CN106017122A

CN106017122A - 凝汽器冷却管的进水流速的自动调节系统及其方法

Info

Publication number: CN106017122A
Application number: CN201610348121.4A
Authority: CN
Inventors: 宁继宏
Original assignee: China Energy Engineering Group Guangdong Electric Power Design Institute Co Ltd
Current assignee: China Energy Engineering Group Guangdong Electric Power Design Institute Co Ltd
Priority date: 2016-05-23
Filing date: 2016-05-23
Publication date: 2016-10-12
Anticipated expiration: 2036-05-23
Also published as: CN106017122B

Abstract

本发明涉及一种凝汽器冷却管的进水流速的自动调节系统及其方法，该凝汽器冷却管的进水流速的自动调节系统包括凝汽器组件，凝汽器组件包括凝汽器壳体、多个冷却管及管板，凝汽器壳体设有进水室；调节组件，调节组件包括隔板及可自转的挡板，隔板设置于所述进水室内，隔板包括第一隔板及第二隔板，第一隔板与所述第二隔板间隔固定于管板的外侧，挡板设置所述第一隔板及第二隔板之间，挡板设有对称设置的第一配合部及第二配合部；及控制装置，控制装置包括动力机构，动力机构的输出端与挡板固定连接，控制装置通过动力机构控制挡板的转动。该凝汽器冷却管的进水流速的自动调节系统及其方法，可提高凝汽器的热交换效率及设备运行的安全性。

Description

凝汽器冷却管的进水流速的自动调节系统及其方法

技术领域

本发明涉及凝汽器技术领域，特别是涉及一种凝汽器冷却管的进水流速的自动调节系统及其方法。

背景技术

水冷表面式凝汽器广泛适用于火力发电厂、核电厂，主要用于汽轮机动力装置中，是发电厂汽轮机装置的重要组成部分，主要有壳体、冷却管、热井、水室等部分组成。汽轮机的排汽通过喉部进入凝汽器壳体，在冷却管上凝结成水并汇集于热井，由凝结水泵抽出重新送回锅炉进行循环。循环冷却水从进口水室进入冷却管并从出口水室排出。凝汽器的主要作用是在汽轮机排汽口造成较高真空，使蒸汽在汽轮机中膨胀到最低压力，增大蒸汽在汽轮机中的可用焓降，提高汽轮机的循环热效率，同时将汽轮机的排汽凝结成水，重新送回锅炉进行循环。凝汽器的设计制造和运行质量的优劣，直接影响汽轮机装置的经济性和安全性。

现有的凝汽器不能根据工况变化进行调节，导致在低负荷和冬季(冷却水温度较低)的工况下凝结水的过冷度较高，汽轮机循环热效率相对降低，且凝结水中含氧量增加，其存在如下缺点：

常规凝汽器的设计存在着如下弊端：

(1)凝汽器冷却面积是按汽轮机TMCR工况设计的，为了追求设计工况下的较低背压，换热面积普遍偏大，在较低负荷和冷却水流速较小时，部分换热面积不但是无效的，而且会使凝汽器换热效果降低，冷却管内流速较低容易使杂质沉积，且上部冷却管内冷却水量较少，会出现“干烧”现象。

(2)凝汽器在结构设计上没有活动部件，不能根据工况变化进行调节，导致在低负荷或冬季(冷却水温度较低)的工况下凝结水的过冷度较高，汽轮机循环热效率相对降低，且随着凝结水的过冷度增加，凝结水中含氧量增加，会引起凝汽器腐蚀，不利于设备安全运行，同时增加除氧器负担。有些电厂凝结水过冷度夏季达到2～4℃，冬季达到2～6℃。当凝结水的过冷度增加1℃时，汽轮机循环热效率相对降低0.0215％，机组热耗率增加4kj/kW·h。

(3)研究表明，当冷却水量和冷却水进口温度一定时，凝汽器的真空随机组负荷降低而升高。对于任何一台设计定型的汽轮机及其凝汽器，机组负荷降低到30-40％以下且冷却水温较低时，凝汽器容易达到极限真空，使汽轮机末级叶片出现鼓风工况，不但影响机组安全，而且会使机组功率下降，凝结水过冷度增大，影响经济性。

发明内容

基于此，有必要提供一种凝汽器冷却管的进水流速的自动调节系统及其方法，可根据预设的调节指令或检测信号根据机组运行的实际情况自动调节部分冷却管的进水流速，提高凝汽器的热交换效率及设备运行的安全性。

其技术方案如下：

一种凝汽器冷却管的进水流速的自动调节系统，包括凝汽器组件，所述凝汽器组件包括凝汽器壳体、多个冷却管及用于安装所述冷却管的管板，所述凝汽器壳体设有进水室；调节组件，所述调节组件包括隔板及可自转的挡板，所述隔板设置于所述进水室内，所述隔板包括第一隔板及第二隔板，所述第一隔板与所述第二隔板间隔固定于所述管板的外侧，所述挡板设置所述第一隔板及第二隔板之间，所述挡板设有对称设置的第一配合部及第二配合部；及控制装置，所述控制装置包括动力机构，所述动力机构的输出端与所述挡板固定连接，所述控制装置通过所述动力机构控制所述挡板的转动；其中，当所述挡板处于第一位置时，所述第一配合部与所述第一隔板密封配合、所述第二配合部与所述第二隔板密封配合，或所述第一配合部与所述第二隔板密封配合，所述第二配合部与所述第一隔板密封配合。

下面对进一步技术方案进行说明：

在其中一个实施例中，所述进水室设有进水孔，所述第一隔板与所述第二隔板纵向间隔设置、且所述第二隔板固定于所述管板外侧的最下方。

在其中一个实施例中，所述第一隔板至所述第二隔板的间距为L₁，凝汽器最上排的所述冷却管与最下排的所述冷却管之间的最大纵向间距为L₂，15％L₂≤L₁≤20％L₂。

在其中一个实施例中，所述第一隔板与所述第二隔板间隔设置形成隔控区，所述隔控区的面积为S₁，所述管板的面积为S₂，S₁≥20％S₂。

在其中一个实施例中，25％S₂≤S₁≤30％S₂。

在其中一个实施例中，所述凝汽器冷却管的进水流速的自动调节系统还包括用于检测机组的负荷大小的第一检测装置，所述第一检测装置与所述控制装置电联接，所述控制装置根据机组的负荷大小来调整所述挡板的调整角度。

在其中一个实施例中，所述凝汽器冷却管的进水流速的自动调节系统还包括用于检测冷却水的流速大小的第二检测装置，所述第二检测装置与所述控制装置电联接，所述控制装置根据机组的负荷大小及冷却水的流速大小来调整所述挡板的转动角度。

在其中一个实施例中，所述凝汽器冷却管的进水流速的自动调节系统还包括用于检测凝结水的过冷度大小的第三检测装置，所述第三检测装置与所述控制装置电联接，所述控制装置根据凝结水的过冷度大小来调整所述挡板的转动角度。

本技术方案还提供了一种凝汽器冷却管的进水流速的自动调节方法，包括如下步骤：

在凝汽器冷却管分布区域预设隔控区；

当凝结水的过冷度大于第一预设值时，根据预设转动速度转动所述挡板，逐渐降低隔控区内的冷却管的进水流速；

当凝结水的过冷度等于第一预设值，停止转动所述挡板。

下面对进一步技术方案进行说明：

在其中一个实施例中，还包括当机组负荷小于或等于第二预设值时，转动所述挡板至第一位置，使所述挡板与所述隔板密封配合，停止向隔控区内的冷却管供水。

在其中一个实施例中，还包括当机组负荷小于或等于第三预设值、且冷却水的流速小于或等于第四预设值时，转动所述挡板至第一位置，使所述挡板与所述隔板密封配合，停止向隔控区内的冷却管供水。

上述本发明中所述“第一”、“第二”、“第三”、“第四”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。

名称解释：

过冷度：凝汽器过冷度是指在凝汽器压力下的饱和温度与凝结水温度之差。

凝汽器极限真空：当凝汽器压力低于某个值时，再降低凝汽器压力，汽轮机末级叶片焓降并不发生改变，相反会使末级叶片出现鼓风工况，效率降低，这个转折点称为凝汽器极限真空。

上述本发明的有益效果：

上述凝汽器冷却管的进水流速的自动调节系统使用时，通过控制装置可根据预设的调节指令或检测信号根据机组运行的实际情况自动调整挡板与隔板之间的开合度，进而调节第一隔板与第二隔板区域内的冷却管的进水流速，降低第一隔板与第二隔板区域内的冷却管冷却强度，避免所述区域内的冷却管外部凝结水液滴被过度冷却，也避免了凝汽器热井水位过高时冷却管浸入凝结水中将凝结水过度冷却，同时增大上部其它区域冷却管冷却强度，进而达到调节凝汽器内部冷却强度的目的。该凝汽器冷却管的进水流速的自动调节系统及其方法可根据预设的调节指令或检测信号根据机组运行的实际情况自动调节部分冷却管的进水流速，提高凝汽器的热交换效率及设备运行的安全性。

上述凝汽器冷却管的进水流速的自动调节系统方法，通过设置隔控区，根据凝结水的过冷度大小自动调整挡板与隔板之间的开合度，进而调节隔控区内的冷却管的进水流速，进而提高凝汽器的热交换效率及设备运行的安全性。

附图说明

图1为本发明所述的凝汽器冷却管的进水流速的自动调节系统的结构示意图；

图2为本发明所述的凝汽器冷却管的进水流速的自动调节系统的A向视图；

图3为A向视图下所述挡板处于第一位置时的局部剖视示意图；

图4为本发明所述的凝汽器冷却管的进水流速的自动调节系统的局部放大示意图；

图5为本发明所述的挡板处于第一位置时的局部放大示意图；

图6为本发明所述的凝汽器冷却管的进水流速的自动调节方法的流程图。

附图标记说明：

100、凝汽器组件，110、凝汽器壳体，112、进水室，114、进水孔，116、进汽口，118、出水孔，120、冷却管，130、管板，140、凝结水，200、调节组件，210、隔板，212、第一隔板，214、第二隔板，220、挡板，222、第一配合部，224、第二配合部，300、控制装置，310、动力机构，312、输出端。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

如图1至3所示，本发明所述的凝汽器冷却管的进水流速的自动调节系统，包括凝汽器组件100，凝汽器组件100包括凝汽器壳体110及用于安装冷却管120的管板130，凝汽器壳体110设有进水室112；及调节组件200，调节组件200包括隔板210及可自转的挡板220，隔板210设置于进水室112内，隔板210包括第一隔板212及第二隔板214，第一隔板212与第二隔板214间隔固定于管板130的外侧，挡板220设置第一隔板212及第二隔板214之间，挡板220设有对称设置的第一配合部222及第二配合部224；及控制装置300，控制装置300包括动力机构310，动力机构310的输出端312与挡板220固定连接，控制装置300通过动力机构310控制挡板220的转动。

如图1至3所示，该凝汽器冷却管的进水流速的自动调节系统使用时，通过控制装置300可根据预设的调节指令或检测信号根据机组运行的实际情况自动调整挡板220与隔板210之间的开合度，进而调节第一隔板212与第二隔板214区域内的冷却管120的进水流速，降低第一隔板212与第二隔板214区域内的冷却管120冷却强度，避免所述区域内的冷却管120外部凝结水液滴被过度冷却，也避免了凝汽器热井水位过高时冷却管120浸入凝结水中将凝结水过度冷却，进而达到降低凝汽器凝结水过冷度的目的，同时增大上部其它区域冷却管120冷却强度。该冷却管120进水流速的自动调节装置可根据预设的调节指令或检测信号根据机组运行的实际情况自动调节部分冷却管120的进水流速，提高凝汽器的热交换效率及设备运行的安全性。实际运行中可根据凝汽器负荷变化和冷却水温度、流量的变化情况确定调节挡板220与隔板210之间的开合度，实现凝汽器自身的变工况调节。

如图3至5所示，第一隔板212与第二隔板214纵向间隔设置、且第二隔板214固定于管板130外侧的最下方，由于冷却水温或机组负荷的变化，管板130下方的冷却管120的会使凝结水再次冷却产生过冷，容易造成凝结水过冷，导致其含氧量增加腐蚀凝结器，通过与挡板220相配合进而起到调整该区域范围内的冷却管120流速的作用，降低下部隔控区内冷却管120的换热强度，达到降低凝结水过冷度的目的；一般该第一隔板212与第二隔板214纵向间隔设置于管板130的下方，可通过调整调节挡板220与隔板210之间的开合度，减小该区域范围内的冷却管120内流速，提高了凝汽器上部区域的所述冷却管120内流速及换热效果，减缓了上部冷却管120内杂质沉积，同时避免了上部冷却管120内“干烧”现象。第一隔板212与第二隔板214间隔设置形成隔控区，隔控区的面积为S₁，管板130的面积为S₂，S₁≥20％S₂，优选的25％S₂≤S₁≤30％S₂；或所述第一隔板212至所述第二隔板214的间距为L₁，凝汽器最上排的冷却管120与最下排的冷却管120之间的最大纵向间距为L₂，15％L₂≤L₁≤20％L₂，可显著减小凝结水的过冷度，提高汽轮机循环热效率，降低凝结水中含氧量，延缓凝汽器腐蚀；根据电厂实际运行经验估算，本技术方案可使凝汽器凝结水过冷度年平均降低1～2℃，汽轮机循环热效率相对提高0.0215～0.043％，机组热耗率降低4～8kj/kW·h。以一台1000MW机组为例，每年可节约标煤850～1700吨。

如图1至5所示，该凝汽器冷却管的进水流速的自动调节系统还包括用于检测机组的负荷大小的第一检测装置(未示出)，第一检测装置与控制装置300电联接，控制装置300根据机组的负荷大小来调整挡板220的调整角度，通过第一检测装置检测机组的负荷大小，当机组负荷降低到机组额定负荷的30～40％以下时，可通过控制装置300控制挡板220处于第一位置，使相应隔离区区域的冷却管120起不到冷却作用，间接减少了该部分的换热面积，相应提高了凝汽器单位面积的热负荷(间接提高了机组热负荷)，使凝汽器不易达到极限真空，避免了汽轮机末级叶片出现鼓风工况，提高了机组安全性，同时避免凝结水过冷度增大，提高机组经济性。该机组的负荷大小可通过第一检测装置检测机组的蒸汽量，再结合机组的额定蒸汽量换算得到。

如图1至5所示，该凝汽器冷却管的进水流速的自动调节系统还包括用于检测冷却水的流速大小的第二检测装置(未示出)，第二检测装置与控制装置300电联接，控制装置300根据机组的负荷大小及冷却水的流速大小来调整挡板220的转动角度，冷却水的流速大小可通过第二检测装置检测供水泵的开启情况计算得到，亦可通过第二检测装置的流量计检测得到，通过第一检测装置检测机组的负荷大小，通过第二检测装置检测冷却水的流速大小，在机组负荷较低(如机组额定负荷的50％以下)、且凝汽器冷却水流量较小(如在额定流量的50％以下)时，可通过控制装置300控制挡板220处于第一位置，挡板220和隔板210共同将隔离区内冷却管120的冷却水隔断，冷却水不能进入该区域内冷却管120内，同时使上部区域冷却管120内冷却水流量增大，增加了上部区域的换热效果，减缓了冷却管120内杂质沉积，避免了上部冷却管120内“干烧”现象。

如图1至5所示，进一步的，该凝汽器冷却管的进水流速的自动调节系统还包括用于检测凝结水的过冷度大小的第三检测装置(未示出)，第三检测装置与控制装置300电联接，控制装置300根据凝结水的过冷度大小来调整挡板220的转动角度，通过第三检测装置检测凝汽器的排汽压力下计算出相应的凝汽器排汽的饱和温度，再与检测出的凝结水温度，通过饱和温度与凝结水温度之差换算出凝结水的过冷度，凝结水过冷度不宜超过0.5℃，当测量到凝结水过冷度超过0.5℃，可适当调整挡板220与隔板210之间的开合度，进而调节第一隔板212与第二隔板214区域内的冷却管120的进水流速，将凝结水过冷度控制在0.5℃左右。该动力机构310可为电机。

一种凝汽器冷却管的进水流速的自动调节方法，包括如下步骤：

在凝汽器冷却管分布区域预设隔控区；

当凝结水的过冷度等于第一预设值，停止转动所述挡板。

该凝汽器冷却管的进水流速的自动调节系统方法，通过设置隔控区，根据凝结水的过冷度大小自动调整挡板与隔板之间的开合度，进而调节隔控区内的冷却管的进水流速，进而提高凝汽器的热交换效率及设备运行的安全性。该第一预设值可以为0.5℃、0.6℃、0.7℃、0.8℃、0.9℃或1℃，优选为0.5℃，当测量到凝结水过冷度超过0.5℃，可根据预设的转动速度转动所述挡板，调整挡板220与隔板210之间的开合度，进而调节隔控区内的冷却管的进水流速，将凝结水过冷度控制在0.5℃左右。

该凝汽器冷却管的进水流速的自动调节方法还包括当机组负荷小于或等于第二预设值时，转动所述挡板至第一位置，使所述挡板与所述隔板密封配合，停止向隔控区内的冷却管供水。根据机组的负荷大小来调整挡板220的调整角度，当机组负荷的第二预设值大于或等于机组额定负荷的30～40％以下时，转动挡板220处于第一位置，使相应隔离区区域的冷却管起不到冷却作用，停止向隔控区内的冷却管供水，间接减少了该部分的换热面积，相应提高了凝汽器单位面积的热负荷(间接提高了机组热负荷)，使凝汽器不易达到极限真空，避免了汽轮机末级叶片出现鼓风工况，提高了机组安全性，同时避免凝结水过冷度增大，提高机组经济性。该第二预设值可为机组额定负荷的30～40％，优选为30％、35％、40％。

该凝汽器冷却管的进水流速的自动调节方法还包括当机组负荷小于或等于第三预设值、且冷却水的流速小于或等于第四预设值时，转动所述挡板至第一位置，使所述挡板与所述隔板密封配合，停止向隔控区内的冷却管供水。根据机组负荷的第三预设值的大小及冷却水的流速的第四预设值大小来调整挡板220的转动角度，冷却水的流速大小可通过第二检测装置检测供水泵的开启情况计算得到，亦可通过第二检测装置的流量计检测得到，通过第一检测装置检测机组的负荷大小，通过第二检测装置检测冷却水的流速大小，如第三预设值等于机组额定负荷的50％时、且凝汽器冷却水的流量第四预设值等于额定流量的50％时，可通过控制装置300控制挡板220处于第一位置，挡板220和隔板210共同将隔离区内冷却管120的冷却水隔断，冷却水不能进入该区域内冷却管120内，停止向隔控区内的冷却管供水，同时使上部区域冷却管120内冷却水流量增大，增加了上部区域的换热效果，减缓了冷却管120内杂质沉积，避免了上部冷却管120内“干烧”现象。

本发明的有益效果：

(1)较低负荷和冷却水流量较小时，通过调节挡板220与隔板210之间的开合度，提高了凝汽器上部区域的换热效果，减缓了冷却管120内杂质沉积，避免了上部冷却管120内“干烧”现象。

(2)显著减小凝结水的过冷度，提高汽轮机循环热效率，降低凝结水中含氧量，延缓凝汽器腐蚀。根据电厂实际运行经验估算，本技术方案可使凝汽器凝结水过冷度年平均降低1～2℃，汽轮机循环热效率相对提高0.0215～0.043％，机组热耗率降低4～8kj/kW·h。以一台1000MW机组为例，每年可节约标煤850～1700吨。

(3)较低负荷和冷却水温度较低时，避免汽轮机末级叶片出现鼓风工况，提高了机组安全性，同时避免凝结水过冷度增大，提高机组经济性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种凝汽器冷却管的进水流速的自动调节系统，其特征在于，包括如下步骤：

凝汽器组件，所述凝汽器组件包括凝汽器壳体、多个冷却管及用于安装所述冷却管的管板，所述凝汽器壳体设有进水室；

调节组件，所述调节组件包括隔板及可自转的挡板，所述隔板设置于所述进水室内，所述隔板包括第一隔板及第二隔板，所述第一隔板与所述第二隔板间隔固定于所述管板的外侧，所述挡板设置所述第一隔板及第二隔板之间，所述挡板设有对称设置的第一配合部及第二配合部；及

控制装置，所述控制装置包括动力机构，所述动力机构的输出端与所述挡板固定连接，所述控制装置通过所述动力机构控制所述挡板的转动；

其中，当所述挡板处于第一位置时，所述第一配合部与所述第一隔板密封配合、所述第二配合部与所述第二隔板密封配合，或所述第一配合部与所述第二隔板密封配合，所述第二配合部与所述第一隔板密封配合。

2.根据权利要求1所述的凝汽器冷却管的进水流速的自动调节系统，其特征在于，所述进水室设有进水孔，所述第一隔板与所述第二隔板纵向间隔设置、且所述第二隔板固定于所述管板外侧的最下方。

3.根据权利要求1所述的凝汽器冷却管的进水流速的自动调节系统，其特征在于，所述第一隔板至所述第二隔板的间距为L₁，凝汽器最上排的所述冷却管与最下排的所述冷却管之间的最大纵向间距为L₂，15％L₂≤L₁≤20％L₂。

4.根据权利要求1所述的凝汽器冷却管的进水流速的自动调节系统，其特征在于，所述第一隔板与所述第二隔板间隔设置形成隔控区，所述隔控区的面积为S₁，所述管板的面积为S₂，S₁≥20％S₂。

5.根据权利要求1所述的凝汽器冷却管的进水流速的自动调节系统，其特征在于，还包括用于检测机组的负荷大小的第一检测装置，所述第一检测装置与所述控制装置电联接，所述控制装置根据机组的负荷大小来调整所述挡板的调整角度。

6.根据权利要求1所述的凝汽器冷却管的进水流速的自动调节系统，其特征在于，还包括用于检测冷却水的流速大小的第二检测装置，所述第二检测装置与所述控制装置电联接，所述控制装置根据机组的负荷大小及冷却水的流速大小来调整所述挡板的转动角度。

7.根据权利要求1-6任一项所述的凝汽器冷却管的进水流速的自动调节系统，其特征在于，还包括用于检测凝结水的过冷度大小的第三检测装置，所述第三检测装置与所述控制装置电联接，所述控制装置根据凝结水的过冷度大小来调整所述挡板的转动角度。

8.一种凝汽器冷却管的进水流速的自动调节方法，其特征在于，包括如下步骤：

在凝汽器冷却管分布区域预设隔控区；

当凝结水的过冷度等于第一预设值，停止转动所述挡板。

9.根据权利要求8所述的凝汽器冷却管的进水流速的自动调节方法，其特征在于，还包括当机组负荷小于或等于第二预设值时，转动所述挡板至第一位置，使所述挡板与所述隔板密封配合，停止向隔控区内的冷却管供水。

10.根据权利要求8或9任一项所述的凝汽器冷却管的进水流速的自动调节方法，其特征在于，还包括当机组负荷小于或等于第三预设值、且冷却水的流速小于或等于第四预设值时，转动所述挡板至第一位置，使所述挡板与所述隔板密封配合，停止向隔控区内的冷却管供水。