CN110160372A - 间冷塔的散热装置、循环水冷却组件及发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发电设备领域，公开了一种间冷塔的散热装置、循环水冷却组件及发电系统，散热装置包括沿竖直方向间隔布置的集水部件和环形管道以及两端分别连接于集水部件和环形管道的多个散热管，多个散热管设置为在环形管道上周向间隔排列且朝向集水部件聚拢的锥形结构，散热装置的顶端设置有进水口，并且散热装置的底端设置有出水口。本发明的间冷塔的散热装置、循环水冷却组件及发电系统，散热装置与空气的热交换区域沿竖直方向延伸，能够形成较长的换热流程，增大了有效换热面积，并且空气沿竖直方向的流动阻力较小，能够形成较好的空气动力场进行散热，显著提高了冷却效率，有助于减小冷却塔的占地面积和降低生产成本。

Description

间冷塔的散热装置、循环水冷却组件及发电系统

技术领域

本发明涉及发电设备领域，具体地涉及一种间冷塔的散热装置、循环水冷却组件及发电系统。

背景技术

冷却塔是发电厂冷端系统的主要设备之一，主要用于维持汽轮机的排汽背压，并使热力系统实现朗肯循环，故其运行好坏直接影响机组和电厂的热经济性。其中，间接空气冷却塔(间冷塔)换热效果比直接空气冷却塔好，且受季节的影响也比直接空气冷却塔少。传统发电系统中的汽轮发电机组一般低位布置，从凝汽器排出的回水进入间冷塔的位置较低(通常从0米进入间冷塔，送到30米高的位置)，导致间冷塔内的散热装置的布置位置较低，布置空间有限，一般围绕间冷塔的周向方向布置在冷却塔的底部，散热装置主要与从冷却塔的侧面进入冷却塔内的横向移动(沿水平方向)的空气进行换热，热交换区域沿水平方向延伸，有效换热面积较小，并且空气横向移动的流动阻力较大，不利于形成较好的空气动力场进行散热，冷却效率不理想，间冷塔的占地面积较大，不利于工程成本的降低。

因此，存在设计一种能够提高冷却效率和减小间冷塔的占地面积的间冷塔的散热装置的需要。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的冷却效率不理想且间冷塔占地面积较大的问题，提供一种间冷塔的散热装置，该散热装置能够提高冷却效率和减小间冷塔的占地面积。

本发明的再一目的是为了提供一种包括上述散热装置的循环水冷却组件。

本发明的又一目的是为了提供一种包括上述循环水冷却组件的发电系统。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种间冷塔的散热装置，所述散热装置包括沿竖直方向间隔布置的集水部件和环形管道以及两端分别连接于所述集水部件和所述环形管道的多个散热管，多个所述散热管设置为在所述环形管道上周向间隔排列且朝向所述集水部件聚拢的锥形结构，所述散热装置的顶端设置有进水口，并且所述散热装置的底端设置有出水口。

在上述技术方案中，当凝汽器随汽轮机高位布置后，从凝汽器排放的回水能够高位进入冷却塔，冷却塔内的散热装置的布置空间较大，通过将集水部件和环形管道沿竖直方向间隔布置，且两端分别连接于集水部件和环形管道的多个散热管设置为在环形管道的周向方向间隔排列且朝向集水部件聚拢的锥形结构，使散热装置与空气的热交换区域沿竖直方向延伸，能够形成较长的换热流程，增大了有效换热面积，并且空气沿竖直方向的流动阻力较小，能够形成较好的空气动力场进行散热，显著提高了冷却效率，有助于减小冷却塔的占地面积和降低生产成本。

优选地，所述环形管道设置在所述集水部件的下方，所述进水口设置在所述集水部件上，所述出水口设置在所述环形管道上；或所述环形管道设置在所述集水部件的上方，所述进水口设置在所述环形管道上，所述出水口设置在所述集水部件上。

优选地，所述环形管道包括设置在所述集水部件的上方的上部环形管道和设置在所述集水部件的下方的下部环形管道，所述散热管包括设置在所述上部环形管道和所述集水部件之间的呈锥形结构的多个上部散热管以及设置在所述集水部件和所述下部环形管道之间的呈锥形结构的多个下部散热管，所述进水口设置在所述上部环形管道上，所述出水口设置在所述下部环形管道上。

优选地，所述集水部件包括封闭水箱；或所述集水部件包括环状管体，并且在所述环状管体围成的圆形开口中设置有用于封闭所述圆形开口的挡风板或烟囱。

优选地，所述环形管道包括上部环形管道和下部环形管道，多个所述散热管在所述上部环形管道和下部环形管道之间交叉布置形成两个锥形结构，多个所述散热管的交叉位置处形成所述集水部件，所述进水口设置在所述上部环形管道上，所述出水口设置在所述下部环形管道上。

优选地，所述环形管道包括外部环形管道和内部环形管道，所述散热管包括多个外部散热管和多个内部散热管，多个所述外部散热管设置为在所述外部环形管道上周向间隔排列且朝向所述集水部件聚拢的外部锥形结构，多个所述内部散热管设置为在所述内部环形管道上周向间隔排列且朝向所述集水部件聚拢的内部锥形结构，所述内部锥形结构位于所述外部锥形机构内侧。

本发明第二方面提供一种循环水冷却组件，所述循环水冷却组件包括间冷塔、循环水管道、通过所述循环水管道依次连接的循环水泵、凝汽器和上述的间冷塔的散热装置，所述散热装置位于所述间冷塔内部，所述循环水管道分别与所述进水口和所述出水口连接，所述凝汽器的排水口与所述散热装置的所述进水口等高设置。

优选地，所述环形管道的外周贴近所述间冷塔的内壁设置；所述循环水冷却组件包括密封所述环形管道的外周和所述间冷塔的内壁之间的间隙的弹性密封件；和/或所述循环水冷却组件包括通过管道连接所述循环水管道的稳压水池，所述管道上设置有稳压水泵。

优选地，所述循环水冷却组件包括：排气阀门，所述排气阀门与所述循环水管道内的最高水位连通设置；所述排气阀门和所述循环水管道通过竖直管道连接，所述竖直管道上设置有透明液位计；和/或敞口水箱，所述敞口水箱与所述循环水管道相连且所述敞口水箱内的水位不低于所述循环水管道内的最高水位，所述敞口水箱上设置有液位计。

本发明第三方面提供一种发电系统，所述发电系统包括锅炉、与所述锅炉通过蒸汽管道连接的汽轮机和上述的循环水冷却组件，所述凝汽器与所述汽轮机连接；所述汽轮机的与所述蒸汽管道连接的第一接口和所述锅炉的与所述蒸汽管道连接的第二接口等高设置，所述凝汽器靠近所述汽轮机设置。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1是现有技术的循环水冷却组件的结构示意图；

图2是本发明优选实施方式的循环水冷却组件的结构示意图；

图3是本发明优选实施方式的另一循环水冷却组件的结构示意图。

附图标记说明

1 集水部件 2 环形管道

21 上部环形管道 22 下部环形管道

3 散热管 31 上部散热管

32 下部散热管 10 间冷塔

20 循环水管道 30 循环水泵

40 凝汽器 50 散热装置

60 稳压水池 70 稳压水泵

801 排气阀门 802 敞口水箱

10’ 冷却塔 50’ 散热器

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图所示的上、下、左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

如图1所示，现有采用间接空气冷却塔的循环水冷却组件中从凝汽器40排出的回水一般从0米进入冷却塔10’，冷却塔10’内的散热器50’的布置高度较低，一般30米左右，散热器50’的布置空间有限，一般围绕冷却塔10’的周向方向布置在冷却塔10’的底部，散热器50’主要与从冷却塔10’的侧面进入冷却塔内的横向移动(沿水平方向)的空气进行换热，热交换区域沿水平方向延伸，有效换热面积较小，并且空气横向移动的流动阻力较大，不利于形成较好的空气动力场进行散热，冷却效率不理想，间冷塔的占地面积较大，不利于生产成本的降低。

基于上述技术中冷却效率不理想且间冷塔占地面积较大的问题，本发明提供一种能够解决上述技术问题的间冷塔的散热装置及包括该散热装置的发电系统，下文将通过具体的实施方式并结合相应的附图对散热装置和发电系统进行详细的描述。

本发明一方面提供一种间冷塔的散热装置，所述散热装置包括沿竖直方向间隔布置的集水部件1和环形管道2以及两端分别连接于所述集水部件1和所述环形管道2的多个散热管3，多个所述散热管3设置为在所述环形管道2上周向间隔排列且朝向所述集水部件1聚拢的锥形结构，所述散热装置的顶端设置有进水口，并且所述散热装置的底端设置有出水口。

其中，为了增大散热管3与空气的接触面积，散热管3可为片状。进一步地，为了降低流动阻力，散热管3可为直线形，而为了延长换热流程，散热管3可为弯曲形，以便进一步增加循环水的流程，提高散热效率，此时形成的结构为近似的锥形结构，但仍然属于本发明的保护范围。

为了使循环水在散热装置内分布更加均匀，集水部件1设置在环形管道2的中心轴线处。另外，循环水一般从散热装置的顶部流动至散热装置的底部，因此，进水口设置在散热装置的顶端，出水口设置在散热装置的底端，然而在其他情况下，循环水也可从散热装置的底部流动至散热装置的顶部，此时，进水口设置在散热装置的底端，出水口设置在散热装置的顶端。

在上述技术方案中，当凝汽器随汽轮机高位布置后，从凝汽器排放的回水能够高位进入冷却塔，冷却塔内的散热装置的布置空间较大，通过将集水部件1和环形管道2沿竖直方向间隔布置，且两端分别连接于集水部件1和环形管道2的多个散热管3设置为在环形管道2的周向方向间隔排列且朝向集水部件1聚拢的锥形结构，使散热装置与空气的热交换区域沿竖直方向延伸，能够形成较长的换热流程，增大了有效换热面积，并且空气沿竖直方向的流动阻力较小，能够形成较好的空气动力场进行散热，从而显著提高了冷却效率，有助于减小冷却塔的占地面积和降低生产成本。

以600MW等级机组为例，在如图1所示的传统低位布置的循环水冷却组件中，回水从0米进入冷却塔且散热器50’的布置的高度在30米左右时，传统机组间冷塔的散热器的布置面积为1.7万平方米，而在如图2所示的凝汽器高位布置的循环水冷却组件中，至少可以实现50米高度回水，因此散热装置的布置高度也可以从50米往下设置，此时可使散热装置的布置面积至少达到2.5万平方米，大大提高了散热装置的布置空间，进而提高了散热装置的有效换热面积，有助于冷却效率的提高和减小间冷塔的占地面积。

另外，在竖直方向间隔布置的集水部件1和环形管道2的相对位置可以有但不限于以下四种实施方式：

第一种实施方式

如图2所示，所述环形管道2设置在所述集水部件1的下方，所述进水口设置在所述集水部件1上，所述出水口设置在所述环形管道2上。此时多个散热管3呈正锥形布置，从间冷塔底部进入的空气在间冷塔内向上流动时可与散热管3形成逆流换热，换热效果好，冷却效果较佳。

第二种实施方式

所述环形管道2设置在所述集水部件1的上方，所述进水口设置在所述环形管道2上，所述出水口设置在所述集水部件1上。此时多个散热管3呈倒锥形布置，从间冷塔底部进入的空气在间冷塔内向上流动时可与散热管3形成顺流换热。

第三种实施方式

如图3所示，所述环形管道2包括设置在所述集水部件1的上方的上部环形管道21和设置在所述集水部件1的下方的下部环形管道22，所述散热管3包括设置在所述上部环形管道21和所述集水部件1之间的呈锥形结构的多个上部散热管31以及设置在所述集水部件1和所述下部环形管道22之间的呈锥形结构的多个下部散热管32，所述进水口设置在所述上部环形管道21上，所述出水口设置在所述下部环形管道22上。此时，多个上部散热管31形成倒锥形结构，多个下部散热管32形成正锥形结构，空气上升过程中实现了两次对流换热，提高了换热流程，大幅挖掘了空气的冷却能力，能够保证机组对循环水的温度要求。使用时，循环水从进水口进入上部环形管道21，经过上部散热管31、下部散热管32后，流动至下部环形管道22，并从出水口流出。另外，在该种实施方式中也可设置合理的结构，以便根据需要将散热装置切换为第一种实施方式或第二种实施方式中的结构。

在上述三种实施方式中，所述集水部件1可包括封闭水箱，或者所述集水部件可包括环状管体，并且在所述环状管体围成的圆形开口中设置有用于封闭所述圆形开口的挡风板或烟囱。

第四种实施方式

如图3所示，所述环形管道2包括上部环形管道21和下部环形管道22，多个所述散热管3在所述上部环形管道21和下部环形管道22之间交叉布置形成两个锥形结构，多个所述散热管3的交叉位置处形成所述集水部件1，所述进水口设置在所述上部环形管道21上，所述出水口设置在所述下部环形管道22上。此时集水部件1是多个散热管3交叉布置的聚拢部位，布置散热管3时可在中心假想一个圆，每根散热管3与该圆相切布置形成一大一小两个锥形结构(由于间冷塔一般为双曲线结构，间冷塔的上部直径小于下部直径，因此上部锥形结构比下部锥形结构要小)，集水部件1为一大一小两个锥形结构的共用顶部，最后将该圆例如使用前面提到的挡风板进行封闭或者可将烟囱设置在该圆处进行封闭，以防止空气流出，使空气尽可能地从散热管3经过。

其中，优选地，所述环形管道2包括外部环形管道和内部环形管道，所述散热管3包括多个外部散热管和多个内部散热管，多个所述外部散热管设置为在所述外部环形管道上周向间隔排列且朝向所述集水部件1聚拢的外部锥形结构，多个所述内部散热管设置为在所述内部环形管道上周向间隔排列且朝向所述集水部件1聚拢的内部锥形结构，所述内部锥形结构位于所述外部锥形机构内侧。这样能够进一步增大散热管3的布置面积，有助进一步增强散热效果，提高冷却效率。

本发明第二方面提供一种循环水冷却组件，如图2和图3所示，所述循环水冷却组件包括间冷塔10、循环水管道20、通过所述循环水管道20依次连接的循环水泵30、凝汽器40和上述的间冷塔的散热装置50，所述散热装置50位于所述间冷塔10内部，所述循环水管道20分别与所述进水口和所述出水口连接，所述凝汽器40的排水口与所述散热装置50的所述进水口等高设置。当汽轮发电机组整体高位布置后，凝汽器40的位置也随之提高，将凝汽器40的排水口与所述散热装置50的进水口等高设置，可充分利用回水势能，并且循环水回水高度达到50米以上时，完全满足了传统循环水泵的汽蚀余量(一般为10米以内)，因此高位布置凝汽器后的循环水泵30选型可进行深度优化，不必再采用深埋型式，可以采用卧式泵，卧式泵在轴系支撑方式和长度方面比长轴立式泵存在明显优势，便于巡视和维护，同时可靠性更好。传统循环水泵转速一般在400转/分以下，该回水高度下，可以进一步提高循环水泵的转速设计，进而可以从效率、布置和投资等方面灵活选择循环水泵的型式。

由于大多数物体都存在热胀冷缩的现象，并且考虑到散热装置50与间冷塔10之间存在间隙时，间隙处的阻力较小，空气会从该间隙通过，影响冷却效果，因此优选地，所述环形管道2的外周贴近所述间冷塔10的内壁设置，所述循环水冷却组件包括密封所述环形管道2的外周和所述间冷塔10的内壁之间的间隙的弹性密封件。

为了补充水分损失，使循环水管道20内的流量满足要求，以稳定压力和保证工作正常，优选地，所述循环水冷却组件包括通过管道连接所述循环水管道的稳压水池60，所述管道上设置有稳压水泵70。并且，稳压水池60内的水量要至少满足24小时最大补水量要求。由于设置了稳压水泵70，因此凝汽器40高位布置后无需相应增加循环水泵30的扬程，只需考虑克服系统沿程阻力的增加即可，回水势能得到有效利用，循环水泵30的功率无需大幅增加。

为了保证循环水冷却设备中处于没有空气积存的充满冷却水的状态，优选地，所述循环水冷却组件包括排气阀门801，所述排气阀门801与所述循环水管道20内的最高水位连通设置，确保只要设备中有空气就能立即释放到大气中，以保证冷却效率，并且为了方便观察设备中有无空气积存，所述排气阀门801和所述循环水管道20通过竖直管道连接，所述竖直管道上设置有透明液位计。可选择地，所述循环水冷却组件可包括敞口水箱802，所述敞口水箱802与所述循环水管道20相连且所述敞口水箱802内的水位不低于所述循环水管道20内的最高水位，所述敞口水箱802上设置有液位计，以便及时获知液位高度。其中，液位计可设置在敞口水箱802的内部，可选择地，液位计设置在敞口水箱802的外部，例如设置在敞口水箱802外部的液位计通过沿竖直方向由下至上间隔设置的第一水平管道和第二水平管道与敞口水箱802连通，设置在较低位置的第一水平管道与敞口水箱802内的水和液位计内的水均连通，设置在较高位置的第二水平管道与敞口水箱802内的水面上方的空气和液位计内的水面上方的空气连通。此时，通过敞口水箱802不仅可用于排放循环水管道20内的空气，还可通过观察敞口水箱802内的液位来判断稳压水泵70是否需要工作以将稳压水池60内的水补充至循环水管道20，这样稳压水泵70无需连续运行来控制管道内的压力，即稳压水泵70可间断运行，减少了稳压水泵70的能耗，优化了系统性能，有利于成本的降低。

本发明第三方面提供一种发电系统，所述发电系统包括锅炉、与所述锅炉通过蒸汽管道连接的汽轮机和上述的循环水冷却组件，所述凝汽器40与所述汽轮机连接；所述汽轮机的与所述蒸汽管道连接的第一接口和所述锅炉的与所述蒸汽管道连接的第二接口等高设置，所述凝汽器40靠近所述汽轮机设置。本申请中，在汽轮机高位布置后，冷凝器不局限于采用空气直接冷却的方式，而是采用湿冷凝汽器，这样使凝汽器受环境(例如温度、风向和风速等)的影响较小，性能更加稳定，有助于提高发电系统运行的经济性和安全性。

由于该循环水冷却组件和该发电系统包括上述的间冷塔的散热装置50，因此具有上文关于间冷塔的散热装置50的所有或至少部分的技术效果，更具体的技术方案的细节和效果可参照上文。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种间冷塔的散热装置，其特征在于，所述散热装置包括沿竖直方向间隔布置的集水部件(1)和环形管道(2)以及两端分别连接于所述集水部件(1)和所述环形管道(2)的多个散热管(3)，多个所述散热管(3)设置为在所述环形管道(2)上周向间隔排列且朝向所述集水部件(1)聚拢的锥形结构，所述散热装置的顶端设置有进水口，并且所述散热装置的底端设置有出水口。

2.根据权利要求1所述的间冷塔的散热装置，其特征在于：

所述环形管道(2)设置在所述集水部件(1)的下方，所述进水口设置在所述集水部件(1)上，所述出水口设置在所述环形管道(2)上；或

所述环形管道(2)设置在所述集水部件(1)的上方，所述进水口设置在所述环形管道(2)上，所述出水口设置在所述集水部件(1)上。

3.根据权利要求1所述的间冷塔的散热装置，其特征在于，所述环形管道(2)包括设置在所述集水部件(1)的上方的上部环形管道(21)和设置在所述集水部件(1)的下方的下部环形管道(22)，所述散热管(3)包括设置在所述上部环形管道(21)和所述集水部件(1)之间的呈锥形结构的多个上部散热管(31)以及设置在所述集水部件(1)和所述下部环形管道(22)之间的呈锥形结构的多个下部散热管(32)，所述进水口设置在所述上部环形管道(21)上，所述出水口设置在所述下部环形管道(22)上。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的间冷塔的散热装置，其特征在于：

所述集水部件(1)包括封闭水箱；或

所述集水部件包括环状管体，并且在所述环状管体围成的圆形开口中设置有用于封闭所述圆形开口的挡风板或烟囱。

5.根据权利要求1所述的间冷塔的散热装置，其特征在于，所述环形管道(2)包括上部环形管道(21)和下部环形管道(22)，多个所述散热管(3)在所述上部环形管道(21)和下部环形管道(22)之间交叉布置形成两个锥形结构，多个所述散热管(3)的交叉位置处形成所述集水部件(1)，所述进水口设置在所述上部环形管道(21)上，所述出水口设置在所述下部环形管道(22)上。

6.根据权利要求1所述的间冷塔的散热装置，其特征在于，所述环形管道(2)包括外部环形管道和内部环形管道，所述散热管(3)包括多个外部散热管和多个内部散热管，多个所述外部散热管设置为在所述外部环形管道上周向间隔排列且朝向所述集水部件(1)聚拢的外部锥形结构，多个所述内部散热管设置为在所述内部环形管道上周向间隔排列且朝向所述集水部件(1)聚拢的内部锥形结构，所述内部锥形结构位于所述外部锥形结构内侧。

7.一种循环水冷却组件，其特征在于，所述循环水冷却组件包括间冷塔(10)、循环水管道(20)、通过所述循环水管道(20)依次连接的循环水泵(30)、凝汽器(40)和根据权利要求1-6中任一项所述的间冷塔的散热装置(50)，所述散热装置(50)位于所述间冷塔(10)内部，所述循环水管道(20)分别与所述进水口和所述出水口连接，所述凝汽器(40)的排水口与所述散热装置(50)的所述进水口等高设置。

8.根据权利要求7所述的循环水冷却组件，其特征在于：

所述环形管道(2)的外周贴近所述间冷塔(10)的内壁设置；所述循环水冷却组件包括密封所述环形管道(2)的外周和所述间冷塔(10)的内壁之间的间隙的弹性密封件；和/或

所述循环水冷却组件包括通过管道连接所述循环水管道的稳压水池(60)，所述管道上设置有稳压水泵(70)。

9.根据权利要求7或8所述的循环水冷却组件，其特征在于，所述循环水冷却组件包括：

排气阀门(801)，所述排气阀门(801)与所述循环水管道(20)内的最高水位连通设置；所述排气阀门(801)和所述循环水管道(20)通过竖直管道连接，所述竖直管道上设置有透明液位计；和/或

敞口水箱(802)，所述敞口水箱(802)与所述循环水管道(20)相连且所述敞口水箱(802)内的水位不低于所述循环水管道(20)内的最高水位，所述敞口水箱(802)上设置有液位计。

10.一种发电系统，其特征在于，所述发电系统包括锅炉、与所述锅炉通过蒸汽管道连接的汽轮机和根据权利要求7-9中任一项所述的循环水冷却组件，所述凝汽器(40)与所述汽轮机连接；所述汽轮机的与所述蒸汽管道连接的第一接口和所述锅炉的与所述蒸汽管道连接的第二接口等高设置，所述凝汽器(40)靠近所述汽轮机设置。