CN1162103A - 蒸汽冷凝器 - Google Patents

Abstract

一种空冷蒸汽冷凝器，它也使用热管技术以提供在任何环境条件下不冻结的诸蒸汽管并提供了一种控制非冷凝气体用的简单办法。蒸汽流经主冷凝器，使蒸汽和冷凝液同向向下流。传热表面积和风扇空气流设计得使所有的蒸汽不全部冷凝而水蒸气则连续排出每排管，这股连续的水蒸气冲除着这些排管内的非冷凝气体。过量的蒸汽流入下方集流管后又流入一使用了热管的二次冷凝器段。在二次冷凝器段中，过量的蒸汽冷凝在诸热管的蒸发器侧外表面上。滞留在下方集流管中的非冷凝气体通过一类似于传统的冷凝器的除气系统排走。下方集流管中的冷凝液被收集后供在发电循环中再使用。

Description

蒸汽冷凝器

本发明总的涉及一种蒸汽冷凝器，更具体涉及一种结合使用了空冷真空干燥蒸汽冷凝技术和热管技术的蒸汽冷凝器。

用于蒸汽发电循环中的空冷蒸汽冷凝器通常设置成一“A”形框架，每一侧斜置一束冷凝管，底部有一风扇。空气流经风扇并横穿这蒸汽冷凝器的一些部分。蒸汽入口设在每组冷凝管的顶部，蒸气和冷凝液同时朝下流。通常每束冷凝管有四排管。当空气流经四排管时，空气温度提高而冷凝蒸汽与空气之间的温差则减少。每排连贯的管子的较低的温差使冷凝较少。由于每排连贯管的冷凝液和蒸汽流较低，每排管的两相流动压力降也较低。如果诸排管排放到同一后集流管，则管排出口压力差被在进入具低压力的管排的诸端部的后集流管中的蒸汽和非冷凝气体消除了。由于下方管排具有较低的出口压力，它们有进入诸端部的蒸汽和收集在管中的超时非冷凝气体。这些非冷凝气体的气穴堵住了局部的蒸汽流，使冷凝液在寒冷天冻结从而导致透平被破坏。非冷凝气体通常由真空泵或空气喷射器从后集流管排放掉。为克服这一问题，传统的办法是使过量的蒸汽流通过每管排。过量的蒸汽防止了非冷凝气体积聚并将冷凝液的温度保持在冰点之上。这股通常占总汽流的百分之二十至三十三的过量蒸汽被冷凝在二次冷凝器或通风凝结器中。该通常的通风凝结器是一分凝器(回流冷凝器)，其中的蒸汽流沿倾斜管向上，在管壁上冷凝，冷凝液从下面排出。非冷凝气体向上流出管并被真空泵或空气喷射器抽出。通过使用热管也解决了过去的蒸汽冷凝器结冻问题。热管用来冷凝蒸汽。蒸汽流经热管的蒸发器侧并被冷凝，而迫使环境空气流过热管的冷凝器侧。冷凝液被收集于蒸汽管道的底部并回到锅炉作再使用。这些办法受到一些限制，并未提供一种控制非冷凝气体的简单办法。

本发明提出了现有技术的限制。它所提供的是一空冷蒸汽冷凝器，该冷凝器也使用了热管技术，以使在任何环境条件下可防止冻结，并提供出一种控制非冷凝气体的简单办法。蒸汽流经主冷凝器而使蒸汽和冷凝液同向向下流。传热表面积和风扇空气流设计得使在操作条件范围内，所有的蒸汽不全部冷凝而蒸气连续放出每管排。这股连续的水蒸汽流冲除这些管道中的非冷凝气体。过量的蒸汽流入与一利用了热管技术的二次冷凝器部分相连的下方集流管中。在二次冷凝器中，过量的蒸汽冷凝在热管的蒸发器侧外表面上。滞留在下方集流管中的非冷凝气体靠一与传统的冷凝器类似的除气系统(airremoval system)排放出去。在下方集流管中的冷凝液放到一冷凝液罐中以备在发电循环(power generation cycle)中再使用。

为了进一步理介本发明的特点和目的，下面就结合附图说明几个实施例。图中的相同标号表示相同的另件。这些附图为：

图l表示已有技术的一种空冷蒸汽冷凝器；

图2表示已有技术的另一种空冷蒸汽冷凝器；

图3表示已有技术的又一种空冷蒸汽冷凝器；

图4表示了本发明；

图5表示了本发明的一实施例；

图6表示了本发明的另一实施例；

图7是表示使用于本发明中的一个热管的剖面图；

图8是表示可使用于本发明中的另一热管实施例的剖面图；

图9是表示本发明的下方蒸汽集流管的一可取的实施例的剖面图；以及

图10是从图9中的“10-10”线剖取的剖视图。

  从图1所示的现有技术可看出，空冷蒸汽冷凝器通常设置成一“A”形框架，每一侧斜置一冷凝管束(condenser tube bundle)12，底部有一风扇10。空气流经风扇并横穿这蒸汽冷凝器的一些部分。来自蒸汽透平14的蒸汽流向一上方蒸汽集流管16，该集流管在各管束12的顶部设一蒸汽入口。在管束内蒸气和冷凝液同向向下流入一下方或后集流管18。使用一空气喷射器或真空泵20可将非冷凝气体从后集流管18中排掉。冷凝液被收集在罐22中并通向冷凝液泵(未图示)以供再使用。

图2表示一种现有技术的用来防止冷凝液冻结的办法。冷凝管束12设计得可使过量的蒸汽流经每排管(tube row)。过量的蒸汽防止了非冷凝气体积聚并将冷凝液温度保持在冰点之上。过量的蒸汽被冷凝在一二次冷凝器或通风凝结器24中。该通常的通风凝结器24是一分凝器(回流冷凝器)，其中的蒸汽流沿倾斜管向上，在管壁上冷凝，冷凝液从下面排出。非冷凝气体向上流出管并被真空泵或空气喷射器抽出。

图3也表示了现有技术中的一种防止冷凝液冻结的办法。热管26设置成“Y”形结构。热管的蒸发器一侧被包容在一蒸汽集流管28中。蒸汽横穿通过热管26的蒸发器侧时冷凝。冷凝液被收集在集流管28的底部后回到锅炉以备再使用。风扇10使引风横穿通过热管的冷凝器侧，致使在热管中的工作液(working fluid)被冷却和再冷凝。

在图4中总的用标号“30”表示本发明。该蒸汽冷凝器30大体上包括主冷凝器32、下方集流管34和二次冷凝器36。

主冷凝器32由上方蒸汽集流管38和一或多个管束40组成。上方蒸汽集流管38通过管道44接收来自蒸汽透平42的蒸汽，然后将蒸汽导入管束40。每个管束40类似于在工业中熟知并使用的管束，这种管束设有几排，通常为四排管，用来接收和冷凝蒸汽。本发明的管束与现有技术的主要区别在于它们并不是设计成用来冷凝尽可能多的蒸汽。相反，传热表面积和来自风扇46的风扇空气流被设计得使在操作条件的范围内所有的蒸汽不会全部冷凝，水蒸汽(steam vapor)连续地排出每排管的底部而进入下方集流管34。在最佳实施例中，在管束40中使用了现有表面积的(67-80)％。这表面积结合风扇空气流导致约(20-80)％的蒸汽冷凝在主冷凝器32中。该股连续的水蒸汽流冲除着主冷凝器32的多排管中的非冷凝气体。过量的非冷凝蒸汽和非冷凝气体流入下方集流管34后再流入一二次冷凝器36中。

二次冷凝器36与下方集流管34流体连通并与主冷凝器32对齐。热管48位于二次冷凝器36中，使每热管的蒸发器侧位于二次冷凝器36的下端并延伸到下方集流管34中。每热管的冷凝器侧朝向二次冷凝器36的上端。这样，来自主冷凝器32的非冷凝蒸汽冷凝在热管48的蒸发器侧并通过冷凝液排放口50流出下方集流管34。非冷凝气体排到如用标号52表示的一喷射器。

图5表示了本发明的另一实施例，其中的主冷凝器32和二次冷凝器36组成“W”形构形，而不是相互对齐。如上述，过量的蒸汽冷凝在二次冷凝器36中。非冷凝气体通过管道54排走。

图6表示了本发明的又一实施例，其中上述的主冷凝器和二次冷凝器合并为一个冷凝器56。该冷凝器56包括传统的、用于将蒸汽流从顶部引到底部的翅管58和热管26。如上所述，传热表面积和风扇空气流被设计得使在操作条件的范围内所有的蒸汽不会全部冷凝在热管58中。连续的蒸汽流冲除着管道58中的非冷凝气体。排出管道58底部的剩余蒸汽被热管26冷凝，热管的蒸发器侧延伸地于下方集流管34中的管道58的出口端。冷凝液从冷凝液排放口50排出而被收集作再使用。非冷凝气体从通风管道54放走。在图6所示的四排管道中的最下或第一排是热管26。应当理介，热管26可位于管束中的任一排。

图7是用于本发明的热管26和下方集流管34的详细剖视图。热管26可用直园管、椭园管或扁平椭圆管制造，这种管道中可含或不含一内部油绳(internalwick)。热管26的两端是封死的，内含预定量的具预定蒸气压的传热流体60。所用的流体取决于用途和条件。用于不同的热管用途的传热流体可为甲醛、氨和氟利昂，但不限于这些。传热流体60位于热管60的蒸发器段62。当热量流入蒸发器段62时，传热流体60蒸发，从蒸汽带走热量并由此造成其冷凝，并向上进入冷凝器段64，在此段传热流体被冷却和冷凝，进而将流体热量传给空气流。传热流体冷凝液靠重力流回到蒸发器段中。冷凝器段64可设有翅片66以提供大的热反射表面积。翅片6可是凸出的、埋入的或被包裹的铝或钢并可为不间断的或锯齿形的，这取决于压力降和传热要求。热管26可以排成一直线或三角形间隔开，这取决于压降和系统的传热要求。

为了改善传热性能和耐腐蚀能力，图8中所示的热管26的蒸发器段的外表面上套上了一层如聚四氟乙烯的低摩擦涂层68。该低摩擦涂层促进了滴状冷凝，这将冷凝传热速率提高了约一个数量级。此外，该涂层提供了一个防腐蚀界面，这样就可用廉价的含碳钢制造热管26。

图9和10表示了下方集流管34的一个实施例，其上设有多个温度计插孔或套管70，它们是直接焊于下方集流管34上而形成一防漏的密封。每个套管70的尺寸设定得使套管70的内直径与热管的蒸发段的外直径之间为一种小的滑配合间隙从而减小热阻。如要改善热传送，可在环形缝隙中填入如油脂或液体之类的导热物质。热管26靠重力保持到位，而管架通常铸在冷凝器管束架上。这样就提供了又一个可避免热管26和蒸汽之间发生腐蚀性接触的手段。如上所述，套管70的外表面可涂上一层低摩擦涂层以促进滴状冷凝，从而改善了冷凝传热速率。

在操作中，接收在上方集流管38中的蒸汽流入管束40的诸管中，在此有些蒸汽冷凝和流入下方集流管34中。流出诸管而进入下方集流管34的剩余蒸汽冲除诸管中的非冷凝气体。剩余蒸汽冷凝在热管26的蒸发器段62。靠通风管道和/或真空泵将非冷凝气体排走。诸管道和热管的设置方案可使蒸汽连续地流过诸管束的诸管道，从而在诸管束中提供了诸防冻的管道。在本发明的结构设计中，唯有位于下方集流管中的热管段的外表面可能发生结冻。由于这发生在热管的外表面，故不会损害热管。图9所示的下方集流管实施例的优点在于，在现场不必将热管26与下方集流管34之间的牢固的密封割掉后重新焊上就可拆下和再将它装上。

可以理解的是，所述详细内容只是用来说明本发明而对之无限制作用，因为在本文所讲授的发明构思的范围内可作出许多变化设计和不同的实施例，而且针对在本文按照专利法的规定给予详细描述的实施例也可作出种种修改。

Claims (12)

1.一种蒸汽冷凝器包括：

a.一上方蒸汽集流管；

b.一主冷凝器，它与上方蒸汽集流管流体连通，所述主冷凝器设计得使仅有通过它的蒸汽流中的一部分在其中冷凝；

c.一下方蒸汽集流管，它与所述的主冷凝器流体连通；

d.一二次冷凝器，它与所述下方蒸汽集流管流体连通；

e.多个设置在所述二次冷凝器中的热管，它使不在所述主冷凝器中冷凝的蒸汽发生冷凝。

2.如权利要求1所述的冷凝器，其特征在于，所述主冷凝器设计得使通过它的蒸汽的约(20-80)％被冷凝。

3.如权利要求1所述的冷凝器，其特征在于，所述主冷凝器和二次冷凝器排成一直线。

4.如权利要求1所述的冷凝器，其特征在于，所述主冷凝器和二次冷凝器排成“W”形构形。

5.如权利要求1所述的冷凝器，其特征在于，所述热管在其蒸发器侧上涂有一低摩擦涂层。

6.如权利要求1所述的冷凝器，其特征在于，所述下方蒸汽集流管设置有多个套筒，它们伸入所述下方蒸汽集流管，每个所述套筒的尺寸可插置诸所述热管中的一个的蒸发器段。

7.一种蒸汽冷凝器包括：

a.一上方蒸汽集流管；

b.一主冷凝器，它与所述上方蒸汽集流管流体连通，所述主冷凝器设计得使通过它的蒸汽流中的约(20-80)％在其中冷凝；

c.一下方蒸汽集流管，它与所述的主冷凝器流体连通；

d.一二次冷凝器，它与所述下方蒸汽集流管流体连通并与所述主冷凝器排成一直线；

e.多个设置在所述二次冷凝器中的热管，它使不在所述主冷凝器中冷凝的蒸汽发生冷凝。

8.如权利要求7所述的冷凝器，其特征在于，所述热管在其蒸发器侧上涂有一低摩擦涂层。

9.如权利要求7所述的冷凝器，其特征在于，所述下方蒸汽集流管设置有多个套筒，它们伸入所述下方蒸汽集流管，每个所述套筒的尺寸可插置诸所述热管中的一个的蒸发器段。

10.一种蒸汽冷凝器包括：

a.一上方蒸汽集流管；

b.一下方蒸汽集流管；

c.一冷凝器，它邻接于所述上方蒸汽集流管与下方蒸汽集流管之间；

d.多根蒸汽管，它设置在所述冷凝器中并与所述上方蒸汽集流管和所述下方蒸汽集流管流体连通；以及

e.多根热管，它设置在所述冷凝器中使所述热管的蒸发器段伸入所述下方蒸汽集流管。

11.如权利要求10所述的冷凝器，其特征在于，每所述热管的蒸发器段上有一低摩擦涂层。

12.如权利要求10所述的冷凝器，其特征在于，所述下方蒸汽集流管设置有多个套管，它们伸入所述下方蒸汽集流管，每个套管的尺寸可使插置诸所述热管的一个的蒸发器段。

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