CN109328290A - 全次级的空气冷却式工业蒸汽冷凝装置 - Google Patents

全次级的空气冷却式工业蒸汽冷凝装置 Download PDF

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Abstract

一种用于大型的现场架设的工业蒸汽冷凝装置的新型设计，其中所有管束均构造成次级管束，呈现为A形框架或V形结构；管与垂直方向成25‑35°角；从底部收集蒸汽并使用组合/混合歧管从管束的底部收集冷凝物，组合/混合歧管均把蒸汽输送给管道并收集来自管道的冷凝物，并且其构造成能够防止冷凝物再次转向蒸汽输送立管；并且其中管的横截面尺寸是宽度为125mm且横截面高度小于10mm，具有的翅片的高度为9.25mm，并且每英寸排列有9至12个翅片。

Description

全次级的空气冷却式工业蒸汽冷凝装置
技术领域
本发明涉及大型的现场架设的空气冷却式工业蒸汽冷凝装置。
背景技术
目前在大多数大型的现场架设的空气冷却式工业蒸汽冷凝装置(“ACC”)中使用的翅片管是扁平的管，其中长度约11m，宽度(也称为“空气行程长度”)为200mm，前缘和后缘呈半圆形，内部高度(垂直于空气行程长度)为18.8mm。管壁厚度为1.35mm。将翅片钎焊到每个管的两个平坦侧面。翅片高度通常为18.5mm，每英寸间设置有11个翅片。翅片表面呈波浪形图案，以增强热传递并有助于翅片的刚度。管与管之间的标准间距，以中心到中心的距离为57.2mm。管本身构成横截面面积(垂直于空气流动方向)的大约三分之一；而翅片构成横截面面积的近三分之二。相邻的翅片尖端之间有1.5mm的小空隙。对于夏季的环境条件，通过管的最大蒸汽速度通常可高达28mps，更典型地为23至25mps。由这些管和翅片组合设计形成的单个A形框架已经基于管的长度、翅片间距、翅片高度和形状以及空气行程长度得到了优化。组装翅片管形成热交换器管束，通常每个热交换器管束具有39个管件，并且有10-14个管束被设置成两个热交换器，每个风扇具有由所述两个热交换器共同构成的单个A形框架。风扇通常位于A形框架的下方，用于迫使空气通过管束。管和翅片的整体设计以及管和翅片的组合的气压降也得到优化，以匹配在200至250马力下运行的大型(直径为36英尺)风扇的转移空气的能力。自从20多年前引入单排椭圆管的概念以来，至今此种优化的布置在许多不同的制造商中仍保持相对不变。
上述典型的呈A形框架的ACC包括第一级或“初级”冷凝装置管束和第二级或“次级”管束。约80％至90％的热交换器管束属于第一级或初级冷凝装置管束(bundle)。蒸汽进入初级冷凝装置管束的顶部，而冷凝物和一些蒸汽则离开底部。第一级配置是具备热效率的；然而，它并未提供移除不可冷凝气体的方法。为了将不可冷凝气体吹扫通过第一级管束，10％至20％的热交换器管束被配置为第二级或次级管束，其通常散布在初级管束中，用于从下部冷凝物歧管吸取蒸汽。在这种布置中，当蒸汽和不可冷凝气体被吸入次级管束的底部时，蒸汽和不可冷凝气体穿过第一级管束。当气体混合物向上行进通过次级管束时，剩余的蒸汽冷凝物，浓缩成不可冷凝气体。次级管束的顶部连接到真空歧管，该真空歧管用于除去系统中不可冷凝气体。
例如美国专利US2015/0204611和US2015/0330709，已经公开了关于标准现有技术的ACC装置的变型。这些申请示出了相同但大幅缩短的翅片管，翅片管随后排列成一系列小型A形框架，通常为每个风扇具有5个A形框架。部分逻辑是降低蒸汽压降，这对夏季条件下的总容量影响很小，但对于冬季条件下的总容量影响更大。另一部分逻辑是，在工厂时便将顶部蒸汽歧管管道焊接到每个管束并将它们一起运输，从而可以节省昂贵的现场焊接工作。将蒸汽歧管在工厂连接并与管束一起运输的这种布置的净效果是，减小了管的长度，以便将歧管容纳在标准高度的立方体运输容器中。由于缩短了管子，因此表面积的总量减少，对于整体尺寸相似的标准单个A形框架设计的相对容量，在夏季条件下，则减少了约3％。
发明内容
本文提出的发明为：1)用于热交换器系统的新型管设计，包括但不限于大型的现场架设的工业蒸汽冷凝装置；以及2)用于发电厂等的大型的现场架设的工业蒸汽冷凝装置的新设计；两者均能够在显著增加ACC的热容量的同时减少在某些配置中使用的材料。本发明的各个方面和/或实施方案如下所述：
根据管设计发明的各种实施例，管的长度为2.044m，管的横截面尺寸为100-200mm宽，优选地，宽(空气行程长度)为125mm，同时横截面高度(垂直于空气行程长度)小于10mm，且横截面高度(也称为“外管宽度)优选为4-10mm，更优选为5.0-9mm，甚至更优选为5.2-7mm，最优选为6.0mm，并且每英寸排列有9至12个翅片，优选为9.8个翅片。根据另一优选实施例，实际翅片的高度可以是17-20mm，优选地是18.5mm，并且翅片跨越两个相邻管之间的间隔，有效地使每侧的每个管分别具有9.25mm的翅片。
当前本领域流行的观点是应该制造具有尽可能大的横截面的管，以便容纳由大型发电厂输出的大量的蒸汽，且正因为较大的管使得成本有所降低，而制造横截面较小的(相同的空气行程长度但高度明显较小的)管则与当前本领域流行的观点直接相反。尽管这种布置的成本明显高于现有技术的管件布置方案，然而发明人意外地发现，与现有技术的管相比，高度较低的管的效率的提高(在最优选的实施例中，相比较现有技术的管，效率提升超过30％)超过了弥补成本的增加。这种新型的管设计可以用于现有技术的大型的现场架设的工业蒸汽冷凝装置中(例如，如背景技术部分所述)，或者它可以与下面描述的新ACC设计结合使用。
对于大型的现场架设的工业蒸汽冷凝装置新设计而言，本发明的主要特征是根据本发明的ACC的所有管束均被构造成次级管束，其中，蒸汽从底部送入朝向上方的管(与管束的横向轴线平行对齐，每个管通常与垂直方向成25°-35°角，优选地成30°角)，并从底部收集管束中的冷凝物；优选地使用组合/混合歧管，其能够既向管传输蒸汽又能够从管中收集冷凝物。根据一实施例，组合/混合歧管可以构造成使得冷凝物无法沿着蒸汽输送立管返回，而是被输送到与组合/混合歧管连接的冷凝物回收管。根据一替代实施例，组合/混合歧管可以构造成使得冷凝物能够沿着蒸汽输送立管向下行进并且从更靠近地面的蒸汽输送管移除。管的顶部连接到独立的歧管，用于收集不可冷凝气体。这种新型的“全次级”ACC布置可以配置在A形框架中，其中两个次级管束在顶部连接，单个歧管从这些管中收集不可冷凝气体，或者有两个不可冷凝歧管，一个不可冷凝歧管在每个管束的顶部。
对于本文中使用术语“全次级”(all secondary)和“无初级”(no primaries)指代的大型的现场架设的空气冷却式工业蒸汽冷凝装置，其中所有管束从底部接收蒸汽并在底部收集冷凝物，并且将不可冷凝气体从顶部排出。相比之下，大型的现场架设的空气冷却式工业蒸汽冷凝装置中的初级管束则是在顶部接收蒸汽且在底部输送冷凝物，并且将底部的不可冷凝气体输送到单独的次级冷凝装置。
然而，优选地，本发明的ACC可以布置成V形结构，其中两个仅次级(secondary-only)冷凝装置管束在底部的单个组合式蒸汽分配歧管/冷凝物收集歧管处接合，其中一独立的不可冷凝收集歧管设在各个管束的顶部。
根据V形结构的优选实施例，由于蒸汽歧管位于管束的底部，使得进入歧管的位置多于一个，因此减小了歧管的尺寸并允许翅片管稍长。当与本文所述的横截面较小的管(200mm乘小于10mm高，其中，高度优选为4-10mm，更优选为5.0-9mm，甚至更优选为5.2-7mm，最优选为6.0mm)组合时，相对于上文所述的标准ACC布置和结构而言，该系统展示出其性能至少提升了25％至30％，并且该装置可以在平面区域中以相似的量制造得更小。
根据另一替代实施例，本发明的具有偏置(offset)翅片的新ACC设计可以与尺寸为100mm乘高度优选为4-10mm的管一起使用，其中高度更优选为5.0-9mm，甚至更优选为5.2-7mm，并且最优选为6.0mm。
根据另一实施例，本发明的新ACC设计可以与120mm或长达200mm乘5mm至7mm的管一起使用，管具有“箭头”形翅片，其中每英寸布置有9.8个翅片。
根据又一实施例，本发明的新ACC设计可以与具有“百叶窗状”翅片的管一起使用，“百叶窗状”翅片具有与偏置翅片大致相同的性能，并且更容易获取与制造。
根据本发明的优选和最优选实施例，结合最优选的ACC结构和最优选的管尺寸，本发明的ACC具有以下特征和尺寸：
·全部管束均是次级管束(所有管均从底部接收蒸汽，通过底部分送冷凝物并将不可冷凝气体分送出顶部)；
不具有初级管束；
·每个单元/风扇有四个、五个(最优选的)或六个V形管束对；
·管外尺寸的横截面为4-10mm(优选为5-7mm，最优选为6.0mm)乘100-200mm(最优选为125mm)；
·管间距c-c为20-29mm(最优选为24.5mm)；
·管壁厚度为0.7-0.9mm(最优选为0.8mm)；
·每个管束具有40-60(最优选为50)个管；
·管长为1700-2400mm(最优选为2044mm)；
·箭头形翅片(优选的，而不是必需的)跨越在相邻管之间并与两个管热连接；
·翅片高度为17-19mm(最优选为18.5mm(每个管侧的有效高度为9.25mm))；
·空气行程长度为95mm-195mm，最优选为120mm。
相对而言，根据该最优选实施例的总管束面面积是具有相同的总风扇功率、蒸汽体积和热条件的现有技术ACC的面积的79％；同样地，该最优选实施例的总计划面积是具有相同的总风扇功率、蒸汽体积和热条件的现有技术ACC的面积的79％。
另外，本发明的ACC设计可以更容易地定位，从而在发电厂内所需要的总空间更少。
附图说明
图1A是现有技术的大型的现场架设的空气冷却式工业蒸汽冷凝装置的热交换部分的透视图；
图1B是现有技术的大型的现场架设的空气冷却式工业蒸汽冷凝装置的热交换部分的局部分解近视图，示出了管相对于蒸汽分配歧管的朝向；
图2是根据本发明第一实施例的大型的现场架设的空气冷却式工业蒸汽冷凝装置(“ACC”)的热交换部分的透视图；
图3是根据本发明第二实施例的大型的现场架设的空气冷却式工业蒸汽冷凝装置(“ACC”)的热交换部分的透视图；
图4A是根据本发明第三实施例的大型的现场架设的空气冷却式工业蒸汽冷凝装置(“ACC”)的热交换部分的透视图；
图4B是根据本发明第四实施例的大型的现场架设的空气冷却式工业蒸汽冷凝装置(“ACC”)的热交换部分的透视图；
图5是现有技术ACC管和翅片的横截面透视图；
图6是根据本发明一实施例的微型管和翅片的透视图；
图7是根据本发明另一实施例的微型管和翅片的透视图；
图8是根据本发明一实施例的一列大型的现场架设的空气冷却式工业蒸汽冷凝装置的侧视图，其包括如图4A所示的呈V形且仅次级热交换管束对的布置；
图9是图8中所示的大型的现场架设的空气冷却式工业蒸汽冷凝装置的端视图；
图10是图8中所示的大型的现场架设的空气冷却式工业蒸汽冷凝装置的俯视图，示出了一个涡轮排气管分成6个(6列)纵向蒸汽集管，每个蒸汽集管包括6个单元；
图11是根据本发明一实施例的次级冷凝装置翅片管束的透视图；
图12是在图11中呈现的次级冷凝装置翅片管束的透视图照片。
具体实施方式
具有全次级管束的A形框架ACC
参考图2，管2布置在次级管束4中。管2的纵向轴线与管束的横向轴线平行对齐，每个管通常与垂直方向成25°-35°角，优选地成30°角。组合式蒸汽分配/冷凝物收集歧管6附接在两个次级管束4中的每一个的底部处，两个次级管束4在其顶部接合构成A形框架结构。蒸汽通过组合式蒸汽分配/冷凝物收集歧管6分送到管2，且当蒸汽冷凝并沿管2向下行进到组合式蒸汽分配/冷凝物收集歧管6中时，在管2中形成冷凝物。单个不可冷凝收集歧管8附接到两个管束6的顶部，以收集行进到管2顶部的不可冷凝气体。蒸汽通过立管12从蒸汽管道10供应到组合式蒸汽分配/冷凝物收集歧管6。收集在组合式蒸汽分配/冷凝物收集歧管6中的冷凝水被带离ACC进入冷凝物回收管14中。
图3示出了与图2的实施例非常相似的实施例，除了每个管束4在其顶部连接到专用的不可冷凝收集歧管。
具有全次级管束的呈V形的ACC
参考图4A和图4B，管2布置在次级管束4中。管2的纵向轴线与管束的横向轴线平行对齐，每个管通常与垂直方向成25°-35°角，优选地成30°角。组合式蒸汽分配/冷凝物收集歧管6附接在两个次级管束4的底部，两个次级管束4以55°-65°的角度连成V形结构，其中角度优选为60°。蒸汽通过组合式蒸汽分配/冷凝物收集歧管6分送到管2，且当蒸汽冷凝并沿管2向下行进到组合式蒸汽分配/冷凝物收集歧管6中时，在管2中形成冷凝物。不可冷凝收集歧管8附接到两个管束6的顶部以收集行进到管2顶部的不可冷凝气体。蒸汽通过立管(riser)12从蒸汽管道10供应到组合式蒸汽分配/冷凝物收集歧管6。收集在组合的蒸汽分配/冷凝物收集歧管6中的冷凝水被带离ACC进入冷凝物回收管14中。
上述的新型ACC设计可以与任何现有技术的管一起使用，包括图5中所示的管，其中管的长度约为11m，宽度(或称“空气行进长度”)为200mm，前缘和后缘呈半圆形，并具有18.8mm的内部高度(垂直于空气行进长度)和1.35mm的管壁厚度；翅片钎焊(brazed)到每个管的两个平坦侧面，翅片高度通常为18.5mm，每英寸间距放置有11个翅片。然而，根据更优选的实施例，本发明的新型ACC设计具有以下特征和尺寸：
·全部管束均是次级管束(所有管均从底部接收蒸汽，通过底部分送冷凝物并将不可冷凝气体分送出顶部)；
不具有初级管束；
·每个单元/风扇有四个、五个(最优选的)或六个V形管束对；
·管外尺寸的横截面为4-10mm(优选为5-7mm，最优选为6.0mm)乘100-200mm(最优选为125mm)；
·管间距c-c为20-29mm(最优选为24.5mm)；
·管壁厚度为0.7-0.9mm(最优选为0.8mm)；
·每个管束具有40-60(最优选为50)个管；
·管长为1700-2400mm(最优选为2044mm)；
·箭头形翅片(优选的，而不是必需的)跨越在相邻管之间并与两个管热连接；
·翅片高度为18.5mm(每个管侧的有效高度为9.25mm)；
·空气行程长度为95mm-195mm，最优选为120mm。
对于具有恒定风扇功率的单个单元，与具有标准管的现有技术的A形框架设计相比，该优选实施例增加了25-30％的容量。
图8-图10示出了根据本发明一实施例的代表性的大型的现场架设的空气冷却式工业蒸汽冷凝装置，其具有图4A所示的呈V形仅次级热交换管束对。图8-图10中所示的装置是包括36个单元(6列×6个单元)的ACC，最优选的实施例是每个单元包括5个管束对，但是本发明也可以与任何尺寸的ACC一起使用，并且每个单元可以具有任意数量的管束对。

Claims (17)

1.一种连接工业蒸汽生产设施的具有全次级管束的大型现场架设的空气冷却式工业蒸汽冷凝装置，包括：
两个管束，其中每个管束包括多个彼此相邻安装的带翅片的扁平的管，每个所述管束的朝向设置为使得所述带翅片的扁平的管的纵向轴线与水平面成55°-65°角；
组合式蒸汽分配-冷凝物收集歧管，其连接到每个所述管束的底部并沿着所述管束的长度方向延伸，所述管束配置为将蒸汽输送到所述管的底部并且当蒸汽冷却时收集从所述蒸汽形成在所述管中的冷凝物；
不可冷凝收集歧管，其连接到每个所述管束的顶部，并沿着所述管束平行于所述蒸汽分配歧管的长度方向延伸，并配置成从所述蒸汽收集不可冷凝气体。
2.根据权利要求1所述的全次级管束的大型现场架设的空气冷却式工业蒸汽冷凝装置，其中，从所述管收集的所有冷凝物收集在所述组合式蒸汽分配-冷凝物收集歧管中。
3.根据权利要求1所述的全次级管束的大型现场架设的空气冷却式工业蒸汽冷凝装置，其中，输送到所述管的所有蒸汽均从所述组合式蒸汽分配-冷凝物收集歧管输送。
4.根据权利要求1所述的全次级管束的大型现场架设的空气冷却式工业蒸汽冷凝装置，其中，所述带翅片的扁平的管的纵向轴线与水平面成60°角。
5.根据权利要求1所述的全次级管束的大型现场架设的空气冷却式工业蒸汽冷凝装置，其不包括初级冷凝装置管。
6.根据权利要求1所述的全次级管束的大型现场架设的空气冷却式工业蒸汽冷凝装置，其中，所述两个管束以A形框架的结构布置，其中单个不可冷凝收集歧管连接到所述两个管束的两者的顶部并且独立的组合式蒸汽分配-冷凝物收集歧管附接到所述两个管束的两者的底部。
7.根据权利要求1所述的全次级管束的大型现场架设的空气冷却式工业蒸汽冷凝装置，其中，所述两个管束以A形框架的结构布置，具有两个不可冷凝收集歧管，每个不可冷凝收集歧管分别连接在所述两个管束中的一个的顶部，并且具有两个组合式蒸汽分配-冷凝物收集歧管，每个组合式蒸汽分配-冷凝物收集歧管附接在所述两个管束中的一个的底部。
8.根据权利要求1所述的全次级管束的大型现场架设的空气冷却式工业蒸汽冷凝装置，其中，所述两个管束以V形结构布置，其中单个组合式蒸汽分配-冷凝物收集歧管连接到所述两个管束的底部并且具有两个分离的不可冷凝收集歧管，一个不可冷凝收集歧管附接到所述两个管束的每一个的顶部。
9.根据权利要求1所述的全次级管束的大型现场架设的空气冷却式工业蒸汽冷凝装置，其中，所述管的横截面宽度为100mm-200mm且横截面高度为4-10mm。
10.根据权利要求1所述的全次级管束的大型现场架设的空气冷却式工业蒸汽冷凝装置，其中，所述管的横截面宽度为125mm且横截面高度为5.2-7mm。
11.根据权利要求1所述的全次级管束的大型现场架设的空气冷却式工业蒸汽冷凝装置，其中，所述管的横截面宽度为125mm且横截面高度为6.0mm。
12.根据权利要求1所述的全次级管束的大型现场架设的空气冷却式工业蒸汽冷凝装置，其中，所述管具有连接在所述管的扁平侧面上的翅片，所述翅片的高度为10mm，每英寸间隔设置9至12个翅片。
13.根据权利要求1所述的全次级管束的大型现场架设的空气冷却式工业蒸汽冷凝装置，其中，所述管的横截面宽度为200mm且横截面高度为17-20mm。
14.根据权利要求1所述的全次级管束的大型现场架设的空气冷却式工业蒸汽冷凝装置，其中，所述管的横截面宽度为200mm且横截面高度为18.8mm。
15.根据权利要求1所述的全次级管束的大型现场架设的空气冷却式工业蒸汽冷凝装置，其中，所述管的横截面宽度为125mm且横截面高度为4-10mm。
16.根据权利要求1所述的全次级管束的大型现场架设的空气冷却式工业蒸汽冷凝装置，其中，所述管的长度约为1700mm至约为2400m。
17.根据权利要求1所述的全次级管束的大型现场架设的空气冷却式工业蒸汽冷凝装置，其包括约40至约60个所述管。
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