CN115371458A - 一种直接空冷岛顶部防冻装置及防冻方法和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种直接空冷岛顶部防冻装置及防冻方法和使用方法，包括支撑框架、曲柄连杆机构、传动与锁定结构以及若干百叶窗片；百叶窗片设置在支撑框架上，传动与锁定结构与曲柄连杆机构相连，曲柄连杆机构能够控制百叶窗片的开启与关闭。本发明使用曲柄连杆机构驱动百叶窗片转动，结构可靠，考虑了实际运行条件，具备较好的实用性。本发明在具有较好密封性的同时，具有可灵活调节开闭的特性，相较于保温毯可以实现对极端天气情况的快速响应，可降低直接空冷岛发生凝结水冻结事故的几率。

Description

一种直接空冷岛顶部防冻装置及防冻方法和使用方法

技术领域

本发明属于火电厂空冷岛技术领域，具体涉及一种直接空冷岛顶部防冻装置及防冻方法和使用方法。

背景技术

冷端系统是火电机组中最重要的系统之一，该系统的运行情况直接影响着火电机组的安全稳定运行。由于我国北方地区水资源较为匮乏，传统的水冷系统在北方运行成本过高，难以大规模应用。直接空冷系统是一种使用空气作为冷却介质的冷端系统，其主要部件是由混凝土支柱支撑的直接空冷岛。因为直接空冷系统具有节约水资源这一显著优势，所以在北方火电机组中得到了广泛的应用。但是由于我国北方冬季气温较低，同时会伴随大风天气，在这种情况下直接空冷岛容易出现过度散热的情况。同时由于北方火电机组在冬季需要承担供热任务，直接空冷岛的入口蒸汽流量降低，再加上冬季大风低温天气的影响，极易出现凝结水冻结事故，进而导致整个机组的安全运行受到威胁。所以，直接空冷岛的冬季防冻是非常必要的，减少乃至防止直接空冷岛的冻结事故对火电机组运行的安全性与经济性都具有非常重要的意义。

在目前的直接空冷岛实际运行中，一般都是采用关停风机、封堵风机入口、散热管束外侧覆盖保温毯等措施来防止凝结水冻结。但是关停风机、封堵风机入口等措施仅适用于环境风速不大的情况。当环境风速过大时，从空冷岛上方流过的环境侧风会直接冲击在空冷单元的散热管束上，并直接流入空冷单元内部，造成空冷单元内部温度降低，散热管束过度散热而冻结。在散热管束外侧覆盖保温毯虽然可以防止外界冷空气通过散热管束直接流入空冷单元内部，但是保温毯会阻断空冷单元与外界的空气交换，所以该措施仅适用于严寒大风天气，当气温回升及风速减小时，保温毯会造成空冷单元内部积热，影响机组背压。而保温毯的铺设与移除均需较长的时间，难以对多变的天气进行快速反应。

在中国专利CN216694522U中，发明人设计了一种空冷岛圆形防冻封堵装置，安装在直接空冷岛轴流风机的下方。其工作原理为：当对应空冷单元过度散热时，利用电机通过传动轴来驱动折叠的扇形防冻帘展开，并且可通过调整电机来控制防冻帘的开合角度，进而实现对空冷单元内部空气温度的控制。该装置相较于传统的风机入口封堵方式来说更加灵活可控，但是只能对通过风机进出空冷单元的空气流进行控制。当风速过大时，外界冷空气会直接从空冷岛上方进入空冷单元，此时封堵风机的防冻措施就会失效。所以需要针对直接空冷岛顶部设计处相应的防冻措施，进一步降低空冷岛冬季冻结的风险。

在中国专利CN102620576中，发明人提出了一种安装在空冷岛蒸汽排管式散热器蒸汽出口侧的挡风板防冻装置，其主要通过装置上方的百叶窗来控制散热器的空气流动，进而缓解散热器在冬季发生冻结的情况。但是该发明需要在每列散热器周围搭建高于散热器的环形挡风墙，而实际情况下的每列空冷岛散热器是连在一起的，并没有额外空间用于搭建环形挡风墙。其使用电机带动链条作为传动系统，可靠性存疑，并且传动系统完全暴露在环境中，在恶劣天气下极易损坏。其在轴两侧安装短杆作为限位装置，虽能起到限位作用，但是无法在百叶窗全开与全闭时锁定当前位置，同时在交变载荷的冲击下，限位短杆的结构强度也难以保证。综上所述，该发明的概念是合理的，但是基本不具备实际应用能力，无法在空冷岛实际运行中通过控制散热器空气流动来防止散热器出现冻结涨裂的情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种直接空冷岛顶部防冻装置及防冻方法和使用方法，通过限制冬季大风条件下外界冷空气对空冷单元散热管束的冲击，解决散热管束内部凝结水冻结而导致的散热管束涨裂的问题。

为达到实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种直接空冷岛顶部防冻装置，包括支撑框架、曲柄连杆机构、传动与锁定结构以及若干百叶窗片；百叶窗片设置在支撑框架上，传动与锁定结构与曲柄连杆机构相连，曲柄连杆机构能够控制百叶窗片的开启与关闭。

进一步的，曲柄连杆机构包括连杆和曲柄，连杆和曲柄相连；

传动与锁定结构包括液压柱以及限位块；

曲柄设置在支撑框架上，连杆设置在支撑框架上方；

支撑框架的一端安装液压柱，液压柱一端设置在支撑框架上，另一端与连杆前端相连，连杆后端设置限位块。

进一步的，支撑框架为矩形，包括依次相连的第一支撑杆、第二支撑杆、第三支撑杆与第四支撑杆，第一支撑杆与第三支撑杆平行设置，第二支撑杆与第四支撑杆平行设置，连杆设置在第一支撑杆上方，并与第一支撑杆平行设置，曲柄包括相连的第一杆、第二杆与第三杆，第一杆一端与百叶窗片一端相连，第二杆侧面与支撑框架相连，第三杆侧面与连杆相连；百叶窗片另一端与第三支撑杆相连。

进一步的，还包括前锁定器与后锁定器，前锁定器设置在连杆前端，后锁定器设置在连杆后端。

进一步的，连杆侧壁上开设第一凹槽与第二凹槽，前锁定器一端通过轴承安装在支撑框架上，前锁定器包括竖直挡板，竖直挡板上设置有凸起，后锁定器与结构相同；后锁定器设置在限位块上。

进一步的，当百叶窗片关闭时，前锁定器的凸起会嵌入连杆上的第一凹槽中；当百叶窗片开启时，后锁定器的凸起会嵌入连杆上的第二凹槽中。

进一步的，还包括安装框架，曲柄连杆机构以及传动与锁定结构安装框架内。

一种如上所述的直接空冷岛顶部防冻装置的使用方法，包括以下步骤：

将直接空冷岛顶部防冻装置安装在所有相邻的空冷单元之间，监测空冷岛空冷单元散热管束处的壁面温度，当空冷单元的散热管束壁面温度降低到警戒值时，关闭对应空冷单元上方的直接空冷岛顶部防冻装置；当空冷单元的散热管束壁面温度恢复至正常值时，开启直接空冷岛顶部防冻装置，在散热管束壁温逐渐稳定后，停止对百叶窗开度的调节。

一种如上所述的直接空冷岛顶部防冻装置的防冻方法，包括以下步骤：

监测直接空冷岛空冷单元的散热管束壁温，当直接空冷岛空冷单元的散热管束壁温突降或低于警戒值时，控制液压柱收缩，带动连杆向液压柱方向移动，曲柄将连杆的移动转化为百叶窗片的转动，当连杆向液压柱方向移动至与支撑框架接触时，百叶窗片均转过90°并互相接触，形成阻隔外界冷空气的屏障；空冷单元内散热管束的壁温逐渐回升，当空冷单元内散热管束的壁温回升至正常值时，控制液压柱逐渐伸长，曲柄将连杆的移动转化为百叶窗片的转动，当空冷单元内散热管束的壁温趋于稳定时，停止调节液压柱，保持百叶窗片的开度。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果：

本发明使用曲柄连杆机构驱动百叶窗片转动，结构可靠，考虑了实际运行条件，具备较好的实用性。本发明在具有较好密封性的同时，具有可灵活调节开闭的特性，相较于保温毯可以实现对极端天气情况的快速响应，可降低直接空冷岛发生凝结水冻结事故的几率。

本发明使用时，安装在空冷岛顶部，可对由上方进入空冷单元的冷空气进行有效阻隔，在寒冷大风天气下能够对空冷单元的散热管束起到有效的保温作用，提升了直接空冷岛的冬季防冻能力。本装置可与其它直接空冷岛防冻措施联用，如风机封堵防冻装置，可进一步提升直接空冷岛在极端天气下运行的安全性。

进一步的，本发明中的百叶窗完全开启时的空气阻力非常小，不会对空冷岛的峰值性能产生影响。并且本装置水平安装在空冷岛内部，装置内部的部件都集成在安装框架内部，不会产生额外的风载荷，具有较高的安全性。

附图说明

图1是本发明的直接空冷岛顶部防冻装置的整体结构示意图；

图2为装置前侧放大细节图；

图3为装置后侧放大细节图；

图4是本发明的安装图。

图5是未安装本装置时空冷岛冬季大风条件下的速度云图。

图6是安装本装置后空冷岛冬季大风条件下的速度云图。

其中：1-安装框架，2-百叶窗片，3-支撑框架，4-液压柱，5-轴承，6-前锁定器，7-连杆，8-后锁定装置，9-限位块，10-曲柄，11-螺栓，12-蒸汽分配管，13-空冷单元，14-直接空冷岛顶部防冻装置。

具体实施方式

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

参见图1-图4，本发明的直接空冷岛顶部防冻装置，包括安装框架1、若干百叶窗片2、支撑框架3、曲柄连杆机构、传动与锁定结构。曲柄连杆机构包括连杆7和曲柄10，连杆7和曲柄10相连。传动与锁定结构包括液压柱4，轴承5，前锁定器6，后锁定器8以及限位块9。连杆7和支撑框架3上开设有孔，用于安装轴承5。

支撑框架3为矩形，包括依次相连的第一支撑杆、第二支撑杆、第三支撑杆与第四支撑杆，第一支撑杆与第三支撑杆平行设置，第二支撑杆与第四支撑杆平行设置。连杆7设置在第一支撑杆上方，并与第一支撑杆平行设置，曲柄10包括相连的第一杆、第二杆与第三杆，第一杆一端通过螺钉与百叶窗片2相连，第二杆侧面通过轴承与支撑框架3相连，第三杆侧面通过轴承与连杆7相连。

本发明中的百叶窗片2为主要的导流部件，单个直接空冷岛顶部防冻装置中共有14片百叶窗片2，每个百叶窗片2一端设置在第三支撑杆上，另一端由螺栓11固定在曲柄10上，百叶窗片2开闭可统一由连杆7通过曲柄10来控制。

支撑框架3的一端安装液压柱4，液压柱4一端通过轴承5设置在支撑框架3上，另一端通过轴承5与连杆7相连。

本发明的直接空冷岛顶部防冻装置中还设置前锁定器6与后锁定器8，用以保持装置中百叶窗片2的开启与关闭状态。具体的，连杆7前端设置前锁定器6，后端设置后锁定器8，连杆7侧壁上开设第一凹槽与第二凹槽，前锁定器6一端通过轴承5安装在支撑框架3上。前锁定器6包括竖直挡板，竖直挡板上设置有凸起。后锁定器8与结构相同。

当百叶窗片2转动至关闭情况下时，连杆7上的第一凹槽会与支撑框架3接触，形成天然的限位结构，并且此时前锁定器6的凸起会嵌入连杆7上的第一凹槽中，进而实现百叶窗片2关闭状态的锁定。

解锁时，轴承5进行转动，前锁定器6的凸起脱离第一凹槽内，百叶窗片2即可继续转动。连杆7另一端设置限位块9。后锁定器8通过轴承5安装限位块9上，限位块9通过螺栓11固定在支撑框架3上。

当百叶窗片2转动至开启状态时，连杆7后端会与限位块9接触，起到限位作用，此时后锁定器8的凸起会嵌入连杆7上的第二凹槽中，实现百叶窗片2开启状态的锁定，解锁时后锁定器8的凸起脱离第二凹槽内，然后百叶窗片2恢复转动能力。

本发明中，除了百叶窗片2与支撑框架3的第二支撑杆与第四支撑杆，都被包裹在安装框架1中，以防止曲柄连杆机构和传动与锁定结构受雨雪及大风天气侵袭。

整套直接空冷岛顶部防冻装置通过安装框架1安装在空冷岛上方相邻的空冷单元13上方的蒸汽分配管12之间，在百叶窗片2关闭时，可削弱环境侧风对空冷单元13的影响，也可以通过减小装置内百叶窗片2的开度来削弱环境侧风对空冷岛内空冷单元13的影响。

在环境气温较低、环境风速过高时，安装在装置支撑框架3上的液压柱4开始收缩，带动支撑框架3上的曲柄连杆机构，使装置内的所有百叶窗片2同时转动，进而实现装置百叶窗2的开启与关闭。百叶窗片2闭合后可阻止外界冷空气从空冷岛顶部进入空冷单元13的内部，进而起到冬季大风天气下防冻的效果。

在空冷单元13因低温大风天气而过度散热时，关闭防冻装置内的百叶窗片2，阻断外界冷空气从上方进入空冷单元13内部的路径，减少空冷单元的散热量，进而降低其发生冻结事故的风险。

一种基于如上所述直接空冷岛顶部防冻装置的使用方法，包括以下步骤：

(1)首先将如上所述的直接空冷岛顶部防冻装置14安装在所有相邻的空冷单元13之间，形成整个空冷岛的顶部防冻装置。在冬季时，监测电厂厂址地区的气象数据与空冷岛空冷单元散热管束处的壁面温度，当空冷单元的散热管束壁面温度降低到警戒值时，立刻关闭对应空冷单元13上方的防冻装置，以最快速度遏制散热管束冻结的趋势。

(2)关闭对应空冷单元上方的防冻装置后，空冷岛空冷单元散热管束的壁面温度会逐渐回升，当温度恢复至正常值时，逐渐开启顶部防冻装置，在散热管束壁温逐渐稳定后，停止对顶部防冻装置内部百叶窗2开度的调节。

(3)对整个空冷岛全部的空冷单元13进行温度监测，若出现散热管束壁温突降的情况，重复步骤(1)和(2)，维持空冷岛在冬季大风条件下的正常运行。

一种基于如上所述直接空冷岛顶部防冻装置的防冻方法，包括以下步骤：

监测直接空冷岛空冷单元10的散热管束壁温，当电厂的监测系统发现直接空冷岛空冷单元10的散热管束壁温突降或低于警戒值时，控制液压柱4开始收缩，带动连杆7向液压柱4方向移动。曲柄10将连杆7的移动转化为百叶窗片2的转动，当连杆7向液压柱4方向移动至与支撑框架3接触时，14片百叶窗片2均转过90°并互相接触，形成阻隔外界冷空气的屏障。此时空冷单元13内散热管束的壁温会因为空气流量的减小而逐渐回升，当温度回升至正常值时，控制液压柱4逐渐伸长，由连杆7和曲柄10带动百叶窗片2逐渐开启，并持续监测散热管束的壁温，当壁温趋于稳定时，停止调节液压柱4，保持百叶窗片2的开度，直至外界环境再有较大变化时，再按上述流程进行调节。

安装本发明的直接空冷岛顶部防冻装置前后空冷岛的速度云图如图5和图6所示，可以看出，在安装本装置之前(图5所示)，空冷岛上方的冷空气直接冲击在空冷单元13上，这会造成空冷单元散热管束冻结而涨裂；而在安装本装置之后(图6所示)，空冷岛上方的冷空气被装置阻隔，空冷单元内部的空气流速显著降低，这会有效减少散热管束的散热量，进而起到防止散热管束冻结胀裂的效果。

Claims (9)

1.一种直接空冷岛顶部防冻装置，其特征在于，包括支撑框架(3)、曲柄连杆机构、传动与锁定结构以及若干百叶窗片(2)；百叶窗片(2)设置在支撑框架(3)上，传动与锁定结构与曲柄连杆机构相连，曲柄连杆机构能够控制百叶窗片(2)的开启与关闭。

2.根据权利要求1所述的一种直接空冷岛顶部防冻装置，其特征在于，曲柄连杆机构包括连杆(7)和曲柄(10)，连杆(7)和曲柄(10)相连；

传动与锁定结构包括液压柱(4)以及限位块(9)；

曲柄(10)设置在支撑框架(3)上，连杆(7)设置在支撑框架(3)上方；

支撑框架(3)的一端安装液压柱(4)，液压柱(4)一端设置在支撑框架(3)上，另一端与连杆(7)前端相连，连杆(7)后端设置限位块(9)。

3.根据权利要求2所述的一种直接空冷岛顶部防冻装置，其特征在于，支撑框架(3)为矩形，包括依次相连的第一支撑杆、第二支撑杆、第三支撑杆与第四支撑杆，第一支撑杆与第三支撑杆平行设置，第二支撑杆与第四支撑杆平行设置，连杆(7)设置在第一支撑杆上方，并与第一支撑杆平行设置，曲柄(10)包括相连的第一杆、第二杆与第三杆，第一杆一端与百叶窗片(2)一端相连，第二杆侧面与支撑框架(3)相连，第三杆侧面与连杆(7)相连；百叶窗片(2)另一端与第三支撑杆相连。

4.根据权利要求2所述的一种直接空冷岛顶部防冻装置，其特征在于，还包括前锁定器(6)与后锁定器(8)，前锁定器(6)设置在连杆(7)前端，后锁定器(8)设置在连杆(7)后端。

5.根据权利要求4所述的一种直接空冷岛顶部防冻装置，其特征在于，连杆(7)侧壁上开设第一凹槽与第二凹槽，前锁定器(6)一端通过轴承(5)安装在支撑框架(3)上，前锁定器(6)包括竖直挡板，竖直挡板上设置有凸起，后锁定器(8)与结构相同；后锁定器(8)设置在限位块(9)上。

6.根据权利要求5所述的一种直接空冷岛顶部防冻装置，其特征在于，当百叶窗片(2)关闭时，前锁定器(6)的凸起会嵌入连杆(7)上的第一凹槽中；当百叶窗片(2)开启时，后锁定器(8)的凸起会嵌入连杆(7)上的第二凹槽中。

7.根据权利要求1所述的一种直接空冷岛顶部防冻装置，其特征在于，还包括安装框架(1)，曲柄连杆机构以及传动与锁定结构安装框架(1)内。

8.一种如权利要求1-7中任意一项所述的直接空冷岛顶部防冻装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

将直接空冷岛顶部防冻装置安装在所有相邻的空冷单元(13)之间，监测空冷岛空冷单元散热管束处的壁面温度，当空冷单元的散热管束壁面温度降低到警戒值时，关闭对应空冷单元(13)上方的直接空冷岛顶部防冻装置；当空冷单元的散热管束壁面温度恢复至正常值时，开启直接空冷岛顶部防冻装置，在散热管束壁温逐渐稳定后，停止对百叶窗(2)开度的调节。

9.一种如权利要求1-7中任意一项所述的直接空冷岛顶部防冻装置的防冻方法，其特征在于，包括以下步骤：

监测直接空冷岛空冷单元(10)的散热管束壁温，当直接空冷岛空冷单元(10)的散热管束壁温突降或低于警戒值时，控制液压柱(4)收缩，带动连杆(7)向液压柱(4)方向移动，曲柄(10)将连杆(7)的移动转化为百叶窗片(2)的转动，当连杆(7)向液压柱(4)方向移动至与支撑框架(3)接触时，百叶窗片(2)均转过90°并互相接触，形成阻隔外界冷空气的屏障；空冷单元(13)内散热管束的壁温逐渐回升，当空冷单元(13)内散热管束的壁温回升至正常值时，控制液压柱(4)逐渐伸长，曲柄(10)将连杆(7)的移动转化为百叶窗片(2)的转动，当空冷单元(13)内散热管束的壁温趋于稳定时，停止调节液压柱(4)，保持百叶窗片(2)的开度。

Images