CN200979376Y - 真空钎焊板翅式直接空冷凝汽器 - Google Patents

Abstract

一种真空钎焊板翅式直接空冷凝汽器。它在蒸汽和冷却空气的换热表面处全部使用铝及铝合金材料。它的汽侧通道与冷却空气通道方向交叉，相间叠置，两汽侧通道间焊有两到三层铝制翅片，翅片间有隔板连接，翅片空气流道方向与汽侧流道方向垂直布置。它采用钢铝过渡接头实现与全钢质的汽水管道系统连接。它的内部不再设置逆流基本换热单元，只是在各顺流单元中布置部分逆流管束。

Description

真空钎焊板翅式直接空冷凝汽器

技术领域

本实用新型涉及一种用冷却空气使与其交叉流动的电站汽轮机排出的低参数蒸汽凝结成饱和水的真空钎焊板翅式直接空冷凝汽器，尤其是基管和翅片均采用铝材质的真空钎焊板翅式直接空冷凝汽器。

背景技术

目前，公知的直接空冷凝汽器换热单元一般由缠绕或套装翅片的多排管管翅式换热器或盐浴钎焊的单排管换热器构成。

多排管管翅式换热器单元的汽侧基管一般为圆形或椭圆形钢管，外侧缠绕或套装钢翅片，然后以热浸镀锌连接。汽侧管子排成一排或交错排成两排或多排。换热器单元成组作A形布置。

由以上结构，多排管管翅式换热器单元汽侧和空气侧阻力均较大，为保证良好的换热性能，要设计较大的冷却风速，风机功耗大，对噪声不易控制。汽侧排管形状和布置是凝汽器存在冷却死区，需要很大的汽水逆流换热器部分，结构复杂，经济性差。装置总重大，给相关的基础结构的设计、制造和安装均带来困难。

对此，国外一些公司曾生产单排管结构的换热单元，改用铝翅片单排管结构，但使用盐浴钎焊的单排管换热器构成，虽然换热性能有很大改进，但焊接后虽经清洗，但残留焊剂仍有较大的腐蚀性，使用寿命缩短，蒸汽在各通道间的分配设计和控制困难。

以下是国外公司生产的单排管直接空冷凝汽器的结构、性能和特点的描述：

性能由于钢制的较大横椭圆形截面的管子和铝制翅片进行了紧密的金属连接，使得单排管凝汽器在整个电厂的运行期间，具有优异的换热性能。为了获得最大的换热效率和最低的能耗，铝制翅片的几何形状经过有限元法的优化设计，并在研发中心进行了进一步的检测试验。通过特殊设计的焊接工艺使得铝翅片与钢管子间获得冶金方式的连接，确保高强度和抗腐蚀性，通过这种工艺，可以使翅片与平坦的底部获得完全的连接。

整体的管束翅片和管子构成的一个管束单元，经过加工处理工序(装卡和加热)，获得了具有高强度的整体。若干个管束单元构成一个完整的管束。管束单元是一个整体的金属构件，没有可以拆装的部分。在运行过程中管束单元应避免振动或移动，以确保不会产生振动磨损，以及确保均匀的空气流量流过整个管束的表面积，从而获得最大的换热性能。沿着整个翅片宽度方向，管子被横向的铝片进行了加固，与其它普通的单排管冷凝器设计相比，极大地增加了强度，并相应地减少了管束在运输和安装过程中，或运行期间遭遇冰雹袭击，或清洁过程中被损坏的危险。

抗腐蚀性采用可以长使用期的铝镁合金，获得了很好的抗腐蚀性和强度。这种材料通常具有充分的性能，而在管束的加工制造阶段，通过一种类似于阳极氧化的焊接后续热处理工序，增加在自然状态下的氧化铝保护层，可以获得额外的抗腐蚀性。

防冰冻国外公司发明并拥有的恒压两段式冷凝过程的方法，由两个凝汽段构成，即汽轮机的排汽先经过顺流冷凝段(蒸汽与凝结水同方向流动)，后经过逆流冷凝段或称反流冷凝段(蒸汽与凝结水反方向流动)。这种设计确保了凝结水在逆流冷凝段不断地被加热，因此减少了凝结水的过冷和潜在的冰冻形成，同时还排除了凝结水中额外的溶氧，避免了管道内部的腐蚀。进一步主动的防冻措施有凝结水自排空，和采用大截面管道等。

清洗能力国外公司设计的平直的相互平行的铝翅片，与其它通常的单排管设计相比，更容易冲洗，而且清洗周期的时间间隔会更长。与其它铝翅片凝汽器不同，GEA公司设计的单排管翅片具有很高的强度，可以用高压水冲洗，因此可以在节约用水量的同时实现对冷凝器彻底的清洗。

发明内容

为了克服现有的由缠绕或套装翅片的多排管管翅式换热器或盐浴钎焊的单排管换热器构成的换热器管束及其基本换热单元的缺点和不足，本实用新型提供一种直接空冷凝汽器、换热器管束及其基本换热单元，该空冷凝汽器不仅改进了多排管换热器的缺点，保持有最新单排管的性能，还有更好的工艺性、防腐蚀能力，空侧和汽侧通道间空气和蒸汽均匀分配性能、试验成果通用性、设计简易性和设备能力利用最大化的优点。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

改善换热器换热表面材料和结构换热器的换热表面全部使用铝及铝合金材料，采用标准的板翅式紧凑换热器结构。汽侧通道与冷却空气通道方向交叉，相间迭置。汽侧通道是用耐腐蚀的铝合金热加工形成的按安全和工艺要求不同壁厚的异形扁管和由其延伸而形成的侧面封条构成，相邻两汽侧通道间是冷却空气通道，两汽侧通道间焊有两到三层铝制翅片，翅片间有隔板连接，以减小通道的水力半径，翅片采用铝制，由标准的板翅成形机成形，可根据热力计算需要选择翅片形状和尺寸，翅片空气流道方向与汽侧流道方向垂直布置，冷却空气通道封条在汽侧通道进出口两侧采用厚铝合金板与汽侧通道焊接而成，他们既是冷却空气侧封条，又是汽侧和凝结水侧联箱的一部分。本方案的换热器的汽气换热面完全采用传热系数最高的非贵金属遵循通用的有成熟工艺和设计标准的板翅式紧凑换热器结构和生产工艺，可靠性好，生产效率高，运行换热效率高。

应用先进的成熟通用的真空钎板翅式紧凑换热器焊接工艺蒸汽通道与作为空气通道的铝翅片的组合焊接采用通用的真空钎焊，焊接虽然需要复杂设备，但工艺简单易控，焊接质量高，焊后不用清洗，不需热处理，也没有腐蚀残留物，可延长通道寿命。包括汽侧通道、空气通道和汽侧通道间与冷却空气间密封的整个管束一次焊接完成。与其他焊接方式相比，耗能大大降低，工艺对环境无污染。

用钢铝过渡接头实现全铝的换热器和全钢质的汽水管道系统的连接每个管束的汽侧进出口通过铝钢双金属过渡接头与上部的蒸汽联箱及下部的凝结水联箱连接，实现全铝的换热器和全钢质的汽水管道系统的连接。上述管束按设计数量在联箱位置钢侧顺序连接，形成基本换热单元的换热面。

采用通用的板翅紧凑换热器设计和试验方法由于完全采用板翅式紧凑换热器结构，可以使用通用标准结构试验参数及设计方法。

采用通用缩孔分配流量方法，按最优化原则分配将被凝结的蒸汽量采用在从汽轮机一条或两条排汽管到纵横成矩阵形排列的各纵列基本换热单元的蒸汽分配管的起始端加装以在最大蒸汽负荷时蒸汽均匀分配为目标的节流件和在每条蒸汽分配管上加装按目标向管束分配蒸汽的不均匀分配孔的通用缩孔分配流量方法，均衡管束中的蒸汽流量。

可不再设置逆流基本换热单元由于蒸汽分配均匀，逆流凝汽器在本结构凝汽其中已退化成纯粹的不凝结气体通道，不再承担凝结不确定的顺流管束中没有凝结的剩余蒸汽，因此可不单独设置逆流基本换热单元，而只是在各顺流单元中设部分逆流管束即可。

在风机转数调节自动控制系统中设定各风机初始转数，作为同时调节所有风机指令的风机转速的位置基础通过单独调整每一台风机转数来均衡以方阵布置的各风机单元在最高环境温度、最大负荷工况的供风量。并以这一状态所有风机转数与其中最小转速的差值转速为初始状态，风机转数调节自动控制系统在此状态下投入由同一指令控制的自动方式。

本实用新型的有益效果是：

采用全铝合金材料、板翅式紧凑型换热器设计和加工工艺；材料本身具有良好的抗腐蚀性并采用真空钎焊技术，与钢管铝翅片所采用的盐浴钎焊或气体保护焊相比具有以下特点：

管束焊接不需钎剂，无腐蚀性物质(NaCl、MgCl2等盐分)残留，焊后不需清洗；能耗低、每吨换热器电耗低2000度以上；

无盐雾对环境的污染，也无焊后清洗产生的工业废水，环保性好。

与气体保护焊相比具有以下特点：

钎焊接头强度更高

不消耗保护性气体(氮气)

采用板翅式紧凑型换热器加工工艺，钎焊件成型规范，汽侧通道换热面与翅片结合率高达98％以上，焊接质量易于控制，既提供了换热性能又增加了总体刚度和强度；

在与国外单排管相同流道和耗电情况下，具有较高的换热能力；这主要缘于铝材良好的导热性能和同种材质钎焊时优良的熔合性。

两侧联箱汽侧分支通道间密封在钎焊中同时完成，气汽间密封设计简单，手工焊接加工量少，为质量保证和进一步降低成本创造了条件；

管束比钢管铝翅片的单排管的比重小，可减少空冷凝汽器支撑部分的重力荷载，降低造价。

汽侧通道材料的低温特性远高于铝钢单排管钢材特性，抗冻性能好。

蒸汽负荷与冷却风最优化分配，为系统最优化运行创造基本条件。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的换热器汽气通道的基本结构形式；

图2是本实用新型的换热器管束的基本结构形式；

图3是本实用新型的换热器管束与进出口联箱连接过度的基本结构形式；

图4是本实用新型的基本换热单元的的基本结构形式；

图中1.铝钢过渡接头铝侧，2.铝钢过渡接头钢侧，3.铝制蒸汽通道，4.封头，5.翅片空气通道，6.铝钢过渡接头，7.蒸汽分配管，8.蒸汽分配节流件，9.风机桥，10.风机。

具体实施方式

改善换热器换热表面材料和结构根据板翅式紧凑换热器设计，按铝合金3003设计换热器汽侧表面及断面尺寸，开发或采购铝及铝合金基管材料，形成后来凝汽器的铝制蒸汽通道(3)，采用标准设计和试验方法确定翅片空气通道(5)形式。用紧凑换热器板翅结构，铝制蒸汽通道(3)与翅片空气通道(5)方向交叉，相间迭置。铝制蒸汽通道(3)是用耐腐蚀的铝合热加工形成的按安全和工艺要求不同壁厚的异形扁管和由其延伸而形成的侧面封条构成，相邻两铝制蒸汽通道(3)间是翅片空气通道(5)，两铝制蒸汽通道(3)间焊有两到三层翅片空气通道(5)，不靠铝制蒸汽通道(3)表面的翅片空气通道(5)间有隔板连接，以减小通道的水力半径和提高强度。翅片空气通道(5)采用铝制，由标准的板翅成形机成形，可根据热力计算需要选择翅片形状和尺寸，翅片空气通道(5)方向与铝制蒸汽通道(3)方向垂直布置，冷却空气通道封条在铝制蒸汽通道(3)进出口两侧采用厚铝合金板与铝制蒸汽通道(3)焊接而成，它们既是冷却空气侧封条，又是汽侧和凝结水侧联箱的一部分。本方案的换热器的汽气换热面完全采用传热系数最高的非贵金属遵循通用的有成熟工艺和设计标准的板翅式紧凑换热器结构和生产工艺。

应用先进的成熟通用的真空钎焊板翅式紧凑换热器焊接工艺焊通道与铝翅片的组合焊接采用通用的真空钎焊。制造工艺如下：将制造好的铝制蒸汽通道(3)扁平管、翅片、和封条分别进行清洗，洗去污垢和其他杂质及异物；按紧凑式换热器焊接的装配工艺和夹紧方法组装管束，保证间隙均匀；组装好的工件入真空炉；抽真空并控制温度；焊后冷却。焊接出炉的管束包括、翅片空气通道(5)和汽侧通道间与冷却空气间封头(4)的整个管束一次焊接完成。

用钢铝过渡接头实现全铝的换热器和全钢质的汽水管道系统的连接每个管束的铝制蒸汽通道(3)进出口通过铝钢过渡接头(6)与上部的蒸汽分配管(7)联箱及下部的凝结水联箱连接，实现全铝的换热器和全钢质的汽水管道系统的连接。每两个焊接管束由上下两块事先切割好的铝钢过渡接头铝侧(1)、铝钢过渡接头钢侧(2)在铝侧焊在一起，焊接采用气体保护铝熔焊工艺，焊后施以无损探伤。上述管束按设计数量在联箱位置钢侧顺序连接，形成基本换热单元的换热面。

采用通用缩孔分配流量方法，按最优化原则分配将被凝结的蒸汽量采用在从汽轮机排汽管到纵横成矩阵形排列的各纵列基本换热单元的蒸汽分配管(7)的起始端加装以在最大蒸汽负荷时蒸汽均匀分配为目标的蒸汽分配节流件(8)和在每条蒸汽分配管上加装按目标向管束分配蒸汽的不均匀分配孔的通用缩孔分配流量方法，均衡管束中的蒸汽流量。设计时在最大流量时和该流量时汽机背压，用加装通用的蒸汽分配节流件(8)的方法，使各蒸汽分配管和各基本换热单元中的蒸汽流量相等，并按此计算结果做导汽管、蒸汽分配管(7)的结构和元件选择设计。之后，再重新计算并用计算机模拟检验直到误差合格。

可不再设置逆流基本换热单元由于蒸汽分配均匀，逆流凝汽器在本结构凝汽其中已退化成纯粹的不凝结气体通道，不再承担凝结不确定的顺流管束中没有凝结的剩余蒸汽，因此可不单独设置逆流基本换热单元，而只是在各顺流单元中设置部分逆流管束即可，设置的比例以凝结水过冷度和溶氧指标确定。

在风机转数调节自动控制系统中设定各风机初始转数，作为同时调节所有风机指令的风机转速的位置基础通过单独调整每一台风机转数来均衡以方阵布置的各风机单元在最高环境温度、最大负荷工况的供风量。并以这一状态所有风机转数与其中最小转速的差值转速为初始状态，风机转数调节自动控制系统在此状态下投入由同一指令控制的自动方式。

Claims (3)

1.一种真空钎焊板翅式直接空冷凝汽器，蒸汽和冷却空气的换热表面全部使用铝及铝合金材料，采用标准的板翅式紧凑换热器结构，其特征是汽侧通道与冷却空气通道方向交叉，相间迭置，汽侧通道是用耐腐蚀的铝合金热加工形成的不同壁厚的异形扁管和由其延伸而形成的侧面封条构成，相邻两汽侧通道间是冷却空气通道，两汽侧通道间焊有两到三层铝制翅片，翅片间有隔板连接，翅片采用铝制，由标准的板翅成形机成形，翅片空气流道方向与汽侧流道方向垂直布置，冷却空气通道封条在汽侧通道进出口两侧采用厚铝合金板与汽侧通道焊接而成，它们既是冷却空气侧封条，又是汽侧和凝结水侧联箱的一部分。

2.根据权利要求1所述的真空钎焊板翅式直接空冷凝汽器，其特征是用钢铝过度接头实现全铝的换热器和全钢质的汽水管道系统的连接，每个管束的汽侧进出口通过铝钢双金属过渡接头与上部的蒸汽联箱及下部的凝结水联箱连接，实现全铝的换热器和全钢质的汽水管道系统的连接。

3.根据权利要求1所述的真空钎焊板翅式直接空冷凝汽器，其特征是可不再设置逆流基本换热单元，而只是在各顺流单元中设置部分逆流管束即可。

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