CN202304490U - 蒸发式氢气冷却器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型蒸发式氢气冷却器涉及一种火电站使用的采用水氢氢冷却方式配有蒸发式氢气冷却系统的汽轮发电机，是蒸发式氢气冷却系统中的核心部套。本实用新型由氢冷密封罩壳、上管板、下管板、肋化蒸发传热管、分布式降水管、带加强筋板的下包壳、盘式下联箱给水管、蒸汽引出管、氢气导流板构成；采用在高真空条件下水蒸发冷却热氢，可以理解为从热氢吸取热量，形状高度特异化的受热面只有肋化蒸发传热管束的真空式锅炉，可解决氢气温度过高限制汽轮发电机出力问题，同时大幅度降低闭式水系统功耗和投资。
Description
(一)技术领域：
本实用新型蒸发式氢气冷却器涉及一种火电站使用的采用水氢氢冷却方式配有蒸发式氢气冷却系统的汽轮发电机，是蒸发式氢气冷却系统中的核心部套。
(二)背景技术：
现有技术的汽轮发电机通常采用水氢氢冷却方式，效率约99％。1％的损耗产生的热量分别由氢气冷却器(简称氢冷器)、定子内冷水冷却器、冷油器和励磁系统冷却设施带走，其中氢冷器带走的热量占有较大份额。现有技术的氢冷器是一种表面式热交换器，氢侧高度肋化，水侧使用淡水或者除盐水冷却，该水对热交换管应无腐蚀和结垢倾向，为确保汽轮发电机安全运行，氢冷器水压应低于氢压。现有技术的汽轮发电机通常每台机配有4台氢冷器，分2组装置在汽轮发电机两端的氢冷密封罩壳内。
现有技术氢冷器进口水温对汽轮发电机的出力有重大影响，只有当氢冷器进口水温≤38℃时，才能保证汽轮发电机在额定负荷下长期安全运行。当氢冷器进口水温升高到42℃时，汽轮发电机的安全出力只有额定负荷的77％；反之，当氢冷器进口水温降低到28℃时，汽轮发电机的安全出力可以升高到额定负荷的108.5％。
现有技术的氢冷器的水侧通常采取低温升、高流量的设计以保证氢、水之间有较大的传热温压，通常汽轮发电机氢冷器水侧的温升为5K，350MW等级的汽轮发电机，其氢冷器冷却水流量高达400t/h；600MW和1000MW等级的汽轮发电机，其氢冷器冷却却水流量基本与汽轮发电机的出力成线性关系。
随世界工业化的进程，淡水资源日益紧张，特别是适合氢冷器直接使用的低钙、镁离子，低氯根、低固形物、低耗氧量的淡水资源更为稀缺，大多数火电站使用闭式水来冷却氢气，所谓闭式水即闭式循环的除盐水，以确保汽轮发电机的安全运行。闭式水由开式循环水通过一个闭式水冷却器来冷却，通常闭式水温比开式循环水温要高5K，这是换热所需要的温压。
(三)发明内容：
所要解决的技术问题：
本实用新型的目的是提供一种蒸发式氢气冷却器采取与现有技术完全不同的技术路线解决水氢氢冷却方式的汽轮发电机在高温高湿气象条件下的氢气冷却问题。
当开式循环水温度超过33℃时，闭式水温度将超过38℃，由于氢冷器进口水温对现有技术的汽轮发电机的出力有重大影响，汽轮发电机开始限出力。对我国南部的火电站一年之内会有较多时数循环水温度超过33℃；对东南亚的火电站循环水温度超过33℃可成为常态；对采用间接空冷的缺水地区的火电机组，一年之内也会有较多时数闭式水温度超过38℃，现有技术的汽轮发电机只能以降低出力来应对。
现有技术的氢冷器的水侧通常采取低温升、高流量的设计以保证氢、水之间有必要的传热温压，使氢冷器成为闭式水系统的最大用户；由于其它用户的需要，闭式水循环泵的出口水压颇高于氢压，为确保汽轮发电机安全运行，满足氢冷器水压应低于氢压的要求，需要在氢冷器入口设置减压调节阀。高流量和较高的水压使现有技术的氢冷器在运行中发生较大能耗。大容量的板式闭式水冷却器需要进口，价格昂贵，闭式水循环水泵和开式循环水升压水泵运行功耗较大。
本实用新型蒸发式氢气冷却器可完美解决高温高湿气象条件下汽轮发电机的氢气冷却问题，避免出现因闭式水温度高限制汽轮发电机出力；有效降低闭式水循环水泵和开式循环水升压水泵运行功耗。
解决其技术问题采用的技术方案：
本实用新型采用在高真空条件下水蒸发冷却热氢，解决氢气温度过高限制汽轮发电机出力问题，同时大幅度降低闭式水系统功耗和投资。
以350MW的汽轮发电机为例：现有技术的氢冷器，其水侧温升5K，焓增20.9kJ/kg，400t/h共吸热8.36×106kJ/h。水在真空状态0.001MPa(a)到0.005MPa(a)区间的汽化潜热为2484.38kJ/kg到2423kJ/kg，只要在该真空状态区间下蒸发3406.68kg/h的水，其吸热量与温升5K，流量400t/h的闭式水相同。水在真空状态0.001MPa(a)到0.005MPa(a)区间的饱和温度(也称沸腾温度)为6.97℃到32.88℃，颇低于38℃；水对氢冷器传热管内壁的放热系数α2，沸腾放热系数远大于强迫对流放热系数。
本实用新型蒸发式氢气冷却器由氢冷密封罩壳(2)、上管板(4)、下管板(5)、肋化蒸发传热管(6)、分布式降水管(7)、带加强筋板的下包壳(8)、盘式下联箱给水管(9)、蒸汽引出管(10)、氢气导流板(11)构成；氢冷密封罩壳(2)的断面为带大圆角的扁矩形；氢冷密封罩壳(2)的上部与上管板(4)结合构成蒸发式氢气冷却器的高真空汽空间；氢冷密封罩壳(2)的下部与上管板(4)、下管板(5)、肋化蒸发传热管(6)、分布式降水管(7)结合构成承压的氢气放热流道；带加强筋板的下包壳(8)与下管板(5)结合构成盘式下联箱；盘式下联箱给水管(8)穿过氢冷密封罩壳(2)和上管板(4)直接接入盘式下联箱；氢气导流板(11)为弧形氢气流导引板。
本实用新型蒸发式氢气冷却器可以理解为从热氢吸取热量，形状高度特化的受热面只有肋化蒸发传热管(6)的真空式锅炉；肋化蒸发传热管(6)为分组整体肋片式结构，既降低氢侧热阻又便于肋化蒸发传热管(6)相互定位；垂直布置的肋化蒸发传热管(6)并联管数众多，高度不超过500mm；分布式降水管(7)内径为肋化蒸发传热管(6)内径的3至4倍，厚壁；分布式降水管(7)与肋化蒸发传热管(6)平行、等高、未肋化；分布式降水管(7)与上管板(4)、下管板(5)构成足以抵抗0.8MPa压差的刚度良好的扁管箱构架；氢冷密封罩壳(2)的上部与上管板(4)构成一个硕大的汽包；带加强筋板的下包壳(8)与下管板(5)结合构成盘式下联箱；硕大的汽包、肋化蒸发传热管(6)、分布式降水管(7)、盘式下联箱组成良好的自然循环回路；为便于组装，蒸发冷却管箱给水管(8)由氢冷密封罩壳(2)的顶部进入，直接接入盘式下联箱。
本实用新型可用于设计新一代的配有蒸发式氢气冷却系统的汽轮发电机，也可用于对现有技术在役电站水氢氢冷汽轮发电机的改造。
实用新型的有益效果：
●完美解决高温高湿气象条件下汽轮发电机的氢气冷却问题，避免出现因闭式水温度高限制汽轮发电机出力的现象；
●适用于空冷或者间接空冷汽轮发电机组，避免出现因闭式水温度高限制汽轮发电机出力的现象；
●避免用开式水冷却氢气带来的氢冷器腐蚀、结垢等不安全因素；
●减小闭式水热交换器容量，减少闭式水热交换器投资；
●减少闭式水循环泵和开式循环水升压泵功耗；
●完全避免现有技术氢冷器的闭式水压力可能高于氢压的不安全因素；
●依托本实用新型可以制造出单轴1300MW功率因素0.9适应各钟气象条件的汽轮发电机组。
(四)附图说明：
图1为现有技术汽轮发电机氢冷系统结构图。
在氢冷密封罩壳(2)内布置了2台现有技术氢气冷却器(3)，汽轮发电机两端各有1个氢冷密封罩壳(2)，共布置了4台现有技术氢气冷却器(3)，图1只画出了单端的结构图。
箭头表示氢气流向，在图1中，热氢由左侧进入现有技术氢气冷却器(3)，流出现有技术氢气冷却器(3)的冷氢被引导到汽轮发电机轴流风扇的入口。
图2为蒸发式氢气冷却器结构图。
蒸发式氢气冷却器由氢冷密封罩壳(2)、上管板(4)、下管板(5)、肋化蒸发传热管(6)、分布式降水管(7)、带加强筋板的下包壳(8)、盘式下联箱给水管(9)、蒸汽引出管(10)、氢气导流板(11)组成；肋化蒸发传热管(6)以点划中心线表示，分布式降水管(7)以带中心线的双细实线表示。
在图1、图2中的附图标记：
1汽轮发电机本体、2氢冷密封罩壳、 3现有技术氢气冷却器、
4上管板、 5下管板、 6肋化蒸发传热管、
7分布式降水管、 8带加强筋板的下包壳、 9盘式下联箱给水管、
10蒸汽引出管、 11氢气导流板。
(五)具体实施方式：
以下以一台350MW等级水氢氢冷却方式的汽轮发电机为例，结合图2进一步说明本实用新型蒸发式氢气冷却器实用新型的优选方式：
本实用新型蒸发式氢气冷却器由氢冷密封罩壳(2)、上管板(4)、下管板(5)、肋化蒸发传热管(6)、分布式降水管(7)、带加强筋板的下包壳(8)、盘式下联箱给水管(9)、蒸汽引出管(10)、氢气导流板(11)构成；氢冷密封罩壳(2)的断面为带大圆角的扁矩形；氢冷密封罩壳(2)的上部与上管板(4)结合构成蒸发式氢气冷却器的高真空汽空间；氢冷密封罩壳(2)的下部与上管板(4)、下管板(5)、肋化蒸发传热管(6)、分布式降水管(7)结合构成承压的氢气放热流道；带加强筋板的下包壳(8)与下管板(5)结合形成盘式下联箱；盘式下联箱给水管(8)穿过氢冷密封罩壳(2)和上管板(4)直接接入盘式下联箱；氢气导流板(11)为弧形氢气流导引板。
肋化蒸发传热管(6)采用分组整体肋片式结构，既降低氢侧热阻又便于肋化蒸发传热管(6)相互定位，肋片厚度0.4mm，无氧铜，肋间距4mm，；垂直布置的肋化蒸发传热管(6)Φ10×1，无氧铜，并联1800管(单侧)，氢侧有效传热高度440mm；肋片与管束钎焊以降低热阻，肋化比约1∶10；上管板(4)、下管板(5)为20mm厚覆铜碳钢板；分布式降水管(7)Φ38×5与肋化蒸发传热管(6)平行、等高、未肋化，180根(单侧)，均布，20G碳钢材质；分布式降水管(7)与上管板(4)、下管板(5)构成足以抵抗0.8MPa的压差的刚度良好的扁管箱构架；氢冷密封罩壳(2)的上部与上管板(4)构成一个硕大的汽包；带加强筋板的下包壳(8)与下管板(5)结合构成盘式下联箱；硕大的汽包、肋化蒸发传热管(6)、分布式降水管(7)、盘式下联箱构成良好的自然循环回路；为便于组装，蒸发冷却管箱给水管(8)由氢冷密封罩壳(2)的顶部进入，直接接入盘式下联箱；蒸汽引出管(10)的内径是肋化蒸发传热管(6)内径的50倍或更大。
Claims (4)
1.一种蒸发式氢气冷却器，其特征在于：蒸发式氢气冷却器由氢冷密封罩壳(2)、上管板(4)、下管板(5)、肋化蒸发传热管(6)、分布式降水管(7)、带加强筋板的下包壳(8)、盘式下联箱给水管(9)、蒸汽引出管(10)、氢气导流板(11)构成；氢冷密封罩壳(2)的断面为带大圆角的扁矩形；氢冷密封罩壳(2)的上部与上管板(4)结合构成蒸发式氢气冷却器的高真空汽空间；氢冷密封罩壳(2)的下部与上管板(4)、下管板(5)、肋化蒸发传热管(6)、分布式降水管(7)结合构成承压的氢气放热流道；带加强筋板的下包壳(8)与下管板(5)结合构成盘式下联箱；盘式下联箱给水管(8)穿过氢冷密封罩壳(2)和上管板(4)直接接入盘式下联箱；氢气导流板(11)为弧形氢气流导引板。
2.根据权利要求1所述的蒸发式氢气冷却器，其特征是所述的肋化蒸发传热管(6)为分组整体肋片式结构。
3.根据权利要求1所述的蒸发式氢气冷却器，其特征是所述的分布式降水管(7)内径为肋化蒸发传热管(6)内径的3至4倍，厚壁；分布式降水管(7)与肋化蒸发传热管(6)平行、等高、未肋化；分布式降水管(7)与上管板(4)、下管板(5)构成足以抵抗0.8MPa压差的刚度良好的扁管箱构架。
4.根据权利要求1所述的蒸发式氢气冷却器，其特征是所述的蒸汽引出管(10)的内径是肋化蒸发传热管(6)内径的50倍或更大。
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| CN103811085A (zh) * | 2012-11-13 | 2014-05-21 | 中国广东核电集团有限公司 | 核电站发电机氢气冷却系统的冷氢温度监控和调整方法 |
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