CN108827018B - 一种适用于侧向进汽凝汽器管束结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于侧向进汽凝汽器管束结构，包括一个或多个管束模块；所述管束模块包括蒸汽进汽通道、主凝结区、扇形空冷区、汽‑气混合物通道、纵向抽气通道、人字形屏蔽挡板和空气引出通道；所述主凝结区和扇形空冷区是由若干根轴向平行布置的冷却管围成的两部分相互独立的含管区；所述汽‑气混合物通道为主凝结区内部未布管的区域，依次为前段、扩展区和后段；所述汽‑气混合物通道扩展区上部设置扇形空冷区；扇形空冷区中心线与主凝结区中心线相互垂直，且位于主凝结区中后段；所述人字形屏蔽挡板在扇形空冷区上方，其下方的纵向抽气通道与空气引出通道贯通。本发明使汽流组织合理、抽气阻力低、换热效率高，并避免了管束内部涡流。

Description

一种适用于侧向进汽凝汽器管束结构

技术领域

本发明涉及汽轮机凝汽用设备，具体地讲是一种适用于侧向进汽凝汽器管束结构。

背景技术

紧凑型电站由于能够大大减少电厂的初投资费用，因此越来越受到用户的欢迎，并成为一种新趋势。与常规电站下排式汽轮机布置形式不同，紧凑型电站将凝汽器设置成侧向进汽，即凝汽器与汽轮机布置在同一运行层或临近层（高差为6m左右），其位置在汽轮机的侧向。尤其是联合循环工程的汽机岛，没有高压/低压给水加热器，余热锅炉体积小、位置低，更倾向于采用此类型凝汽器。

凝汽器的两大主要功能为完成排汽凝结和连续抽出空气。不同于常规向下排汽凝汽器的蒸汽从管束顶部进入，侧向排汽凝汽器的蒸汽从管束的水平方向进入，横掠冷却水管，入口蒸汽与向下流动凝结水滴有较大夹角，管束内蒸汽的流动、换热、凝结及抽气过程十分复杂。在现有技术中，如图6所示，凝汽器的空冷区、抽气区与汽轮机排汽平行布置。在该凝汽器在运行中，排出凝汽器的汽-气混合物需要绕流经过挡汽板后逆向进入抽气口，导致抽气流经路径长、存在局部涡流区22、凝汽器气阻大，不利于蒸汽的凝结换热，换热效率低。因此合理布置侧向排汽凝汽器管束结构以及空冷区的外形、位置与结构设计是实现凝汽器凝结与抽气功能，提高侧向排汽凝汽器性能的核心工作。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种适用于侧向进汽凝汽器管束结构，该侧向进汽凝汽器管束结构使汽流组织合理、抽气路径短，气流阻力低、换热效率高，在保证汽轮机排汽有效凝结的同时避免了管束内部涡流区域。

实现本发明的技术方案是：一种适用于侧向进汽凝汽器管束结构，包括一个或多个管束模块，其特征在于：所述管束模块包括蒸汽进汽通道、主凝结区、扇形空冷区、汽-气混合物通道、纵向抽气通道、人字形屏蔽挡板和空气引出通道；所述主凝结区和扇形空冷区是由若干根轴向平行布置的冷却管围成的两部分相互独立的含管区，构成侧向进汽凝汽器管束的主体结构；所述扇形空冷区在主凝结区内部，扇形空冷区中心线与主凝结区中心线相互垂直，且扇形空冷区中心线在主凝结区中后段；所述扇形空冷区上方设有人字形屏蔽挡板将扇形空冷区与主凝结区隔离；在所述人字形屏蔽挡板下设置纵向抽气通道；该纵向抽气通道贯穿管束各跨空间，并在一侧端跨内经空气引出通道与抽空气管道贯通；在主凝结区内部设置有细条带状的汽-气混合物通道，该汽-气混合物通道为主凝结区内部未布管的区域，其宽度随主凝结区管束的宽度增大而增大，并依次分为汽-气混合物通道前段、扩展区和后段；所述汽-气混合物通道扩展区为汽-气混合物通道沿扇形空冷区弧边而围成的扩展区域，连通汽-气混合物通道的前段和后段。

所述扇形空冷区的人字形屏蔽挡板在纵向抽气通道上方左右对称布置，人字形屏蔽挡板中心线与扇形空冷区中心线重合，其下方的冷却管呈圆心向上的扇形排列，将汽-气混合物通道与纵向抽气通道完全隔离，使汽-气混合物流向纵向抽气通道时必经扇形空冷区。

所述扇形空冷区中心线位于从主凝结区顶端到主凝结区末端总长度的2/3处附近。

所述冷却管、人字形屏蔽挡板穿过垂直于冷却管轴线的若干中间管板，在两侧端跨内分别与端管板内侧焊接，并由两端的端管板和若干中间管板支撑。

所述纵向抽气通道为扇形空冷区的扇心内侧不设置冷却管的圆形区域，在该圆形区域内贯通各中间管板。

所述纵向抽气通道在前水室侧的端管板与相邻的中间管板之间的端跨内与空气引出通道贯通。

所述空气引出通道是由前水室侧的端管板与相邻的中间管板、抽气隔板围成的竖向抽气通道。

所述人字形屏蔽挡板上方布置有抽气冷却管。

所述扇形空冷区的上部在主凝结区各中间跨内布置有两排假管，将主凝结区与抽气冷却管隔离。

所述管束模块数量为多个时，各管束模块上下平行布置，并将各管束模块抽空气管道汇至抽气母管。

本发明的有益效果是：

本发明结合侧向进汽凝汽器的蒸汽流动特点，合理组织侧向排汽凝汽器内汽气混合物的抽取结构，降低汽-气混合物的流经路径、抽气阻力，保证汽轮机排汽有效凝结的同时避免了管束内部涡流区域，并引导不凝结气体及时排至凝汽器外部，降低了管束阻力，在不同运行条件下，本发明技术的凝汽器换热效率比现有技术提高了5%~15%。

附图说明

图1为本发明实施例1侧向结构示意图；

图2为图1的A-A视图；

图3为图1的B-B视图；

图4为本发明实施例2结构示意图；

图5为本发明实施例3结构示意图；

图6为现有技术蒸汽流向及分布示意图；

图7为本发明蒸汽流向及分布示意图。

图中标号：1—蒸汽进汽通道，2—主凝结区，3—扇形空冷区，4—汽-气混合物通道，41—汽-气混合物通道前段，42—汽-气混合物通道扩展区，43—汽-气混合物通道后段，5—人字形屏蔽挡板， 6—纵向抽气通道，7—空气引出通道，8—抽空气管道，9—抽气冷却管， 10—抽气隔板， 11—假管，12—扇形空冷区中心线，13—主凝结区中心线，14—中间管板，15—端跨，16—中间跨，17—蒸汽流向，18—抽气母管，19—端管板，20—主凝结区顶端，21—主凝结区末端，22—涡流区域。

具体实施方式

实施例1

如图1至图3所示，是包括一个管束模块的适用于侧向进汽凝汽器管束结构。所述管束模块包括蒸汽进汽通道1、主凝结区2、扇形空冷区3、汽-气混合物通道4、纵向抽气通道6、人字形屏蔽挡板5和空气引出通道7；所述主凝结区2和扇形空冷区3是由若干根轴向平行布置的冷却管围成的两部分相互独立的含管区，构成侧向进汽凝汽器管束的主体结构；所述主凝结区2冷却管束的包络线在垂直于冷却管轴线的平面上的投影形成流线型条带；所述扇形空冷区3在主凝结区2内部，扇形空冷区中心线12与主凝结区2的主凝结区中心线13相互垂直，且扇形空冷区中心线12位于从主凝结区顶端20到主凝结区末端21总长度的2/3处附近；扇形空冷区3上方有人字形屏蔽挡板5，在人字形屏蔽挡板5下设置纵向抽气通道6；该纵向抽气通道6从后水室侧贯穿中间管板，并在前水室侧与空气引出通道7、抽空气管道8贯通；所述人字形屏蔽挡板5设置在扇形空冷区边缘，构成扇形空冷区的扇骨，将扇形空冷区与主凝结区管束隔离，使汽-气混合物绕流人字形屏蔽挡板后经扇形空冷区汇入纵向抽气通道6。在人字形屏蔽挡板5上方布置有抽气冷却管9；在主凝结区2内部设置有细条带状的汽-气混合物通道4，该汽-气混合物通道4为主凝结区2内部未布管的区域，其宽度随流线型条带的宽度增大而增大，并依次分为汽-气混合物通道前段41、汽-气混合物通道扩展区42和汽-气混合物通道后段43；所述汽-气混合物通道扩展区42为汽-气混合物通道4向沿扇形空冷区3弧边而围成的扩展区域，连通汽-气混合物通道的前段41和后段43。所述冷却管、人字形屏蔽挡板5穿过垂直于冷却管轴线的若干中间管板14，在两侧端跨内分别与端管板19内侧焊接，并由两端的端管板19和若干中间管板14支撑。所述纵向抽气通道6为扇心内侧不设置冷却管的圆形区域，在该圆形区域内贯通各中间管板14。所述纵向抽气通道6在前水室侧的端管板与相邻的中间管板之间的端跨内与空气引出通道贯通7。所述空气引出通道7是由前水室侧的端管板19与相邻的中间管板14、抽气隔板10围成的竖向抽气通道，并与抽空气管8道贯通。所述扇形空冷区3的上部在主凝结区2各中间跨16内布置有两排假管11，将主凝结区2与抽气冷却管9隔离。

实施例2

如图4所示，在应用中可以使所述管束模块为两个，上下平行布置；所述两个管束模块抽空气管道8汇至抽气母管18。两个管束模块的抽气装置通过抽空气管道8实现双管束并联抽气。该双管束模块侧向进汽凝汽器排气装置布置提高了真空泵对各个管束区不凝结气体的抽吸能力，适应了侧向排汽凝汽器的气流特点，提高了主凝结区蒸汽的凝结效率。

实施例3

如图5所示，在应用中也可以使所述管束模块为四个，上下平行布置；所述四个管束模块抽空气管道8汇至抽气母管18。各管束模块的抽空气装置并联连接，不凝结气体由抽空气管道8汇总后排出凝汽器外部。四管束模块侧向进汽凝汽器布置方式适应了机组功率变化的需求，灵活配置，同时可满足凝汽器半侧运行需要。

本发明的工作原理是：如图2、图7所示，新蒸汽进入蒸汽进汽通道1，蒸汽流向17经过主凝结区2凝结后的汽-气混合物在汽-气混合物通道4汇聚，并沿汽-气混合物通道4逐步进入扇形空冷区3进一步凝结；所述汽-气混合物通道4依次分为汽-气混合物通道前段41、汽-气混合物通道扩展区42和汽-气混合物通道后段43；所述汽-气混合物通道扩展区42为汽-气混合物通道4沿扇形空冷区3弧边而围成的扩展区域；扇形空冷区中心线12与主凝结区中心线13相互垂直，从而保证了汽-气混合物在扩展区42内以较小的偏转角进入扇形空冷区3，进一步冷却后经纵向抽气通道6抽走；扇形空冷区3通过汽-气混合物通道4和人字形屏蔽挡板5与主凝结区2分割开，布置成圆心向上的扇形；扇骨为人字形屏蔽挡板5，可将上部主凝结区2的凝结水引流至下方，并防止汽-气混合物未经充分冷却直接蹿入空冷抽气区；扇心处设置圆形抽气区域，经过空冷区冷却的汽-气混合物通过该圆形抽气 区域进入纵向抽气通道6，纵向抽气通道6贯通各中间管板，将各跨经过扇形空冷区3冷却的汽-气混合物汇聚起来引入通道末端的竖向空气引出通道7、抽空气管道8最终排出凝汽器，形成侧向凝汽器的抽气系统。汽-气混合物的抽排路径为：蒸汽进汽通道1—主凝结区2—汽-气混合物通道4—扇形空冷区3—纵向抽气通道6—竖向空气引出通道7—抽空气管道8—外部环境。从蒸汽流向17可看出，绝大部分来流蒸汽在经管束主凝结区2后均可以较小的流动偏转角（近似90°）平稳地进入扇形空冷区3和纵向抽气通道6的抽气口，仅在人字形屏蔽挡板5上部少量蒸汽需要绕流经过人字形屏蔽挡板5才能进入空冷区和抽气口，因此大部分蒸汽无需绕流人字形屏蔽挡板5，流动平稳，阻力低，同时流向纵向抽气通道6的抽气口时蒸汽所流经路径短，管束整体阻力小。本发明结合侧向进汽凝汽器的蒸汽流动特点，合理组织侧向排汽凝汽器内汽-气混合物通道4，保证汽轮机排汽在有效凝结的同时避免了如图6所示的管束内部涡流区域22，并引导不凝结气体及时排至凝汽器外部，降低了管束阻力，提高了侧向进汽凝汽器的换热效率。

本发明的凝汽器工作过程是：凝汽器工作时，汽轮机排汽从侧向进入凝汽器，通过凝汽器管束区各“条带”之间以及条带与凝汽器内壁之间的新蒸汽通道从整个管束外周进入主凝结区2，绝大部分蒸汽在主凝结区2被凝结，少量未凝结蒸汽连同空气会聚到管束内部的汽-气混合物通道4；汇入汽-气混合物通道4的汽-气混合物从下部扇缘进入扇形空冷区3，各跨内的汽-气混合物中的蒸汽和空气被扇形空冷区3进一步凝结、冷却后经由扇形空冷区3上部的纵向抽气通道6汇聚并导入竖向空气引出通道7。竖向空气引出通道7内设置有抽气冷却管9，可进一步冷却蒸汽和空气，有利于减小空气的积体流量，降低排出汽-气混合物中的蒸汽含量；最终汽-气混合物经由抽空气管道8排至凝汽器外部环境。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (8)

1.一种适用于侧向进汽凝汽器管束结构，包括一个或多个管束模块，其特征在于：所述管束模块包括蒸汽进汽通道、主凝结区、扇形空冷区、汽-气混合物通道、纵向抽气通道、人字形屏蔽挡板和空气引出通道；所述主凝结区和扇形空冷区是由若干根轴向平行布置的冷却管围成的两部分相互独立的含管区，构成侧向进汽凝汽器管束的主体结构；所述扇形空冷区在主凝结区内部，扇心处设置圆形抽气区域，经过空冷区冷却的汽-气混合物通过该圆形抽气 区域进入纵向抽气通道；所述纵向抽气通道为扇形空冷区的扇心内侧不设置冷却管的圆形区域，在该圆形区域内贯通各中间管板；竖直向下的扇形空冷区中心线与主凝结区中心线相互垂直，且扇形空冷区中心线在主凝结区中后段；所述扇形空冷区上方设有人字形屏蔽挡板将扇形空冷区与主凝结区隔离；在所述人字形屏蔽挡板下设置纵向抽气通道；该纵向抽气通道贯穿管束各跨空间，并在一侧端跨内经空气引出通道与抽空气管道贯通；在主凝结区内部设置有细条带状的汽-气混合物通道，该汽-气混合物通道为主凝结区内部未布管的区域，其宽度随主凝结区管束的宽度增大而增大，并依次分为汽-气混合物通道前段、扩展区和后段；所述汽-气混合物通道扩展区为汽-气混合物通道沿扇形空冷区弧边而围成的扩展区域，连通汽-气混合物通道的前段和后段；所述扇形空冷区的人字形屏蔽挡板在纵向抽气通道上方左右对称布置，使扇形空冷区完全置于人字形屏蔽挡板下方，人字形屏蔽挡板中心线与扇形空冷区中心线重合，其下方的冷却管呈圆心向上的扇形排列，将汽-气混合物通道与纵向抽气通道完全隔离，使汽-气混合物流向纵向抽气通道时必经扇形空冷区。

2.根据权利要求1所述适用于侧向进汽凝汽器管束结构，其特征在于：所述扇形空冷区中心线位于从主凝结区顶端到主凝结区末端总长度的2/3处附近。

3.根据权利要求1所述适用于侧向进汽凝汽器管束结构，其特征在于：所述冷却管、人字形屏蔽挡板穿过垂直于冷却管轴线的若干中间管板，在两侧端跨内分别与端管板内侧焊接，并由两端的端管板和若干中间管板支撑。

4.根据权利要求1所述适用于侧向进汽凝汽器管束结构，其特征在于：所述纵向抽气通道在前水室侧的端管板与相邻的中间管板之间的端跨内与空气引出通道贯通。

5.根据权利要求1所述适用于侧向进汽凝汽器管束结构，其特征在于：所述空气引出通道是由前水室侧的端管板与相邻的中间管板、抽气隔板围成的竖向抽气通道。

6.根据权利要求1所述适用于侧向进汽凝汽器管束结构，其特征在于：所述人字形屏蔽挡板上方布置有抽气冷却管。

7.根据权利要求1所述适用于侧向进汽凝汽器管束结构，其特征在于：所述扇形空冷区的上部在主凝结区各中间跨内布置有两排假管，将主凝结区与抽气冷却管隔离。

8.根据权利要求1所述适用于侧向进汽凝汽器管束结构，其特征在于：所述管束模块数量为多个时，各管束模块上下平行布置，并将各管束模块抽空气管道汇至抽气母管。

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