CN111373219A - 风冷式冷凝器的三级热交换器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于冷凝来自涡轮机的废蒸汽的V形热交换器。V形热交换器包括以V形几何形状放置的初级单排冷凝管、次级单排冷凝管和三级单排冷凝管。蒸汽供应歧管将废蒸汽供应到初级管的下端，并且在初级管中未冷凝的蒸汽在初级管的上端处被收集并且使用顶部连接歧管被输送到次级管。在次级管中未冷凝的蒸汽通过底部连接歧管进一步输送到三级管。三级管在其端部与用于排出不可冷凝气体的排出歧管耦接。

Description

风冷式冷凝器的三级热交换器

技术领域

本发明涉及一种热交换器，其用于冷凝来自例如发电厂的蒸汽轮机的废蒸汽。更具体地说，本发明涉及一种V形热交换器和一种包括两个V形热交换器的W形热交换器。

本发明还涉及一种包括V形热交换器或W形热交换器的风冷式冷凝器(ACC)。

根据本发明的另一方面，提供了一种使用风冷式冷凝器来冷凝来自蒸汽轮机的废蒸汽的方法。

背景技术

用于冷凝来自发电厂的蒸汽的各种风冷式冷凝器(ACC)类型在本领域中是已知的。这些风冷式冷凝器利用由平行布置的多个翅片式冷凝管形成的热交换器。翅片式冷凝管与周围空气接触，当蒸汽通过冷凝管时，蒸汽放出热量并最终被冷凝。通常，平行放置的多个冷凝管被分组以形成管束。热交换器可包括多个管束。

位于管束下方或上方的机动风扇分别产生通过冷凝管的强制通风或诱导通风。为了具有足够的风量来循环，风扇和热交换器相对于地板平面放置处于较高的高度。根据风冷式冷凝器的详细设计，需要例如4m至20m的高度。

冷凝管相对于水平面处于竖直位置或倾斜位置。这样，当在冷凝管中形成冷凝物时，冷凝物可以通过重力流到下管端部，在该下管端部，冷凝物被收集在与冷凝物收集罐连接的排水管中。

热交换器的一种众所周知的几何形状是这样的几何形状，其中冷凝管以△(delta)形几何形状布置，其中冷凝管从顶部蒸汽供应歧管接收废蒸汽，该顶部蒸汽供应歧管连接在冷凝管的上管端部。在这种几何形状下，当运行时，冷凝管中的蒸汽和冷凝物以相同的方向流动，即所谓的并流模式(也称为并行模式)。排水管与冷凝管的下端耦接，用于收集冷凝物。这些热交换器的冷凝管可以具有例如10至12米的长度。

热交换器的另一种几何形状是所谓的V形几何形状，其中冷凝管以V形几何形状定位。这种V形热交换器包括相对于竖直平面倾斜的第一组冷凝管和第二组冷凝管。在第一组管和第二组管之间形成张角δ，其中张角δ的典型值在40°和80°之间。

在美国专利US3707185中描述了基于V形的ACC的示例。在该示例中，多排冷凝管以V形几何形状放置，并且热交换器以逆流(counter-current)模式(也称为逆流(counter-flow)模式)运行，其中蒸汽和冷凝物沿相反方向流动。蒸汽供应歧管包括排放部分，以排放来自V形热交换器的每个冷凝管的冷凝物。冷凝管的上管端部连接排气阀，以抽出不可冷凝气体。该热交换器被称为单级热交换器，因为蒸汽在通过单个冷凝管的一次通行期间被冷凝。在该V形热交换器中，当蒸汽供应歧管将废蒸汽供应到冷凝管的下管端部时，蒸汽和冷凝物沿相反方向流动，即逆流模式。

在US3707185中描述的单级V形热交换器的问题之一是，由于在多排管道中变化的冷凝速率，在管中可能出现死区，该死区充满了不可冷凝气体。这降低了热交换器的效率。此外，由于不可冷凝气体的这种无效的排放，在冬季可能发生管束中冷凝物的冻结，并且引起冷凝管的严重损坏。

在专利出版物US7096666中，描述了一种具有V形热交换器的ACC，其中V形热交换器包括具有10米管长的单排冷凝管。在运行时，该热交换器采用两级冷凝方案。第一级冷凝器的冷凝管以V形几何形状放置，并设计成在蒸汽穿过第一冷凝管之后，并非所有的蒸汽都被冷凝。在US7096666中，在第一次穿过冷凝管期间未冷凝的蒸汽在上管端部收集，并通过传输管传输到以逆流模式运行的第二级冷凝器。该第二级冷凝器位于垂直于上述竖直平面的平面中，并且第二级冷凝器使用专用风扇来产生通过第二级冷凝器的气流。第二级冷凝器被配置为提取不可冷凝的气体。

在US7096666中描述的ACC的问题之一是第一级冷凝器，其是V形冷凝器，很复杂，并且需要用于将废蒸汽注入到冷凝管的下管端部和上管端部的方式。顶部连接歧管被配置为用于提取和注入蒸汽，并且需要传输管来将剩余的蒸汽输送到第二冷凝器。第二冷凝器的管子竖直放置，且合并在ACC的端壁中。该ACC还需要专用的支撑结构来支撑第二冷凝器和第二冷凝器的专用风扇。在US7096666中，第一级冷凝器和第二级冷凝器的冷凝管也不同。第一级冷凝器的冷凝管需要特定的侧部蒸汽抽取开口。尽管US7096666的ACC提供了用于减少上述死区的解决方案，并且还提供了提取不可冷凝气体的系统，但ACC具有较复杂从而导致成本增加的缺点。而且，考虑到复杂性以及所需的各种设备部件和支撑结构，增加了现场组装和架设这类ACC的时间。

在US2017/0234168A1中，公开了一种风冷式冷凝器，该风冷冷凝器包括以并流模式操作的V形热交换器。以V形布置的管束的上端与蒸汽供应管线连接，并且冷凝物收集器与管束的下端连接。该文献中公开的V形热交换器的缺点是，需要专用的支撑结构来支撑管束、蒸汽供应管线和冷凝物收集器，例如在US2017/0234168A1的图5和图6中所示。实际上，该V形热交换器安装在沿与蒸汽供应管线平行的纵向方向延伸的支撑托架上，并且管束进一步由侧向支柱和/或由辅助△形网格支撑结构来支撑。支撑托架附接到支撑风扇的中央支柱。这种V形热交换器的另一个缺点是，当蒸汽从顶部供应到管束时，必须在较高的高度供应废蒸汽，因此系统需要附加的蒸汽供应管道以将废蒸汽带到所需的高度。这种支撑V形热交换器的复杂支撑结构导致风冷式冷凝器的成本增加，并且还导致组装风冷式冷凝器的时间增加。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型改进的耐用热交换器，其降低了冷凝管中冷凝物冻结的潜在风险，并且同时可以制造生产和安装时间减少的、成本高效的风冷式冷凝器。

本发明在所附的独立权利要求中限定。优选实施例在从属权利要求中限定。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于冷凝来自涡轮机的废蒸汽的V形热交换器。这种V形热交换器包括第一组初级管和第二组初级管。第一组初级管是单排冷凝管，其平行放置并且相对于竖直平面V以角度δ1倾斜，其中15°＜δ1＜80°，优选20°＜δ1＜40°。第二组初级管是单排冷凝管，其平行放置并且相对于竖直平面以角度δ2倾斜，并且其中15°＜δ2＜80°，并且其中在第一组初级管和所述第二组初级管之间形成张角δ＝δ1+δ2。

V形热交换器包括蒸汽供应歧管，其与第一组初级管中的初级管的下管端部耦接并且与第二组初级管中的初级管的下管端部耦接。蒸汽供应歧管包括蒸汽供应部分，其用于将废蒸汽输送到第一组初级管和第二组初级管中的初级管的下管端部，以及冷凝物排放部分，其被配置为用于从第一组初级管和第二组初级管中的初级管排放冷凝物。

根据本发明的V形热交换器的特征在于，其包括第一组次级管和第二组次级管。第一组次级管是单排冷凝管，其平行放置并且相对于竖直平面V以所述角度δ1倾斜。第二组次级管是单排冷凝管，其平行放置并且相对于竖直平面以所述角度δ2倾斜，使得在第一组次级管和第二组次级管之间形成张角δ＝δ1+δ2。

V形热交换器包括至少第一组三级管，其中第一组三级管平行放置并且相对于所述竖直平面V以角度δ1倾斜，优选地三级管是单排冷凝管。

根据本发明的V形热交换器还包括第一顶部连接歧管、第二顶部连接歧管、底部连接歧管和用于排出不可冷凝气体的至少第一排出歧管。

第一顶部连接歧管使第一组初级管中的初级管的上管端部与第一组次级管中的次级管的上管端部耦接。

第二顶部连接歧管使第二组初级管中的初级管的上管端部与第二组次级管中的次级管的上管端部耦接。

底部连接歧管与第一组次级管中的次级管的下管端部耦接，与第二组次级管中的次级管的下管端部耦接，并且与至少第一组三级管中的三级管的下管端部耦接。

用于排出不可冷凝气体的至少第一排出歧管与至少第一组三级管中的三级管的上管端部耦接。

底部连接歧管包括排放装置，该排放装置配置为用于从第一组次级管和第二组次级管中的次级管排放冷凝物，并用于从至少第一组三级管中的三级管排放冷凝物。

有利地，通过如要求保护的那样耦接冷凝管，形成三阶段热交换器，其中蒸汽能够在三个连续的冷凝管中流动，并且其中不可冷凝气体被有效地排出。当运行时，在第一阶段，第一组初级管和第二组初级管中的初级管以逆流模式运行，在逆流模式中蒸汽和冷凝物沿相反方向流动。在第二阶段，在第一阶段中未冷凝的剩余蒸汽在第一组次级管和第二组次级管中的次级管内以并流模式进一步冷凝。最后，在第三阶段，三级管以逆流模式运行以冷凝在第一阶段和第二阶段中未冷凝的其他的剩余蒸汽。三阶段冷凝方案允许通过与三级管的上管端部连接的排出歧管有效地排出不可冷凝的气体。实际上，不可冷凝气体与蒸汽一起通过初级管、次级管和三级管的顺序被驱动。不可冷凝气体在三级管的顶部终结，在该顶部他们被抽取。这样，在冷凝管中不会产生死区，因此大大降低了在冬季冷凝物冻结的风险。

有利地，通过将所有管子放置成V形几何形状，便于现场的组装工作和架设工作。例如，具有冷凝管、顶部歧管和底部蒸汽供应歧管的V形热交换器可以首先进行预组装，然后作为一个整体被提升并放置在支撑下部结构上。

有利地，通过使用在初级管的下管端部的供应蒸汽的蒸汽供应歧管，蒸汽供应歧管位于V形热交换器的顶点区域中。这样，蒸汽供应歧管还用作热交换器的加强元件和支撑元件。例如，不需要附加的支撑结构来支撑冷凝管和顶部歧管。

此外，风扇平台可以放置在顶部歧管的顶部上，并且风扇的重量因此也可以由蒸汽供应歧管支撑。将初级管、次级管和三级管布置成V形几何形状的另一个优点是，可以使用相同的风扇来冷却各种管。

有利地，相同类型的单排冷凝管可以用于初级冷凝管、次级冷凝管和三级冷凝管。

本发明还涉及一种用于冷凝来自涡轮机的废蒸汽的W形热交换器，该W形热交换器包括第一V形热交换器和与第一V形热交换器相邻放置的第二V形热交换器，使得第一V形热交换器的蒸汽供应歧管与第二V形热交换器的蒸汽供应歧管平行地定位。

使用W形热交换器的优点在于，例如可以将沿蒸汽供应歧管的方向延伸的单排风扇放置在热交换器的顶部。这些风扇可以被配置为在两个V形热交换器的每一个中吹送空气。这样，可以减少所需的风扇数量。

本发明还涉及一种包括W型热交换器的风冷式冷凝器。这种风冷式冷凝器包括风扇，该风扇被配置成用于向W形热交换器供应冷却空气。根据本发明的风冷式冷凝器还包括支撑下部结构，该支撑下部结构配置成相对于底层提升W形热交换器。有利的是，通过提升蒸汽供应歧管，整个W形热交换器被提升，因此支撑下部结构在蒸汽供应歧管的方向上不需要支撑托架，因为蒸汽供应歧管本身充当纵向支撑结构。

根据本发明的第二方面，提供了一种如所附权利要求所限定的用于使用风冷式冷凝器冷凝来自涡轮机的废蒸汽的方法。

附图说明

将通过示例和参考附图更详细地解释本发明的这些和其他方面，其中：

图1示意性地示出了根据本发明的V形热交换器的一部分的侧视图；

图2示出了图1的V形热交换器沿平面A截取的截面图；

图3示出了图1的V形热交换器沿平面B截取的截面图；

图4示出了图1的V形热交换器沿平面C截取的一部分的截面图；

图5示出了根据本发明的V形热交换器的替代实施例的一部分的截面图；

图6a示意性地示出了根据本发明的V形热交换器的另一示例的一部分的第一侧视图；

图6b示意性地示出了图6a的V形热交换器的第二侧视图；

图7示出了W形热交换器的一部分的截面图；

图8示出W形热交换器的示例性实施例的一部分的截面图；

图9示出了根据本发明的风冷式冷凝器的示例的正视图；

图10示出了根据本发明的风冷式冷凝器的下部结构的侧视图；

图11示出了根据本发明的风冷式冷凝器的另一示例的正视图。

附图不是按比例绘制的。通常，在附图中，相同的部件由相同的附图标记表示。

具体实施方式

根据本发明的第一方面，提供了一种用于冷凝来自涡轮机的废蒸汽的V形热交换器。

这种用于冷凝来自涡轮机的废蒸汽的V形热交换器包括第一组初级管91和第二组初级管94。第一组初级管是单排冷凝管，其平行放置并且相对于竖直平面V以角度δ1倾斜，其中15°＜δ1＜80°。第二组初级管是单排冷凝管，其平行放置并相对于竖直平面以角度δ2倾斜，并且其中15°＜δ2＜80°，并且使得如图2所示，在所述第一组初级管91和所述第二组初级管94之间形成张角δ＝δ1+δ2。在优选的实施例中，20°＜δ1＜40°和20°＜δ2＜40°。

单排冷凝管是现有技术中的冷凝管，其可在市场上买到。每个单排冷凝管包括芯管，该芯管的截面形状可以为圆形、椭圆形、矩形或具有半圆形端部的矩形。单排冷凝管还包括附接到芯管侧面的翅片。通常，单排管的截面为约10cm²至60cm²。例如，矩形管的典型截面为2cm乘20cm。

如图1和图2所示，V形热交换器包括蒸汽供应歧管21，该蒸汽供应歧管配置成用于接收来自涡轮机的废蒸汽。蒸汽供应歧管21与第一组初级管91的初级管的下管端部耦接，并且与第二组初级管94的初级管的下管端部耦接。

图2示出了图1所示的V形热交换器沿平面A截取的截面图。该图显示了初级单排冷凝管的V形位置，并示出了相对于竖直平面V的角度δ1和δ2。

根据本发明的V形热交换器还包括第一组次级管92和第二组次级管95。第一组次级管92平行放置并且相对于竖直平面V以角度δ1倾斜，并且第二组次级管94平行放置并且相对于竖直平面以角度δ2倾斜，使得在第一组次级管92和第二组次级管95之间形成张角δ＝δ1+δ2。第一组次级管和第二组次级管都是单排冷凝管。

图3示出了图1所示的V形热交换器的沿平面B截取的截面图，其示出了次级冷凝管的V形位置。

根据本发明的V形热交换器还包括至少第一组三级(tertiary)管93，其中第一组三级管平行放置并且相对于竖直平面V以角度δ1倾斜。优选地，三级管也是单排冷凝管。

根据本发明的V形热交换器1的特征在于，如图2所示，其包括第一顶部连接歧管31和第二顶部连接歧管32。

第一顶部连接歧管31将第一组初级管91的初级管的上管端部与第一组次级管92的次级管的上管端部耦接。第二顶部连接歧管32将第二组初级管94的初级管的上管端部与第二组次级管95的次级管的上管端部耦接。通过第一连接歧管和第二连接歧管的耦接，初级冷凝管和次级冷凝管串联布置。这样，在第一组初级管的初级管中未冷凝的蒸汽可以与不可冷凝的气体一起流到第一组次级管的次级管中，并且在第二组初级管的初级管中未冷凝的蒸汽可以与不可冷凝的气体一起流到第二组次级管的次级管中。

根据本发明的V形热交换器1的特征在于，其包括底部连接歧管22，该底部连接歧管与第一组次级管92的次级管的下管端部耦接，并与第二组次级管95的次级管的下管端部耦接，以及与至少第一组三级管93的三级管的下管端部耦接。这样，在运行时，在初级管或次级管中未冷凝的剩余蒸汽可以经由底部连接歧管22输送到至少第一组三级管的三级管中。然后，该剩余蒸汽可以在三级管中冷凝。

如图1所示，根据本发明的V形热交换器1至少包括用于排出不可冷凝气体的第一排出歧管41；第一排出歧管41与至少第一组三级管93的三级管的上管端部耦接。

如图1和图2进一步所示，蒸汽供应歧管21包括蒸汽供应部分65和冷凝物排放部分61。蒸汽供应部分65允许将废蒸汽输送到第一组初级管91和第二组初级管94的初级管的下管端部。冷凝物排放部分61允许从第一组初级管91和第二组初级管94的初级管中排放冷凝物。通常，蒸汽供应歧管21略微倾斜，使得冷凝物排放部分61中的冷凝物在重力作用下沿与蒸汽流入方向相反的方向流动。

通常，冷凝物排放部分61包括第一冷凝物输出部，其用于耦接到冷凝物收集罐。通常，使用管道在第一冷凝物输出部与冷凝物收集罐之间建立耦接。

在实施例中，冷凝物排放部分61包括将蒸汽供应部分65与冷凝物排放部分61分开的挡板25。以这种方式，废蒸汽的流动和冷凝物的流动不会相互干扰。在图1和图2中用虚线示出的挡板25位于主蒸汽供应歧管21的底部。挡板25通常包括具有开口的板，使得冷凝物能够从蒸汽供应部分65下落到冷凝物排放部分61中。

如图1、图3和图4进一步所示，底部连接歧管22包括排放装置62，其被配置成用于从第一组次级管92和第二组次级管95的次级管中排放冷凝物，并用于从至少第一组三级管93的三级管中排放冷凝物。

通常，排放装置62包括第二冷凝物输出部，其用于耦接到冷凝物收集罐。通常，使用另一条管道来在第二冷凝物输出部与冷凝物收集罐之间形成耦接。这样，所有的冷凝物都收集在一个公共冷凝物收集罐中。

在优选的实施例中，如图3所示，根据本发明的V形热交换器包括第二组三级管96，其中第二组三级管平行放置并且相对于竖直平面V以52度角倾斜。在该几何结构中，在第一组三级管93和第二组三级管96之间也形成张角δ＝δ1+δ2。

在这些优选实施例中，底部连接歧管22也与第二组三级管96的三级管的下管端部耦接。优选地，第二组三级管96的三级管也是单排冷凝管。如图3所示，用于排出不可冷凝气体的第二排出歧管42与第二组三级管96的三级管的上管端部耦接。在这些优选实施例中，排放装置62还配置为从第二组三级管96的三级管中排放冷凝物。

进一步讨论根据本发明的热交换器的操作。用于冷凝来自涡轮机的废蒸汽的热交换器通常在70mbar与300mbar之间的范围内的压力下运行，该压力范围对应于39℃与69℃之间的范围内蒸汽温度。图1中的黑色箭头表示蒸汽和/或非冷凝气体流动通过V形热交换器。在运行时，来自涡轮机的废蒸汽进入主蒸汽供应歧管21，并且主蒸汽供应歧管21将蒸汽重新分配到第一组初级管和第二组初级管的初级管中。在初级管中的蒸汽和冷凝物沿相反方向流动。实际上，在初级管中形成的冷凝物将通过重力流回主蒸汽供应歧管21，在那里冷凝物排放部分61收集并排放冷凝物。这种运行模式称为逆流模式。初级管执行冷凝过程的第一阶段。

在单次穿过第一组初级管中的初级冷凝管之后未冷凝的剩余蒸汽被收集在第一顶部连接歧管31内。类似地，在单次穿过第二组初级管中的初级冷凝管之后未冷凝的剩余蒸汽被第二顶部连接歧管32收集。第一顶部连接歧管31和第二顶部连接歧管32将剩余蒸汽分别供给到第一组次级管和第二组次级管的次级管。次级冷凝管以所谓的并流模式运行，其中蒸汽和形成的冷凝物沿相同的方向流动。次级管执行冷凝过程的第二阶段。

底部连接歧管22收集剩余蒸汽，该剩余蒸汽既未在初级管内冷凝也未在次级管内冷凝，并将该剩余蒸汽输送到三级管内。

三级管也以逆流模式运行。三级管执行冷凝过程的最后第三阶段。在三个冷凝阶段，不可冷凝气体也流过一系列的冷凝管，并被收集并由用于不可冷凝气体的排出歧管排出。

在运行时，不可冷凝气体被扫入三级管的上部区域中，在该上部区域中可以将其去除。排出歧管包括用于抽取不可冷凝气体的喷射器。通常，真空泵与第一排出歧管41和/或第二排出歧管42耦接，用于抽吸不可冷凝气体并将其吹入大气中。用于抽取不可冷凝气体的这些类型的排出歧管在本领域中是已知的，并且例如用于传统的△型热交换器的也以逆流模式运行的分馏器阶段(也称为回流)。

在根据本发明的实施例中，冷凝管被配置成使得大部分废蒸汽在初级管中冷凝(通常60％至80％)，并且另一部分在次级管中冷凝(通常10％至30％)。在三级管中，总废蒸汽中仅有一小部分(通常为10％或更少)被冷凝。在三个冷凝阶段中冷凝的蒸汽量由初级管、次级管和三级管的数量来确定。

通常，根据本发明的热交换器的初级管和次级管的管长TL在4米≤TL≤7米的范围内。在优选的实施例中，管长在4.5m至5.5m之间。在一些实施例中，如图1示意性地示出了，三级管的冷凝管的长度短于初级管和次级管的长度。在本实施例中，较短的长度允许例如安装如图1所示的排出歧管。在其它实施例中，如图6a和图6b所示，三级管的管长与初级管和次级管的管长相同。

当以逆流模式使用热交换器时，已知的现象是所谓的溢流现象，其可阻塞或部分地阻塞蒸汽通过管道的流动。这会导致大的压降。当进入冷凝管的蒸汽速度很高时，就会发生溢流，结果迫使冷凝物沿向上的方向重新定向。为了解决这种溢流问题，热交换器将设计成确保不会达到发生溢流的临界速度。

如上所述，现有技术的热交换器，例如以并流模式运行的△型热交换器等，通常使用管长在10至12米之间的冷凝管。进入这些△型热交换器的冷凝管的蒸汽的典型速度约为100m/s。对于涉及溢流问题情形，使用这种10米的长管作为根据本发明的热交换器的初级管可能是关键的。

如果冷凝管的长度减小例如两倍，则为了保持相同的热交换表面并因此保持相同的热交换能力，冷凝管的数量需要增加一倍。这样做的优点是进入冷凝管的蒸汽速度也降低了约2倍。

因此，在本发明的优选实施例中，初级管的管长TL在4米≤TL≤7米的范围内。这样，与传统△型热交换器的10至12米长管相比，进入管子的蒸汽速度降低，并且可以避免与溢流相关的问题。

蒸汽速度降低的另一优点是热交换器中的压力降低，因此热交换器的性能得到改善。实际上，冷凝管中的压降与蒸汽的进入速度的平方成比例。因此，如果将进入冷凝管的蒸汽速度降低两倍，则冷凝管中的压降降低四倍。

因此，尽管根据本发明的热交换器使用具有初级管、次级管和三级管的三个冷凝阶段，但是与例如传统的△型热交换器中的总压降相比时，总压降仍然较低，传统的△型热交换器使用两个冷凝阶段：并流模式的第一阶段热交换器和逆流模式的第二阶段分馏器。

实际上，多个平行的单排冷凝管被组合在一起以形成管束。第一管板和第二管板分别焊接到管束的下端和上端。管板为带孔的厚壁金属板。然后，将第一管板焊接到蒸汽供应歧管，并将第二管板焊接到顶部歧管。这样，就在歧管和冷凝管之间建立了耦接。管子和歧管之间的这种耦接必须被理解为流体密封耦接，以使热交换器中的泄漏最小化。

管束的宽度W由管束中的冷凝管的数量确定。在一些实施例中，管束具有相同的标准宽度W，例如2.5m，这有利于各种管束的制造过程。

初级管、次级管和三级管组可以包括不同数量的管束。例如，在图6a所示的实施例中，第一组初级管91包括具有宽度W的六个管束，并且由附图标记91a、91b、91c、91d、91e和91f来表示。第一组次级管92包括两个管束，其也具有宽度W，并且用附图标记92a和92b标识。第一组三级管93包括一个管束93a，在本实施例中，其也具有相同的宽度W。在本实施例中，如图6b进一步所示，第二组初级管94包括六个管束，分别用附图标记94a、94b、94c、94d、94e和94f表示，第二组次级管95包括两个管束95a和95b，第二组三级管96包括一个管束96a。

如图2和图6a示意性地所示，管束的长度由单排冷凝管的长度TL来确定。

如图6a和图6b所示，第一顶部连接歧管31和第二顶部连接歧管可以包括各种子歧管。在图6a所示的示例中，第一顶部歧管31包括两个子歧管31a和31b，并且如图6B所示，第二顶部连接歧管32包括两个子歧管32a和32b。

在实施例中，如图3和图4所示，蒸汽供应歧管21包括形成底部连接歧管22的分离的隔室。换句话说，底部连接歧管22集成在蒸汽供应歧管21内部。例如，分离的隔室可以通过在蒸汽供应歧管21内焊接一个或更多个金属板而获得。由于蒸汽供应歧管的直径通常在一米至三米之间，因此将板焊接在蒸汽供应歧管的内侧上以形成底部连接歧管22，是在安装现场进行该活动的划算方式。

如上所述，底部连接歧管22包括排放装置62，其被配置成用于从次级和三级管排放冷凝物。排放装置62必须被解释为用于排放冷凝物的通道或沟槽。通常，底部连接歧管22包括上部和下部。下部形成排放装置62。在一些实施例中，可以使用另一挡板将该下部与上部分开。这样，从上部中的次级管到三级管的蒸汽流与下部中的冷凝物流分离。由排放装置62排放的冷凝物经由另一管道进一步被输送至冷凝物收集罐中(图中未示出)。

在图3和图4所示的实施例中，底部连接歧管22由单个腔室形成，该腔从第一组次级管和第二组次级管中的次级管接收剩余蒸汽。如图4所示，在该实施例中，第一组三级管和第二组三级管中的三级管的下管端部也连接到该单个腔室，以接收来自第一组次级管和第二组次级管的剩余蒸汽和不可冷凝气体。

在图5所示的替代实施例中，底部连接歧管22由两个单独的腔室形成。在本实施例中，底部连接歧管22包括对应于两个腔室的第一连接部分22a和第二连接部分22b。第一连接部分22a将第一组次级管92中的次级管的下管端部与第一组三级管93中的三级管的下管端部相连接。第二连接部分22b将第二组次级管94中的次级管的下管端部与第二组三级管96中的三级管的下管端部相连接。第一连接部分和第二连接部分例如可以通过在主蒸汽供应歧管的内侧上焊接第一管元件和第二管元件而形成。这样，在主蒸汽供应歧管内形成两个单独的腔室。

在如图5所示的这些替代实施例中，第一连接部分22a和第二连接部分22b分别包括第一排放隔室62a和第二排放隔室62b。第一排放隔室62a和第二排放隔室62b形成底部分配歧管22的排放装置62。

通常，由于热交换器中的压降，底部连接歧管22中的压力低于蒸汽供应歧管中的压力。因此，底部连接歧管中的冷凝物的温度也低于蒸汽供应歧管中的冷凝物的温度。因此，将底部连接歧管集成在蒸汽供应歧管内具有如下优点，底部连接歧管中的冷凝物通过底部连接歧管的壁与蒸汽供应歧管中的废蒸汽接触。这具有的有利效果是，底部连接歧管中的冷凝物的温度升高。这样，使冷凝物的过冷最小化。

然而，底部连接歧管22不必集成在蒸汽供应歧管21内部。例如，在其它实施例中，蒸汽供应歧管21在次级管和三级管的位置处的直径减小，以允许安装底部连接歧管22，该底部连接歧管耦接到次级管和三级管，但与主蒸汽供应歧管21分离。

本发明还涉及一种用于冷凝来自涡轮机的废蒸汽的所谓W形热交换器2。如图7和图8所示，这种W形热交换器2包括第一V形热交换器1a和第二V形热交换器1b，其与第一V形热交换器1a相邻放置。第一V形热交换器la的蒸汽供给歧管与第二V形热交换器lb的蒸汽供应歧管平行。

在W形热交换器2的优选实施例中，如图8所示，第一V形热交换器1a的第二顶部连接歧管和第二V形热交换器1b的第一顶部连接歧管形成单个公共顶部连接歧管33，其用于第一V形热交换器1a和第二V形热交换器1b。使用公共顶部连接歧管33增加了热交换器的强度。

本发明还涉及一种风冷式冷凝器10，其包括如上所述的V形热交换器，并且其中冷凝物收集罐与蒸汽供应歧管21的冷凝物排放部分61耦接，并且与底部连接歧管22的排放装置62耦接。这样，在热交换器中形成的所有冷凝物都被收集在公共收集罐中。

如图9和图11所示，本发明还涉及一种风冷式冷凝器10，其包括W形热交换器2和支撑下部结构80，该支撑下部结构配置成相对于底层85升高W形热交换器2。W形风冷式冷凝器10还包括支撑风扇71的风扇支撑组件。风扇71配置成引导气流通过W形热交换器。风扇支撑组件包括耦接至W形热交换器2的顶部连接歧管的风扇平台70。

通常地，风冷式冷凝器10的支撑下部结构80被配置成相对于底层85，将每个蒸汽供应歧管21提升至高度H＞4m。

有利地，由于热交换器的这种V形几何形状并且由于使用了位于V形热交换器的顶点区域中的蒸汽供应歧管，当与诸如US2017/0234168A1中描述的现有技术的风冷式冷凝器相比时，支撑下部结构和风扇支撑结构两者都可以被简化。对于根据本发明的V形或W形热交换器，不需要如US2017/0234168A1中的情形那样在平行于蒸汽供应管线的纵向方向上延伸的支撑托架。实际上，对于根据本发明的热交换器，蒸汽供应歧管用作纵向支撑结构，并且支撑下部结构仅在垂直于蒸汽供应歧管的方向上延伸，如图10中进一步所示，该图示出了支撑蒸汽供应歧管的下部结构的侧视图的一部分。通过这种简化的下部结构，所需钢材的数量大大减少。此外，如上所述，风扇71可以通过位于顶部连接歧管的顶部上的风扇平台来支撑，从而不需要像US2017/0234168A1中的特定的中心支柱来支撑风扇。

在其它实施例中，如图11所示，风冷式冷凝器10包括两个或更多个W形热交换器2a和2b。两个或更多个W形热交换器2a、2b彼此相邻放置，使得一个或更多个W形热交换器中的每一个的蒸汽供应歧管21平行。同样对于这些实施例，支撑下部结构80被配置成相对于底层85升高两个或更多个W形热交换器2。设置一个或更多个风扇71，其被配置成引导气流通过两个或更多个W形热交换器，并且支撑组件50支撑一个或更多个风扇。

根据本发明的另一方面，提供了一种使用风冷式冷凝器来冷凝来自涡轮机的废蒸汽的方法。该方法包括以下步骤：

·设置第一组初级管91，其中第一组初级管是单排冷凝管，其平行放置并相对于竖直平面V以角度δ1倾斜，并且其中15°＜δ1＜80°，优选20°＜δ1＜40°，

·设置第二组初级管94，其中第二组初级管是单排冷凝管，其平行放置并且相对于所述竖直平面V以角度δ2倾斜，并且其中15°＜δ2＜

80°，优选20°＜δ2＜40°，并且其中在第一组初级管91和第二组初级管94之间形成张角δ＝δ1+δ2，

·设置第一组次级管92，其中第一组次级管是单排冷凝管，其平行放置并且相对于所述竖直平面V以所述角度δ1倾斜，

·设置第二组次级管95，其中第二组次级管是单排冷凝管，其平行放置并且相对于所述竖直平面V以所述角度δ2倾斜，使得在所述第一组次级管92和所述第二组次级管95之间形成张角δ＝δ1+δ2，

·设置至少第一组三级管93，其中第一组三级管平行放置并且相对于所述竖直平面V以所述角度δl倾斜，优选地所述三级管是单排冷凝管，

·将废蒸汽供应到所述第一组初级管91和所述第二组初级管94中的初级管的下端，

·在第一组初级管中的初级管的上端收集在第一组初级管中未冷凝的第一剩余蒸汽，并将所述第一剩余蒸汽供应到所述第一组次级管92中的次级管的上端，

·在第二组初级管94的初级管的上端收集在第二组初级管中未冷凝的第二剩余蒸汽，并将所述第二剩余蒸汽供应到所述第二组次级管95的次级管的上端，

·在第一组次级管和第二组次级管中的次级管的下端收集在第一组次级管和第二组次级管中的次级管内未冷凝的另外的剩余蒸汽，并将所述另外的剩余蒸汽供应到所述至少第一组三级管93中的三级管的下端，

·在至少第一组三级管93中的三级管的上端排出不可冷凝的气体，

·从第一组初级管和第二组初级管中的初级管、从第一组次级管和第二组次级管中的次级管以及从至少第一组三级管中的三级管收集冷凝物，并将所收集的冷凝物向冷凝物收集罐排放。

已经根据具体实施例描述了本发明，这些实施例是对本发明的说明而不应理解为限制性的。更一般地，本领域技术人员将认识到，本发明不限于上文已经具体示出和/或描述的内容。本发明在于每个新颖的特征以及特征的每个组合。权利要求中的附图标记不限制其保护范围。

动词“包括”的使用不排除存在除了所述元件以外的元件。

在元件之前使用冠词“一个(a)”、“一个(an)”或“该”不排除存在多个这样的元件。

Claims (16)

1.一种用于冷凝来自涡轮机的废蒸汽的V形热交换器(1)，包括：

·第一组初级管(91)，其中所述第一组初级管(91)是平行放置并相对于竖直平面(V)以角度δ1倾斜的单排冷凝管，并且其中15°＜δ1＜80°，优选20°＜δ1＜40°，

·第二组初级管(94)，其中所述第二组初级管(94)是平行放置并相对于所述竖直平面(V)以角度δ2倾斜的单排冷凝管，并且其中15°＜δ2＜80°，优选20°＜δ2＜40°，并且其中在所述第一组初级管(91)和所述第二组初级管(94)之间形成的张角δ＝δ1+δ2，

·蒸汽供应歧管(21)，所述蒸汽供应歧管与所述第一组初级管(91)中的初级管的下管端部耦接，并且与所述第二组初级管(94)中的初级管的下管端部耦接，并且其中所述蒸汽供应歧管(21)包括：

a)蒸汽供应部分(65)，所述蒸汽供应部分用于将废蒸汽输送到所述第一组初级管(91)和所述第二组初级管(94)中的初级管的下管端部，以及

b)冷凝物排放部分(61)，所述冷凝物排放部分被配置为用于从所述第一组初级管(91)和所述第二组初级管(94)中的初级管中排出冷凝物，

其特征在于，所述V形热交换器(1)包括：

·第一组次级管(92)，其中所述第一组次级管是平行放置并且相对于所述竖直平面(V)以所述角度δ1倾斜的单排冷凝管，

·第二组次级管(95)，其中所述第二组次级管是单排冷凝管，所述单排冷凝管平行放置并且相对于所述竖直平面(V)以所述角度δ2倾斜，使得在所述第一组次级管(92)和所述第二组次级管(95)之间形成所述张角δ＝δ1+δ2，

·至少第一组三级管(93)，其中所述第一组三级管平行放置并且相对于所述竖直平面(V)以所述角度δ1倾斜，优选地，所述三级管是单排冷凝管，

·第一顶部连接歧管(31)，所述第一顶部连接歧管将所述第一组初级管(91)中的初级管的上管端部与所述第一组次级管(92)中的次级管的上管端部耦接，

·第二顶部连接歧管(32)，所述第二顶部连接歧管将所述第二组初级管(94)中的初级管的上管端部与所述第二组次级管(95)中的次级管的上管端部耦接，

·底部连接歧管(22)，所述底部连接歧管与所述第一组次级管(92)中的次级管的下管端部耦接，与所述第二组次级管(95)中的次级管的下管端部耦接，并且与至少所述第一组三级管(93)中的三级管的下管端部耦接，

·至少一个第一排出歧管(41)，所述第一排出歧管用于排出不可冷凝气体，其中所述第一排出歧管(41)与至少所述第一组三级管(93)中的三级管的上管端部耦接，

并且其中所述底部连接歧管(22)包括：

·排放装置(62)，所述排放装置被配置为用于从所述第一组次级管(92)和所述第二组次级管(95)中排放冷凝物，并且用于从至少所述第一组三级管(93)中的三级管中排放冷凝物。

2.根据权利要求1所述的V形热交换器(1)，包括：

·第二组三级管(96)，其中所述第二组三级管(96)平行放置并且相对于所述竖直平面(V)以所述角度δ2倾斜，使得在所述第一组三级管(93)和所述第二组三级管(96)之间形成张角δ＝δ1+δ2，并且其中所述底部连接歧管(22)与所述第二组三级管(96)中的三级管的下管端部耦接，优选地，所述第二组三级管(96)是单排冷凝管，并且

·第二排出歧管(42)，所述第二排出歧管用于排出不可冷凝气体，其中，所述第二排出歧管(42)与所述第二组三级管(96)中的三级管的上管端部耦接，并且其中，所述排放装置(62)进一步被配置为用于从所述第二组三级管(96)中的三级管排放冷凝物。

3.根据前述权利要求中任一项所述的V形热交换器(1)，其中，所述蒸汽供应歧管(21)包括将所述蒸汽供应部分(65)与所述冷凝物排放部分(61)分隔开的挡板(25)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的V形热交换器(1)，其中，所述蒸汽供应歧管(21)包括形成所述底部连接歧管(22)的分离的隔室。

5.根据权利要求4所述的V形热交换器(1)，其中，所述分离的隔室通过在所述蒸汽供应歧管(21)内部焊接一个或更多个金属板而获得。

6.根据前述权利要求中任一项所述的V形热交换器(1)，其中，所述底部连接歧管(22)包括形成所述排放装置(62)的下部隔室。

7.根据权利要求2至5中任一项所述的V形热交换器(1)，其中，所述底部连接歧管(22)包括第一连接部分(22a)和第二连接部分(22b)，并且其中所述第一连接部分(22a)将所述第一组次级管(92)中的次级管的下管端部与所述第一组三级管(93)中的三级管的下管端部连接，并且其中所述第二连接部分(22b)将所述第二组次级管(95)中的次级管的下管端部与所述第二组三级管(96)中的三级管的下管端部连接。

8.根据权利要求7所述的V形热交换器(1)，其中所述第一连接部分(22a)和所述第二连接部分(22b)分别包括第一冷凝物排放收集器(62a)和第二冷凝物排放收集器(62b)，并且其中所述第一冷凝物排放收集器(62a)和第二冷凝物排放收集器(62b)形成所述底部连接歧管(22)的排放装置(62)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的V形热交换器(1)，其中，所述第一组初级管中的初级管被分组在一个或更多个初级管管束中，其中所述第二组初级管中的初级管被分组在一个或更多个其他初级管管束中，其中所述第一组次级管中的次级管被分组在一个或更多个次级管管束中，其中所述第二组次级管中的次级管被分组在一个或更多个其他次级管管束中，并且其中所述第一组三级管中的三级管被分组在一个或更多个三级管管束中，和/或其中所述第二组三级管的三级管被分组在一个或更多个其他三级管管束中。

10.根据前述权利要求中任一项所述的V形热交换器(1)，其中所述冷凝物排放部分(61)包括用于耦接至冷凝物收集罐的第一冷凝物输出部，并且其中所述排放装置(62)包括用于耦接至所述冷凝物收集罐的第二冷凝物输出部。

11.根据前述权利要求中任一项所述的V形热交换器(1)，其中，所述第一组初级管(91)和所述第二组初级管(94)中的初级管以及所述第一组次级管(92)和所述第二组次级管(95)中的次级管的管长在4米与7米之间的范围内。

12.一种W形热交换器(2)，所述W形热交换器用于冷凝来自涡轮机的废蒸汽，包括：

·根据前述权利要求中任一项所述的第一V形热交换器(1a)，

·根据前述权利要求中任一项所述的第二V形热交换器(1b)，所述第二V形热交换器(LB)与所述第一V形热交换器相邻布置，并且其中，所述第一V形热交换器的蒸汽供应歧管与所述第二V形热交换器的蒸汽供应歧管平行地定位。

13.根据权利要求12所述的W形热交换器(2)，其中所述第一V形热交换器(la)的第二顶部连接歧管和所述第二V形热交换器(lb)的第一顶部连接歧管形成用于所述第一V形热交换器(la)和所述第二V形热交换器(lb)的单个公用顶部连接歧管(33)。

14.一种风冷式冷凝器(10)，包括：

·根据权利要求12或13所述的W形热交换器(2)，

·支撑下部结构(80)，所述支撑下部结构被配置为将所述W形热交换器(2)相对于底层(85)升高，

·风扇(71)，所述风扇被配置为向所述W形热交换器(2)供应冷却空气。

15.一种风冷式冷凝器(10)，包括：

·根据权利要求1至11中任一项所述的V形热交换器(1)；

·冷凝物收集罐，所述冷凝物收集罐与所述蒸汽供应歧管(21)的冷凝物排放部分(61)耦接并且与所述底部连接歧管(22)的排放装置(62)耦接。

16.一种使用风冷式冷凝器冷凝来自涡轮机的废蒸汽的方法，所述方法包括以下步骤

·设置第一组初级管(91)，其中所述第一组初级管是平行放置并相对于竖直平面(V)以角度δ1倾斜的单排冷凝管，并且其中15°＜δ1＜80°，优选20°＜δ1＜40°，

·设置第二组初级管(94)，其中所述第二组初级管是平行放置并且相对于所述竖直平面(V)以角度δ2倾斜的单排冷凝管，并且其中15°＜δ2＜80°，优选20°＜δ2＜40°，并且其中在所述第一组初级管(91)和所述第二组初级管(94)之间形成张角δ＝δ1+δ2，

·设置第一组次级管(92)，其中所述第一组次级管是平行放置并且相对于所述竖直平面(V)以所述角度δ1倾斜的单排冷凝管，

·设置第二组次级管(95)，其中所述第二组次级管是单排冷凝管，所述单排冷凝管平行放置并且相对于所述竖直平面(V)以所述角度δ2倾斜，使得在所述第一组次级管(92)和所述第二组次级管(95)之间形成所述张角δ＝δ1+δ2，

·设置至少第一组三级管(93)，其中所述第一组三级管平行放置并且相对于所述竖直平面(V)以所述角度δ1倾斜，优选地所述三级管是单排冷凝管，

·将废蒸汽供应到所述第一组初级管(91)和所述第二组初级管(94)中的初级管的下端，

·在所述第一组初级管中的初级管的上端收集在所述第一组初级管中未冷凝的第一剩余蒸汽，并将所述第一剩余蒸汽供应到所述第一组次级管(92)中的次级管的上端，

·在所述第二组初级管(94)中的初级管的上端收集在所述第二组初级管中未冷凝的第二剩余蒸汽，并将所述第二剩余蒸汽供应到所述第二组次级管(95)中的次级管的上端，

·在所述第一组次级管和所述第二组次级管中的次级管的下端收集在所述第一组次级管和所述第二组次级管中的次级管中未冷凝的另外的剩余蒸汽，并将所述另外的剩余蒸汽供应到所述至少第一组三级管(93)中的三级管的下端，

·在至少所述第一组三级管(93)中的三级管的上端排出不可冷凝的气体，

·从所述第一组初级管和所述第二组初级管中的初级管、从所述第一组次级管和所述第二组次级管中的次级管以及从所述至少第一组三级管中的三级管收集冷凝物，并将所收集的冷凝物排放到冷凝物收集罐中。

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