CN118140106A - 冷凝设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冷凝设备(1)，其具有朝上定向的用于冷凝蒸汽的管束(10、11)，该冷凝设备具有以下特征：a)空气腔室具有朝上变宽的梯形横截面以及对于冷却空气不可穿过的端侧(30)，该梯形横截面具有上侧和下侧以及相对于竖直线V反向地倾斜的两个纵侧，各纵侧由管束(10、11)构成；b)所述上侧具有用于已加热的冷却空气的至少一个排出开口，在所述排出开口中有风扇(18)，该风扇设立用于将从外部过来的较冷的冷却空气穿过管束(10、11)抽吸到空气腔室(14)中；c)所述管束(10、11)具有换热器管，这些换热器管以它们的端部连接在蒸汽分配管(8、9)上和冷凝液汇集管(12、13)上，在两个纵侧之中的每一个纵侧上设置各蒸汽分配管(8、9)之一和各冷凝液汇集管(12、13)之一；d)所述管束(10、11)分别与竖直线V处于一个在12°～18°范围内的角度W1，其中，所述管束(10、11)在蒸汽分配管(8、9)上以彼此的第一间距延伸并且在冷凝液汇集管(12、13)上以彼此的第二间距A2延伸，第二间距为第一间距A1的至少1/3。

Description

冷凝设备

技术领域

本发明涉及一种按权利要求1的特征的冷凝设备。

背景技术

用于冷凝涡轮蒸汽或者过程蒸汽的设备在能量技术领域中在非常大的尺寸中在许多年以来被采用。它们可以视为空气冷却的换热器的具体应用形式。空气冷却的换热器在化学的、石油化工的和发电的工业的不同过程中借助于环境空气对流体进行冷却。换热器主要包括换热器管，所述换热器管为了改进传热而在外侧上设有肋。借助于换热器通过热传导和对流向冷却介质即空气传热，通常称为干式冷却。空气冷却的换热器的换热器管通过焊接的管底部而组合成所谓的管束。一个管束可以具有一列或者平行的多列换热器管。

要被冷却的蒸汽到换热器管的入流借助于蒸汽分配管实现，所述蒸汽分配管设置在上方的管底部上。冷凝液的出流和尚未冷凝的蒸汽的分配经由冷凝液收集器实现，这些冷凝液收集器设置在下方的管底部上。冷却介质即空气借助于抽吸式地或者挤压式地设置的风扇被输送通过换热器管束。在A形结构方式中，各风扇在挤压式设置中处于屋顶形地设置的换热器管束的下方。具有风扇的屋顶形设置的换热器管束由支撑结构承载。风扇由风扇桥承载。颠倒的结构方式称为V形。也还要提及以下结构方式：在这些结构方式中，多个竖直设置的管束以彼此的间距设置，并且限定一个在水平横截面中多边形的空气腔室。同样存在具有几乎水平设置的管束的结构方式。

具有处于下方的风扇的标准A形结构方式能够实现，将许多单个的模块相互连接，并且将多列A形设置的管束并排设置。但是这种结构方式要求在风扇下方足够大的抽吸空间并且因此要求具有相应大的下部结构的相应大的基面。

管束的V形设置能够实现略微较低的结构方式，并且也能够实现多个管束成列的设置。与A形相比不利的是，风扇需要相对高地安装。在较大高度上支撑风扇的耗费也要求相应耗费的下层建筑。所要求的基面与在A形时一样大。

管束的竖直设置与倾斜大约30°的管束(A形或V形)相比具有以下缺点：朝下流出的冷凝液在管束的分凝器式线路的情况下、即在要被冷凝的蒸汽从下朝上逆着冷凝液的流出方向流动时更容易阻挡蒸汽流。因此，能被冷凝的蒸汽的流动速度和量在分凝器式运行的管束之内受到限制。在倾斜管束时，如在A形或V形时，冷凝液通过重力在管的下部区域中汇集。非常罕见得多地出现各个管的泛滥，使得分凝器式运行的管束也能以较高的蒸汽速度运行。冷凝能力在分凝器式运行中在管束倾斜的情况下在直接的比较中是更高的。因为管束在冷凝器式的和在分凝器式的运行方式中通常相互组合，所以制约因素是分凝器式的管束。

发明内容

本发明的任务是，提供一种冷凝设备，该冷凝设备能够实现高的冷凝能力并且同时能够廉价地建立。

所述任务通过具有权利要求1的特征的冷凝设备解决。

从属权利要求涉及本发明的有利的进一步方案。

按本发明的冷凝设备具有朝上定向的用于冷凝蒸汽的管束。“朝上定向”意味着，管束的各管从下朝上延伸。蒸汽从上朝下流动。该冷凝设备为此具有空气腔室，该空气腔室朝上扩宽。概念“朝上”可以在逆着地球引力的意义上理解。在本发明意义上的“竖直线”按照地球引力从上向下延伸。“宽度”与竖直线垂直地测量，即在水平方向上测量。

空气腔室具有梯形横截面，该梯形横截面具有较宽的上侧和较窄的下侧以及相对于竖直线倾斜的两个纵侧，各纵侧由管束构成。各端侧封闭空气腔室。各端侧对于冷却空气是不可穿过的。

冷却空气被抽吸穿过管束，使得管束的各管在外侧由冷却空气包围流动。空气腔室的上侧具有排出开口。在那里有一个风扇，该风扇设立用于将从外部过来的较冷的冷却空气在管束的尤其是在外部加肋的各管之间穿过地抽吸到空气腔室中，并且作为已加热的冷却空气从排出开口输送出去。

朝上定向的管束具有换热器管，这些换热器管一方面以它们的上端部连接在蒸汽分配管上并且另一方面以它们的下端部连接在冷凝液汇集管上，在两个纵侧之中的每一个纵侧上设置各蒸汽分配管之一和各冷凝液汇集管之一。按本发明规定，朝上定向的管束分别与竖直线处于一个在12°～18°范围内的角度中。在管的上端部上的蒸汽分配管以彼此的第一水平间距延伸并且冷凝液汇集管以彼此的较小的第二水平间距延伸。蒸汽分配管水平地延伸并且冷凝液汇集管水平地延伸，其中，用于冷凝液出流的轻微的落差还可以理解为“水平的走向”。不涉及V形设置，其中，典型地对于每个管束利用与水平线成60°或者与竖直线成30°的角度。更准确地说，管束在它们的下端部的区域中即在冷凝液汇集管的高度区域中水平地间隔开，使得空气腔室不在横截面中描述三角形形状或者V形，而是朝下变细的梯形。管束在空气腔室的下部的高度区域中的间距为在管束的上部区域中的间距的至少1/3。这些间距分别涉及管束的管底部的中心。所有管束具有相同的上部间距和相同的下部间距。

朝上定向的管束优选与竖直线成15°的角度或者与水平面成75°的角度。风扇按本发明水平设置，使得角度数据也可以参考空气腔室的水平的上侧。

具有梯形横截面的空气腔室能够实现相对低的结构方式。管束的下部距离的大小选择为，使得基面具有足够的宽度，因此冷凝设备的可靠站立是可能的，而且利用承载结构，该承载结构仅需要从地面延伸至下侧。用于按本发明的冷凝设备的站立面与具有竖直的管束的设备的情况中相比明显更小，在具有竖直的管束的设备的情况中，竖直的管束的最小间距并且因此基面的宽度通过风扇的直径限定，该风扇处于两个竖直的管束之间。

另外，冷凝设备的建立是更简单的。底板或者基础可以更节省空间地布置。斜撑和支撑件更短。节约材料和运输重量。各组件的操纵更简单。

按本发明的冷凝设备对于两侧的管束利用与竖直线成优选15°的角度或者与水平线成75°的角度，因为该角度实现流过的冷却空气的相对小的压力损失，如在管束竖直站立时那样，但是不带来在分凝器式运行时容易泛滥的缺点。即使在分凝器式的管束的情况下，在大约15°±3°、尤其是15°±1°的角度范围内的倾斜位置也改进冷凝液出流并且因此能够实现冷凝液和蒸汽的较大通流量。因此，这样的冷凝设备工作能力非常强并且要求较小的材料使用量。在这种对比的考察方式中假设，用于风扇平台和用于风扇的耗费与在管束竖直设置时是类似大小的。用于封闭的下侧的微小额外耗费与通过较小站立面可达到的优点相比是可忽略不计的。此外，用于风扇的驱动装置可以设置在下侧的上方或下方，这使得为了维护目的的访问变得容易。

按本发明的冷凝设备尤其是用于冷凝蒸汽，特别是用于冷凝水蒸气，其中，可以采用具有优选24～32英尺的直径的风扇。与之相应地，在蒸汽分配管的区域中的管束的上部间距优选为大约9000～12000mm。

本发明的另一优点是，空气腔室可以在模块化的结构方式中由多个空气腔室模块构成。每一个空气腔室模块可以设有一个风扇。各个空气腔室模块在它们的端侧上相互连接。各空气腔室模块的水平的蒸汽分配管和水平的冷凝液汇集管也相互连接，使得一列的各个空气腔室模块线性地彼此相继地构成已加长的并且可加长的空气腔室。各个空气腔室模块的相邻的端侧通常是封闭的并且通过梯形的分隔壁分开。如果所有风扇总是以相同转速运行，那么可以取消分隔壁。但是如果一个风扇应是损坏的，那么该损坏的风扇的排出开口需要气密地封闭，因此没有空气从其他风扇通过排出开口抽吸到相应的空气腔室模块中或者在绕开管束的情况下抽吸到空气腔室中。

每一个风扇处于一个风扇环中，该风扇环在上侧构成和限定排出开口。该风扇环优选设置在蒸汽分配管之间，因此，冷凝设备的结构高度一方面保持低并且因此另一方面实现用于冷却空气的最大地大的排出开口。结构高度越低，则用来建立这样的冷凝设备所需要的建筑机械、尤其是起重机越小。

蒸汽分配管的间距决定性地通过风扇环的直径确定。同时，风扇环也确定空气腔室模块的长度。因此，每个空气腔室模块在蒸汽分配管的高度区域中基本上是正方形的。基于管束的倾斜位置，在设置于下方的冷凝液汇集管的区域中的横截面是矩形的。

冷凝设备可以设置在支架机构上。这在冷凝设备安装在平地上、即不是安装在建筑物上时是特别有利的。架设在支架机构上于是能够实现冷凝液汇集器到冷凝液汇集箱中的测地学的排空，该冷凝液汇集箱可以设置在支架机构的下方。该支架机构附加地实现相对于至少一个冷凝液泵的需要的入流高度，该冷凝液泵设置在冷凝液汇集箱下方。

相反，如果将冷凝设备提高地架设，例如安装在厂房的平屋顶上，那么也许可以完全放弃支架机构。

只要冷凝设备设置在支架机构上，由支架机构限定的空间和/或支架机构本身优选完全地处在空气腔室的下侧的下方。概念“在……下方”可以理解为，所述下侧的表面投影到地面上，冷凝设备安装在该地面上。如此定义的基面具有宽度，该宽度因此小于蒸汽分配管的间距。冷凝设备的基面的宽度可以基本上对应于在冷凝液汇集管的高度区域中的宽度。冷凝液汇集管在侧旁连接到空气腔室的下侧上并且在两侧略微超出空气腔室的下侧。

在这种冷凝设备中优选采用在长度范围为7000mm至11000mm的管束，其中，长度从上方的管端部到下方的管端部进行测量。

通过按本发明的冷凝设备决定性地实现以下目标：冷凝设备也能够建立在较小的站立面上，或者说实现具有较小的基面的设备。站立面的减小可以为50％以下。同时，用于架设冷凝设备的必要的钢结构的范围与A形或V形管束设置相比降低大约30重量％。管束的大约15°的倾斜位置限制了在分凝器式运行的管束中的泛滥的风险。通过这样的冷凝设备，与在要求较大站立面的标准A形或V形的情况下相比，在用于风扇的相同的能量消耗的情况下并且在同时降低结构尺寸的情况下能够冷凝更多蒸汽。因此，按本发明的冷凝设备解决了本发明的技术问题：以特别有利的方式降低成本并且改进冷凝能力。

附图说明

下面参照在单纯示意性的附图中描述的实施例更详细地解释本发明。

附图如下：

图1显示连接在涡轮上的冷凝设备；

图2显示冷凝设备的侧视图；

图3显示冷凝设备的俯视图；

图4显示冷凝设备的另外的实施方式的侧视图；并且

图5显示冷凝设备的透视图。

具体实施方式

图1显示用于冷凝蒸汽2的冷凝设备1，该蒸汽作为废蒸汽从发电组件输送至冷凝设备1。蒸汽2在冷凝设备1中冷凝。冷凝液3在冷凝液汇集箱33中收集并且从那里借助于冷凝液泵34在封闭的循环中输送至蒸发器4。来自蒸发器的热蒸汽5流入到涡轮6中，该涡轮驱动发电机7。来自涡轮的蒸汽2再次输送至冷凝设备1。这种循环仅仅是用来应用这样的冷凝设备1的可能的应用情形的示例。

图1的冷凝设备大大简化地在竖直的横截面中描述。蒸汽2流动到在上方设置的蒸汽分配管8、9中，这些蒸汽分配管连接到矩形的管束10、11的上方的管底部上。蒸汽2从上到下朝着较深地设置的冷凝液汇集管12、13的方向流动穿过管束10、11的管，所述冷凝液汇集管连接到管束10、11的下方的管底部上，冷凝液3在冷凝液汇集管12、13中汇集并且再此输送给发电组件。

管束10、11相对于竖直线V倾斜15°。竖直线在这种情况下是梯形的冷凝设备1的中心纵平面。管束10、11在相互之间限定空气腔室14，该空气腔室朝下在两侧并且参考中心纵平面变细。冷凝液汇集管12、13在水平方向上间隔开。它们与蒸汽分配管8、9一样水平地延伸。在冷凝液汇集管12、13之间，空气腔室14通过下侧15封闭。冷却空气16仅能在绘制的箭头的方向上到达空气腔室14中并且在上侧17通过风扇18(图3)从空气腔室14输送出来，该风扇设置在风扇环19中。已加热的冷却空气在朝上指向的箭头的方向上朝上流出。

按本发明的冷凝设备的重要元件是梯形的朝下变细的空气腔室14，该空气腔室的各侧壁27关于在冷凝设备中心的中心纵平面镜像对称地设置。梯形朝下通过下侧15限定并且朝上通过与下侧15平行地延伸的上侧17限定。图2在侧视图中并且部分地在剖视图中显示这样的冷凝设备1。作为对图1的补充，马达20和传动装置21在下侧15的区域中可见。轴22从传动装置21出发竖直朝上地引导并且驱动风扇18。风扇18的维护因此与在设置于换热器管束上方的驱动装置的情况相比更简单。概念“风扇”首先涉及轴流式风扇，其特点在于毂部和固定在毂部上的、输送空气流的风扇叶片。风扇驱动装置包括马达20和传动装置21，并且在该结构方式中处于空气腔室14之内。

朝上定向的管束10、11以其下端部处在冷凝液汇集管12、13上。冷凝液汇集管12、13具有支脚35，这些支脚站立在支架机构23的主纵梁36上。在冷凝液汇集管12、13的下边缘37与主纵梁36之间，间隙由封闭板38气密地密封。两个主纵梁36经由横梁相互连接。在主纵梁36之间的整个平面经由底部金属板气密地封闭。传动装置21和马达20设置在该平面上方。为了给传动装置21和马达20供应冷空气用来冷却而规定，在马达20和传动装置21上方设置罩，并且在马达20和传动装置21下方移除底部金属板。因此，冷的环境空气可以冷却马达20和传动装置并且紧接着经由罩中的开口抽吸到空气腔室14中。

图1和图2显示支架机构23，其处于冷凝设备1的下侧15的下方。在图2的侧视图中可见三个支撑件24、25、26。中间的支撑件25设置在竖直线V的长度范围中。从风扇到中间的支撑件的载荷路径是特别短的。其他的支撑件24、26设置在端部上。在每个纵侧27上有三个支撑件，它们通过附加的斜撑能被稳定化(图5)。

在图3的俯视图中可见，冷凝设备1具有基本上矩形的横截面，这通过在管束10、11的上端部上的风扇环19的尺寸决定。未图示除此之外封闭的即不透空气的上侧。图3还显示作为在管束10、11的上端部之间的水平间距的间距A1以及在管束10、11的下端部之间的在配属的冷凝液汇集管12、13的高度中的第二间距A2。间距A1、A2在管束10、11的相应的上方的或下方的管底部上测量。间距A1、A2在所有管束10、11之间是相同的。

第二间距A2为第一间距A1的至少1/3，使得各管束10、11的下端部以及各冷凝液汇集管12、13始终以彼此的相对大的间距设置，这通过管束的在15°±1°的角度范围中的小的倾斜位置决定。假如角度大约双倍大，那么冷凝液汇集管与在V形设置时一样直接彼此并排，但是需要设置直至蒸汽分配管的支撑件，因此冷凝设备在纵侧被充分支撑。这在此不是必需的。自支撑的管束被采用。

图2显示一种冷凝设备1，其具有所有对于运行所需的特征。为了提供较大的冷凝设备，图2的结构方式可以用作为单个的模块，该模块通过另外的结构相同的空气腔室模块加长。图4显示多个这样的空气腔室模块，它们在线性的结构方式中彼此相继地连接并且形成共同的冷凝设备1。为此目的，各空气腔室模块28的蒸汽分配管9和冷凝液汇集管13相互连接。具有二、三、四或还更多单个空气腔室模块28的结构方式是可能的。多个列直接彼此并排，如在A形或V形设置中那样，未被规定，因为用于冷却空气的在更陡峭地站立的管束10、11之间的抽吸室是明显更小的。因此，按本发明的冷凝设备尤其是适合用于以下使用目的：较小的冷凝能力是足够的。

图5的透视图显示另外的冷凝设备1。支架机构23具有附加的在对角线上延伸的斜撑29，它们在下部区域中安装在支撑件24、25、26上并且倾斜向上地朝空气腔室的下侧延伸。处于内部的空气腔室可以经由房门大小的维护入口31进入一个除此之外封闭的端侧30中。

总共四个结构相同的空气腔室模块28之中的在透视图中的第二空气腔室模块28具有一个或多个分凝器式连接的管束11。蒸汽经由设置在上方的蒸汽分配管8、9从上向下朝冷凝液汇集管12、13的方向流入到其余的空气腔室模块28中，规定，未冷凝的蒸汽经由冷凝液汇集管12、13从下方流入到第二空气腔室模块28的管束11中并且在那里尽可能完全冷凝。可能的残余气体以及未冷凝的蒸发液体在抽出器32中抽出。在该结构方式中因此采用三个冷凝器式的空气腔室模块28，并且它们与一个分凝器式运行的空气腔室模块28组合。

图5的结构方式的一种优选替代方案规定，一列的2～4个或更多个空气腔室模块之中的每一个空气腔室模块在相同部位上具有相同数量的分凝器式连接的管束。每一个空气腔室模块优选具有大约16％至大约20％的分凝器式运行的管或管束的份额。这具有以下优点：冷凝液汇集管的直径可以保持小，蒸汽经由这些冷凝液汇集管流向这些管或者说该管束。

关于冷凝设备1的尺寸设计，一方面可指出相对于竖直线V倾斜了角度W1的管束10、11。角度W1为15°。冷凝设备1具有在蒸汽分配管9、10的纵向方向上测量的长度L2，这些蒸汽分配管在上方的管底部的区域中水平地延伸，该长度L2是单个的空气腔室模块的长度L1(图2)的整数多倍。由支架机构23占据的基面G具有宽度B1。基面G的宽度B1对应于冷凝设备1的在冷凝液汇集管12、13的高度区域中的宽度B2，这些冷凝液汇集管设置于下方并且在下方的管底部的区域中水平地延伸。间距A1在蒸汽分配管8、9的高度区域中大致双倍大。

附图标记列表

1 冷凝设备

2 蒸汽

3 冷凝液

4 蒸发器

5 热蒸汽

6 涡轮

7 发电机

8 蒸汽分配管

9 蒸汽分配管

10 管束

11 管束

12 冷凝液汇集管

13 冷凝液汇集管

14 空气腔室

15 空气腔室14的下侧

16 冷却空气

17 空气腔室14的上侧

18 风扇

19 风扇环

20 马达

21 传动装置

22 轴

23 支架机构

24 支撑件

25 支撑件

26 支撑件

27 空气腔室14的纵侧

28 空气腔室模块

29 斜撑

30 空气腔室14的端侧

31 在端侧30中的维护入口

32 在管束11上的抽吸器

33 冷凝液汇集箱

34 冷凝液泵

35 支脚

36 主纵梁

37 冷凝液汇集管12、13的下边缘

38 封闭金属板

A1 管束在蒸汽分配管上的上端部的间距

A2 管束在冷凝液汇集管上的下端部的间距

B1 冷凝设备1的基面G的宽度

B2 冷凝设备1的在冷凝液汇集管的高度区域中的宽度

G 基面

L1 空气腔室模块28的长度

L2 冷凝设备1的长度

V 竖直线

W1 角度

Claims (9)

1.一种冷凝设备(1)，该冷凝设备具有朝上定向的用于冷凝蒸汽(2)的管束(10、11)，该冷凝设备具有以下特征：

a)空气腔室(14)具有朝上变宽的梯形横截面以及对于冷却空气(16)不可穿过的端侧(30)，该梯形横截面具有上侧(17)和下侧(15)以及相对于竖直线(V)反向地倾斜的两个纵侧(27)，各纵侧由管束(10、11)构成；

b)所述上侧(17)具有用于已加热的冷却空气(16)的至少一个排出开口，在所述排出开口中有风扇(18)，该风扇设立用于将从外部过来的较冷的冷却空气(16)穿过管束(10、11)抽吸到空气腔室(14)中；

c)所述管束(10、11)具有换热器管，这些换热器管以它们的端部连接在蒸汽分配管(8、9)上和冷凝液汇集管(12、13)上，在两个纵侧(27)之中的每一个纵侧上设置各蒸汽分配管(8、9)之一和各冷凝液汇集管(12、13)之一；

d)所述管束(10、11)分别与竖直线(V)处于一个在12°～18°范围内的角度(W1)中，其中，所述管束(10、11)在蒸汽分配管(8、9)上以彼此的第一间距(A1)延伸并且在冷凝液汇集管(12、13)上以彼此的第二间距(A2)延伸，所述第二间距(A2)为第一间距(A1)的至少1/3。

2.根据权利要求1所述的冷凝设备(1)，其特征在于，所述管束(10、11)设置成与竖直线(V)成15°±1°的角度。

3.根据权利要求1或2所述的冷凝设备(1)，其特征在于，所述第一间距(A1)处在9000mm～12000mm的范围中。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的冷凝设备(1)，其特征在于，所述空气腔室(14)在模块化的结构方式中由多个空气腔室模块(28)构成，每一个空气腔室模块(28)具有一个风扇(18)，并且各空气腔室模块(28)在它们的端侧(30)上相互连接，使得各空气腔室模块(28)的蒸汽分配管(8、9)和冷凝液汇集管(12、13)相互连接。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的冷凝设备(1)，其特征在于，每一个风扇(18)设置在一个风扇环(19)中，该风扇环(19)设置在各蒸汽分配管(8、9)之间。

6.根据权利要求5所述的冷凝设备(1)，其特征在于，所述风扇环(19)的直径确定各蒸汽分配管(8、9)的第一间距(A1)以及也确定空气腔室模块(14)的长度(L1)，每个空气腔室模块(14)在各蒸汽分配管(8、9)的高度区域中具有基本上正方形的横截面。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的冷凝设备(1)，其特征在于，所述空气腔室(14)在抬高的位置上设置在支架机构(23)上，所述支架机构处于空气腔室(14)的下侧(15)的下方并且限定冷凝设备(1)的基面(G)的宽度(B1)，该宽度小于各管束(10、11)在蒸汽分配管(8、9)上的间距(A1)。

8.根据权利要求7所述的冷凝设备(1)，其特征在于，所述基面(G)的宽度(B1)对应于冷凝设备(1)在各冷凝液汇集管(12、13)的高度区域中的宽度(B2)。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的冷凝设备(1)，其特征在于，所述管束(10、11)具有在7000～11000mm范围内的长度。