents

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Abstract

一种基于热管的间接空冷机组的间冷系统，它涉及一种间冷系统。目前湿冷机组耗水率较高，间接空冷系统需要将凝汽器冷却水从低处通过循环水升压泵引向高处，对循环水升压泵的扬程要求比较高，循环水升压泵的功耗也较大，导致厂用电率相对较高，机组热经济性下降且噪音大。本发明包括两个基本方案，方案一中凝汽器第一进口端通有机组低压缸乏汽，凝汽器第一出口端连通凝结水泵，凝汽器第二出口端与循环水泵的进口端相通，循环水泵出口端与换热水箱的进口端相通，换热水箱出口端通过管路与凝汽器的第二进口端相通，热管组件下端插设换热水箱内，热管组件上端与散热翅片组连接。方案二与方案一不同处是有调压水轮机。本发明用于火电厂的冷却工序中。

Description

一种基于热管的间接空冷机组的间冷系统
技术领域
本发明具体涉及一种基于热管的间接空冷机组的间冷系统。
背景技术
空冷技术是一种以节水为目的的火电厂冷却技术，是一种以空气取代水为冷却介质的冷却方式，它直接或间接的用空气来冷却汽轮机排除的乏汽。我国地域辽阔，水、煤炭等资源分布极不均衡，在我国华北、西北等富煤缺水地区，发电厂的空冷技术作为一种最有效的节水型火力发电技术，得到了极为广泛的应用。据统计，采用空冷技术后，火电厂可以节约用水75％～80％，600MW机组的耗水量可以降低到360m3/h左右。空冷技术的开发研究被国家发展和改革委员会列为重点科技攻关项目，国家电网公司在《活力发电厂“十一五”节水计划》明确提出，要积极研究空冷技术，在缺水地区推广应用。
截止目前，应用于发电厂的空冷系统主要有三种，即直接空冷系统、带表面式凝汽器的间接空冷系统和带混合式凝汽器的间接空冷系统。其中带表面式凝汽器的间接空冷系统简称为哈蒙系统，带混合式凝汽器的间接空冷系统简称海勒系统。直接空冷系统是汽轮机乏汽与环境空气直接进行热交换；间接空冷系统是汽轮机乏汽通过循环冷却水与环境空气进行间接热交换。直接空冷系统都采用机械式通风方式，而两种间接空冷系统主要利用自然通风方式。间接空冷系统是利用双曲线冷却塔的抽吸力作用进行自然通风,将汽轮机乏汽通过循环冷却水与环境空气进行间接热交换。凝汽器中的背压相对稳定,冷却效果较好。对于同一型式汽轮机，其夏季运行的安全性相对较高。我国间接空冷技术成熟较早，只是和湿冷系统相比煤耗较高，且存在占地面积大、初投资高等问题，因此，在国内发展较为缓慢，降低间接空冷系统的投资，是优化冷却系统方案的主要目标。
热管技术是1963年美国LosAlamos国家实验室的G.M.Grover发明的一种称为“热管”的传热元件，它充分利用了热传导原理与致冷介质的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过任何已知金属的导热能力。热管技术以前被广泛应用在宇航、军工等行业。热管是一种具有极高导热性能的传热元件，它通过在全封闭真空管内的液体的蒸发与凝结来传递热量，它利用毛细作用等流体原理，起到类似冰箱压缩机制冷的效果。具有很高的导热性、优良的等温性、热流密度可变性、热流方向酌可逆性、可远距离传热、具有恒温特性的可控热管、热二极管与热开关性能等一系列优点，并且由热管组成的换热器具有传热效率高、结构紧凑、流体阻损小等优点。由于其特 殊的传热特性，因而可控制管壁温度，避免露点腐蚀。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于热管的间接空冷机组的间冷系统，以解决目前湿冷机组耗水率较高，间接空冷系统需要将凝汽器冷却水从低处通过循环水升压泵引向高处，对循环水升压泵的扬程要求比较高，循环水升压泵的功耗也较大，导致厂用电率相对较高，机组热经济性下降且噪音大的问题。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
一种基于热管的间接空冷机组的间冷系统，它包括凝汽器、循环水泵、凝结水泵、热管组件、散热翅片组和换热水箱，所述凝汽器的第一进口端通入有机组低压缸乏汽，所述凝汽器的第一出口端连通有凝结水泵，所述凝汽器的第二出口端与循环水泵的进口端相连通，循环水泵的出口端与换热水箱的进口端相连通，换热水箱的出口端通过管路与凝汽器的第二进口端相连通，热管组件的下端插设在换热水箱内，热管组件的上端与散热翅片组相连接。
一种基于热管的间接空冷机组的间冷系统，它包括凝汽器、循环水泵、凝结水泵、热管组件、热管冷端散热翅片组、换热水箱和调压水轮机，所述凝汽器的第一进口端通入有机组低压缸乏汽，所述凝汽器的出口端连通有凝结水泵，所述凝汽器的出口端还与循环水泵的进口端相连通，循环水泵的出口端与换热水箱的进口端相连通，所述热管组件的下端插设在换热水箱内，热管组件的上端与热管冷端散热翅片组相连接，换热水箱的出口端通过调压水轮机与凝汽器的第二进口端相连通。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明通过热管组件作为间接空冷冷端传导介质，则无需将凝汽器冷却水从低处引到高处，由于热管组件具有改变热流密度的功能，而且导热性超过目前所有已知的金属，相同热量传递的情况下，利用热管能够减少传递所需要的面积，提高传热能力。
2、本发明通过凝汽器、循环水泵、凝结水泵、热管组件、热管冷端散热翅片组和换热水箱之间的配合有效降低海勒式间接空冷系统中构件的复杂程度和制造成本，提高传热能力。
3、本发明利用热管组件作为散热器传热介质的好处有两点：
1)利用热管组件作为传热介质后，由于不再需要将凝汽器冷却水通过升压送到空冷塔相应高度进行散热，将功率、噪音较大的升压泵更换为功率、噪音相对较小的循环泵，这对厂用电率下降以及环境噪音的减少有着较大的帮助，减少了设备维护的成本；
2)热管组件能够独立改变蒸发段或冷却段的加热面积，即以较小的加热面积输入热量，而以较大的冷却面积输出热量，热流密度的比例可达到1：100至1：1000，热管组件可配合容积较小的换热水箱即可实现散热效果，使得间接空冷系统冷端散热器与热端的换热面积减小，节约土地资源。
附图说明
图1为现有海勒式间接空冷系统的工作原理示意图；
图2为现有哈蒙式间接空冷系统的工作原理示意图；
图3为本发明中方案一的工作原理示意图；
图4为本发明中方案二的工作原理示意图；
图5为当方案一中设置有通风塔23时的工作原理示意图；
图6为当方案二中设置有通风塔23时的工作原理示意图；
图7为当方案一中利用原有哈蒙式空冷机组空冷塔24时的工作原理示意图；
其中，1-锅炉，2-过热器，3-汽轮机，4-凝汽器，5-凝结水泵，6-凝结水精处理装置，7-凝结水升压泵，8-低压加热器，9-除氧器，10-给水泵，11-高压加热器，12-循环水泵，13-膨胀水箱，14-福哥式散热器，15-空冷塔，16-发电机，17-调压水轮机，19-热管组件，20-热管冷端散热翅片组，21-改造散热翅片组，22-换热水箱，23-通风塔，24-原有哈蒙式空冷机组空冷塔。
具体实施方式
具体实施方式一：结合说明书附图1、图2、图3、图5和图7说明本实施方式，本实施方式包括凝汽器4、循环水泵12、凝结水泵5、热管组件19、散热翅片组和换热水箱22，所述凝汽器4的第一进口端通入有机组低压缸乏汽，所述凝汽器4的第一出口端连通有凝结水泵5，所述凝汽器4的第二出口端与循环水泵12的进口端相连通，循环水泵12的出口端与换热水箱22的进口端相连通，换热水箱22的出口端通过管路与凝汽器4的第二进口端相连通，热管组件19的下端插设在换热水箱22内，热管组件19的上端与散热翅片组相连接。
现有哈蒙式间接空冷系统包括锅炉1、过热器2、汽轮机3、凝汽器4、凝结水泵5、凝结水精处理装置6、凝结水升压泵7、低压加热器8、除氧器9、给水泵10、高压加热器11、循环水泵12、膨胀水箱13、福哥式散热器14、空冷塔15和发电机16，建造成本高且占地面积大，本发明中的方案一与现有哈蒙式间接空冷系统相比，建造成本低且占地面积小。本发明中热管组件19包括多根热管，热管为现有产品，热管最佳的选择类型为常温重力热管，热管组件19中的多根热管的下端均与换热水箱22相连通，热管组件19 中的多根热管的上端均与散热翅片组相连接，散热翅片组包括多根翅片管，其为现有产品。热管组件19的设置能够使本发明中泵件由扬程要求比较高的循环水升压泵替换为功率较小的循环水泵12，其原因就是热管组件19中的多根热管能够实现自身循环换热的效果，其自身循环的过程为：每根热管的下端与换热水箱22相连通，当热管进行换热工作时，热管内腔的工作工质受热变为蒸汽上升，利用其上端的翅片管进行换热后，温度变低，由蒸汽变为液体利用毛细作用流至热管底部，从而实现自身循环换热的效果，有效节省换热需要的动力，仅需要一个功率较小的循环水泵12即可，节省成本。
热管组件19中的多根热管布置于换热水箱22中，并保证热管下端在循环水液面以下，多根热管的下端设置在换热水箱内呈网格状分布，通过弯曲方式以实现最佳的换热效果，热管的上端与散热翅片组相连，实现热管内腔中工作工质散热的效果。
本发明中方案一的具体循环方式如下：机组低压缸乏汽通过凝汽器4的第一进口端进入，经过凝汽器4的凝结作用后，从凝汽器4的第一出口端通入凝结水泵5中，最后流向机组低压加热器中；凝汽器循环水通过凝汽器4的第二进口端进入，经过凝汽器4的管路吸收低压缸乏汽的凝结热后，从凝汽器4第二出口端依次通入循环水泵12和换热水箱22后再次通回到凝汽器4中，期间换热水箱22和热管组件19、散热翅片组相配合实现换热，最终流回至凝汽器4的第二进口端。
本实施方式中循环水泵12比原有的循环升压泵功率小。
具体实施方式二：本实施方式为具体实施方式一的进一步说明，本实施方式中凝汽器4为表面式凝汽器。本实施方式中凝汽器4选用表面式凝汽器的原因为表面式凝汽器是哈蒙式间接空冷系统中专用的凝汽器，其在哈蒙式间接空冷系统中能够实现良好的凝结效果。
具体实施方式三：结合说明书附图5和图7说明本实施方式，本实施方式中散热翅片组为热管冷端散热翅片组20或改造散热翅片组21。
本实施方式中改造散热翅片组21为一种加装循环水泵的原空冷塔用散热翅片组，其包括一种与循环水泵12的功率不同的水泵以及多个原空冷塔用散热翅片组。这种改造散热翅片组21的形成能够有效回收利用原空冷塔的散热翅片，从而降低制造成本。其它未提及的结构及连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合说明书附图5说明本实施方式，本实施方式它还包括通风塔23，当散热翅片组为热管冷端散热翅片组20时，通风塔23设置在热管冷端散热翅片组20的上方。
本实施方式中通风塔23设置在热管冷端散热翅片组20上方的区域且为一种与热管冷端 散热翅片组20相配合的通风塔。当空气流动性不好或本发明设置在空气流动性不好的环境中时，通过设置通风塔23能够使本发明实现良好的冷却效果。其它未提及的结构及连接关系与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：结合说明书附图7说明本实施方式，本实施方式包括原有哈蒙式空冷机组空冷塔24，当散热翅片组为改造散热翅片组21时，原有哈蒙式空冷机组空冷塔24设置在改造散热翅片组21的上方。
本实施方式中，原有哈蒙式空冷机组空冷塔24为现有空冷机组中已经使用的通风塔，通过改造散热翅片组21的设置，能够有效配合原有哈蒙式空冷机组空冷塔24进行散热工作，即使本发明最大限度地利用原有构件通过改造实现良好的散热效果，达到最经济的结构及连接关系，至少节省了一个通风塔的价钱，有效节省基建成本。其它未提及的结构及连接关系与具体实施方式三相同。
具体实施方式六：结合说明书附图1、图2、图4和图6说明本实施方式，本实施方式包括凝汽器4、循环水泵12、凝结水泵5、热管组件19、热管冷端散热翅片组20、换热水箱22和调压水轮机17，所述凝汽器4的第一进口端通入有机组低压缸乏汽，所述凝汽器4的出口端连通有凝结水泵5，所述凝汽器4的出口端还与循环水泵12的进口端相连通，循环水泵12的出口端与换热水箱22的进口端相连通，所述热管组件19的下端插设在换热水箱22内，热管组件19的上端与热管冷端散热翅片组20相连接，换热水箱22的出口端通过调压水轮机17与凝汽器4的第二进口端相连通。
现有海勒式间接空冷系统包括锅炉1、过热器2、汽轮机3、凝汽器4、凝结水泵5、凝结水精处理装置6、凝结水升压泵7、低压加热器8、除氧器9、给水泵10、高压加热器11、循环水泵12、福哥式散热器14、空冷塔15、发电机16和调压水轮机17。
本发明中的方案二与现有海勒式间接空冷系统相比，建造成本低且占地面积小。
本发明中热管组件19包括多根热管，热管为现有产品，热管最佳的选择类型为常温重力热管，热管组件19中的多根热管的下端均与换热水箱22相连通，热管组件19中的多根热管的上端均与散热翅片组相连接，热管冷端散热翅片组20包括多根翅片管，其为现有产品。热管组件19的设置能够使本发明中泵件由扬程要求比较高的循环水升压泵替换为功率较小的循环水泵12，其原因就是热管组件19中的多根热管能够实现自身循环换热的效果，其自身循环的过程为：每根热管的下端与换热水箱22相连通，当热管进行换热工作时，热管内腔的工作工质受热变为蒸汽上升，利用其上端的翅片管进行换热后，温 度变低，由蒸汽变为液体利用毛细作用流至热管底部，从而实现自身循环换热的效果，有效节省换热需要的动力，仅需要一个功率较小的循环水泵12即可，节省成本。
热管组件19中的多根热管布置于换热水箱22中，并保证热管下端在循环水液面以下，多根热管的下端设置在换热水箱内呈网格状分布，通过弯曲方式以实现最佳的换热效果，热管的上端与热管冷端散热翅片组20相连，实现热管内腔中工作工质散热的效果。
本发明中方案二的具体循环方式如下：机组低压缸乏汽通过凝汽器4的第一进口端进入，凝汽器循环水从凝汽器4的第二进口端进入凝汽器4，与低压缸乏汽混合后形成凝汽器凝结水；部分凝结水通过凝结水泵5流向机组低压加热器；其余凝结水从凝汽器4出口端依次通入循环水泵12、换热水箱22和调压水轮机17后再次通回到凝汽器4中，期间换热水箱22和热管组件19、热管冷端散热翅片组20相配合实现换热，最终流回至凝汽器4的第二进口端。
本实施方式中循环水泵12比原有的循环升压泵功率小。
具体实施方式七：本实施方式为具体实施方式六的进一步说明，本实施方式中：凝汽器4为射流式凝汽器。射流式凝汽器为现有产品。
本实施方式中凝汽器4选用射流式凝汽器的原因为射流式凝汽器是海勒式间接空冷系统中专用的凝汽器，其在海勒式间接空冷系统中能够实现良好的凝结效果。
具体实施方式八：结合说明书附图6说明本实施方式，本实施方式还包括通风塔23，所述通风塔23设置在热管冷端散热翅片组20的上方。
由于环境条件与地理位置所限，热管表面散热会不理想，所以加设通风塔23，组织空气流场实现空气的自然流动，强化上部热管表面换热。同时如此设置还能够扩大本发明的适用范围。其他未提及的结构及连接关系与具体实施方式六或七相同。

Claims (8)

1.一种基于热管的间接空冷机组的间冷系统，其特征在于：它包括凝汽器(4)、循环水泵(12)、凝结水泵(5)、热管组件(19)、散热翅片组和换热水箱(22)，所述凝汽器(4)的第一进口端通入有机组低压缸乏汽，所述凝汽器(4)的第一出口端连通有凝结水泵(5)，所述凝汽器(4)的第二出口端与循环水泵(12)的进口端相连通，循环水泵(12)的出口端与换热水箱(22)的进口端相连通，换热水箱(22)的出口端通过管路与凝汽器(4)的第二进口端相连通，热管组件(19)的下端插设在换热水箱(22)内，热管组件(19)的上端与散热翅片组相连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于热管的间接空冷机组的间冷系统，其特征在于：凝汽器(4)为表面式凝汽器。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于热管的间接空冷机组的间冷系统，其特征在于：散热翅片组为热管冷端散热翅片组(20)或改造散热翅片组(21)。
4.根据权利要求3所述的一种基于热管的间接空冷机组的间冷系统，其特征在于：它还包括通风塔(23)，当散热翅片组为热管冷端散热翅片组(20)时，通风塔(23)设置在热管冷端散热翅片组(20)的上方。
5.根据权利要求3所述的一种基于热管的间接空冷机组的间冷系统，其特征在于：它还包括原有哈蒙式空冷机组空冷塔(24)，当散热翅片组为改造散热翅片组(21)时，原有哈蒙式空冷机组空冷塔(24)设置在改造散热翅片组(21)的上方。
6.一种基于热管的间接空冷机组的间冷系统，其特征在于：它包括凝汽器(4)、循环水泵(12)、凝结水泵(5)、热管组件(19)、热管冷端散热翅片组(20)、换热水箱(22)和调压水轮机(17)，所述凝汽器(4)的第一进口端通入有机组低压缸乏汽，所述凝汽器(4)的出口端连通有凝结水泵(5)，所述凝汽器(4)的出口端还与循环水泵(12)的进口端相连通，循环水泵(12)的出口端与换热水箱(22)的进口端相连通，所述热管组件(19)的下端插设在换热水箱(22)内，热管组件(19)的上端与热管冷端散热翅片组(20)相连接，换热水箱(22)的出口端通过调压水轮机(17)与凝汽器(4)的第二进口端相连通。
7.根据权利要求6所述的一种基于热管的间接空冷机组的间冷系统，其特征在于：凝汽器(4)为射流式凝汽器。
8.根据权利要求6或7所述的一种基于热管的间接空冷机组的间冷系统，其特征在于：它还包括通风塔(23)，所述通风塔(23)设置在热管冷端散热翅片组(20)的上方。
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