CN213335625U - 一种自流式前置混凝抽真空系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公布了一种自流式前置混凝抽真空系统，所述的凝汽器(1)上设置的第一气水出口(1.1)通过管道与前置混凝器(2)一侧设置的气水入口(2.1)相连接，所述的前置混凝器(2)顶部设置的第二气水出口(2.3)通过管道与真空泵组(3)内设置的进气管(3.1)相连接，所述的进气管(3.1)的另一端与真空泵本体(3.2)相连接，所述的真空泵本体(3.2)的一侧通过管道与气水分离器(3.4)连接，它克服了现有技术中前置冷凝装置混凝液无法回收、混凝效率不足，混凝器直连大气造成了凝汽器漏气从而难以维持真空的缺点，具有无新增能耗回收混凝液、真空泵溢流工作液同样回注至凝汽器中进一步节约工作用水等优点。

Description

一种自流式前置混凝抽真空系统

技术领域

本实用新型涉及到能源、化工技术研究领域，更加具体地是一种自流式前置混凝抽真空系统。

背景技术

锅炉将水加热成高温蒸汽，蒸汽去汽轮发电机做功发电，做完功后的水蒸气通过凝汽器凝结为水。上述过程即为燃煤电站的典型汽水循环流程。其中，蒸汽参数越高、凝汽器中压力越低则整个循环过程做功越多，效率越高。在锅炉参数一定时，如何维持凝汽器真空即成为了提高燃煤电站发电效率的关键。

在我国西北地区，由于受到所在地水源的限制，大部分燃煤电站均采用间接空冷或直接空冷方式运行。对于直接或间接空冷电站而言，其凝汽器冷却效率较低，真空度低，凝汽器中含有大量不凝结气体。

因此，急需一种装置和运用该装置的方法来解决上述问题。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述背景技术不足之处，而提出一种自流式前置混凝抽真空系统。

本实用新型的目的是通过如下技术方案来实施的：一种自流式前置混凝抽真空系统，它包括凝汽器、前置混凝器、真空泵组、真空截止阀、U型弯和凝结水结构；

所述的凝汽器上设置的第一气水出口通过管道与前置混凝器一侧设置的气水入口相连接，所述的前置混凝器顶部设置的第二气水出口通过管道与真空泵组内设置的进气管相连接，所述的进气管的另一端与真空泵本体相连接，所述的真空泵本体的一侧通过管道与气水分离器连接，

所述的气水分离器的另一侧通过管道与板式换热器相连接，所述的板式换热器的另一端与真空泵本体相连接，

所述的气水分离器的顶部设置有排气口，底部设置有工作液溢流口，所述的工作液溢流口通过管道与凝汽器一侧设置的工作液回水口相连接；

所述的前置混凝器底部设置的混凝液出口通过管道与凝汽器一侧设置的混凝液回水口相连接。

在上述技术方案中：临近每路所述的第一气水出口管道上设置有真空截止阀。

在上述技术方案中：所述的混凝液回水口与所述的混凝液出口之间的管道上设置有真空截止阀和U型弯；所述的工作液回水口与所述的工作液溢流口之间的管道上设置有真空截止阀和U型弯；且所述的真空截止阀和U型弯临近所述的凝汽器的底端一侧布置。

在上述技术方案中：所述的真空泵组包括进气管、真空泵本体、板式换热器、气水分离器和电机，所述的电机的输出端与所述的真空泵本体相连接，所述的气水分离器的顶部设置有排气口；

所述的前置混凝器的一侧下部设有气水入口，另一侧上部设置有凝结水喷淋入口，所述的前置混凝器的顶部设置有气水出口，所述的前置混凝器底部设置有混凝液出口；所述的凝结水喷淋入口与外接凝结水结构相连接。

在上述技术方案中：所述的前置混凝器位于主厂房的中间层或运转层，所述的真空泵组位于主厂房的0米层。

本实用新型具有如下优点：1、本实用新型中的气水混合物与凝结水在前置混凝器中换热后其温度降低、含水量减少、提升了后续真空泵的抽干空气效能。

2、本实用新型中的前置混凝器中换热后的液体，通过重力自流的方式回流至所述的凝汽器，实现资源再利用的同时无新增能耗。

3、本实用新型中的工作回流液同样回注至凝汽器进一步节约工作用水。

4、本实用新型中回流至凝汽器的前置混凝液以及工作液回流液的相关管道在靠近凝汽器端均设置有U型弯，其水封作用可防止空气漏入至凝汽器。

5、本发明经过经综合计算结果表明较常规间接或直接空冷机组的相关系统在节省功耗、凝结水、运行成本等方面均有较大改善，取得了商业上的成功。

附图说明

图1为不凝结气体含量对气汽混合物放热系数的影响示意图。

图2为本实用新型自流式前置混凝抽真空系统示意图。

图3为现有常规抽真空系统示意图。

图中：凝汽器1、第一气水出口1.1、混凝液回水口1.2、工作液回水口1.3，前置混凝器2、气水入口2.1、凝结水喷淋入口2.2、第二气水出口2.3、混凝液出口2.4，真空泵组3、进气管3.1、真空泵本体3.2、换热器3.3、气水分离器3.4、气体出口3.4.1、工作液溢流口3.4.2、电机3.5，真空截止阀4、U型弯5、凝结水结构6，气水混合物7、前置混凝液7.1、气体7.2、工作回流液7.3。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的实施情况，但它们并不构成对本实用新型的限定，仅作举例而已，同时通过说明本实用新型的优点将变得更加清楚和容易理解。

不凝结气体在管子表面形成气膜，阻碍蒸汽凝结，使汽侧蒸汽的放热系数随着含气比例的增加先急剧并大幅度地下降，后缓慢地下降。如图1所示：含不凝结气体的蒸汽其放热系数α随着不凝结气体占比ε_a的增加而逐渐下降。因此，如何抽出这些不凝结气体，并维持凝汽器真空在直接或间接空冷机组中存在较大挑战。

燃煤电站多用真空泵抽取不凝结气体。所述的不凝结气体主要是泄露进凝汽器的空气，而其中也混合了大量的饱和蒸汽。饱和蒸汽占用了大量的抽气空间，从而导致多个工程真空泵出力不足、机组背压升高并最终影响到了汽轮机的发电效率。

基于此，部分工程在凝汽器后加装真空泵前置混凝装置，可以预先冷凝一部分饱和蒸汽，从而提高抽真空系统抽出的干空气量。然而，前置混凝罐中为真空状态，混凝下来液体难以排出。若增设排污泵将其强排至污水坑存在三大缺点：1)大量的冷凝水无法回收，进一步增加了西北地区用水紧张的局面。2)增设的排污泵增加了整个系统的能耗。3)前置冷凝装置直连外部大气造成了凝汽器漏气风险，使其真空更难维持。

参照图2所示：一种自流式前置混凝抽真空系统，它包括凝汽器1、前置混凝器2、真空泵组3、真空截止阀4、U型弯5和凝结水结构6；

所述的凝汽器1上设置的第一气水出口1.1通过管道与前置混凝器2一侧设置的气水入口2.1相连接，所述的前置混凝器2顶部设置的第二气水出口2.3通过管道与真空泵组3内设置的进气管3.1相连接，所述的进气管3.1的另一端与真空泵本体3.2相连接，所述的真空泵本体3.2得一侧通过管道与气水分离器3.4连接，

所述的气水分离器3.4的另一侧通过管道与板式换热器3.3相连接，所述的板式换热器3.3的另一端与真空泵本体3.2相连接，

所述的气水分离器3.4的顶部设置有排气口3.4.1，底部设置有工作液溢流口3.4.2，所述的工作液溢流口3.4.2通过管道与凝汽器1一侧设置的工作液回水口1.3相连接；

所述的前置混凝器2底部设置的混凝液出口2.4通过管道与凝汽器1一侧设置的混凝液回水口1.2相连接。

临近每路所述的第一气水出口1.1管道上设置有真空截止阀4。真空截止阀4的作用为以防止空气泄漏至凝汽器1。

所述的第一回水口1.2与所述的混凝液出口2.4之间的管道上设置有真空截止阀4和U型弯5；所述的第二回水口1.3与所述的工作液溢流口3.4.2之间的管道上设置有真空截止阀4和U型弯5；且所述的真空截止阀4和U型弯5临近所述的凝汽器1的底端一侧布置。U型弯5可避免混凝液以及工作液回流过程中凝汽器漏入空气。

所述的真空泵组3包括进气管3.1、真空泵本体3.2、板式换热器3.3、气水分离器3.4和电机3.5，所述的电机3.5的输出端与所述的真空泵本体3.2相连接，所述的气水分离器3.4的顶部设置有排气口3.4.1；

所述的前置混凝器2的一侧下部设有气水入口2.1，另一侧上部设置有凝结水喷淋入口2.2，所述的前置混凝器2的顶部设置有气水出口2.3，所述的前置混凝器2底部设置有混凝液出口2.4；所述的凝结水喷淋入口2.2与外接凝结水结构6相连接。气水混合物7与凝结水结构6喷出的凝结水的逆向流动强化了混凝冷却效果，为后续真空泵提升抽干空气性能提供了有利条件。

所述的前置混凝器2位于主厂房的中间层或运转层，所述的真空泵组3位于主厂房的0米层。前置混凝器2设置的足够的高度差致使前置混凝液7.1可依靠自身重力作用回流至凝汽器1。

本实用新型还提出了一种抽真空的方法：一种自流式前置混凝抽真空方法，它包括如下步骤：

①、第一步开启所有的真空截止阀5并保持管路畅通；

②、首先启动所述的真空泵组电机3.5；开始建立并维持凝汽器1的真空的状态，同时所述的凝结水结构6中的凝结水从凝结水喷淋入口2.2进入至所述的前置混凝器2中并开始喷淋；

③、所述的凝汽器1排出的气水混合物7从的所述的气水入口2.1中进入前置混凝器2与所述的凝结水结构6中喷出的凝结水开始进行混凝换热，换热后的气水混合物7自所述的气水出口2.3排至真空泵组3中，部分前置混凝液7.1依次经过所述的混凝液出口2.4、U型弯5和真空截止阀6后从所述的第一回水口1.2回流至所述的凝汽器1中；

④、所述的气水混合物7自进气管3.1进入从真空泵本体3.2被抽吸后再排入至所述的气水分离器3.4中，在气水分离器3.4中一部分的分离后的气体7.2自所述的排气口3.4.1排放至大气，另一部分工作回流液7.3依靠凝汽器1内真空吸力经过所述的工作液溢流口3.4.2、U型弯5和真空截止阀6后从所述的工作液回水口1.3回流至所述的凝汽器1；

所述气水混合物7与凝结水在所述的前置混凝器2中换热后其温度可降低5-10℃。气水混合物7和凝结水结构6中喷出的凝结水致使部分饱和蒸汽凝结，从而提升了气水混合物中干空气的占比。

参照图2所示：所述气水混合物7与凝结水结构6中的凝结水在前置混凝器2中换热后其温度降低、含水量减少、提升了后续真空泵的抽干空气效能。

参照图2所示：前置混凝器2中换热后的液体，通过重力自流的方式回流至所述的凝汽器1，实现资源再利用的同时无新增能耗。

参照图2所示，回流至凝汽器1的混凝液回水7.1以及工作液回水7.3的相关管道在靠近凝汽器1一端均设置有真空截止阀4以及U型弯5，其水封作用可防止空气漏入至凝汽器1。

参照图3所示，常规抽真空系统多采取凝汽器出口与真空泵之间管道直连的方式。凝汽器1排出的气液混合物7没有经过任何处理便排入了真空泵组3，其温度高、含湿量大，真空泵常年超负荷运转，工作液温度偏高、系统真空无法保证。与此同时，气液混合物7经气水分离器3.4气液分离后，其多余工作回流液7.3从溢流口直接排放至污水池，导致了大量的水资源浪费。

下面以一组典型的间接空冷机组实际运行参数为例，计算采用了本实用新型的自流式前置混凝抽真空系统后对机组凝汽器抽气量、凝结水用量的影响。该机组的具体参数如表1所示：

表1某间接空冷机组部分运行参数

该干空气量为参照HEI标准根据凝汽器凝汽量选取经验值得到，取m₂＝61.24Kg/m³，抽气过冷度△t根据HEI标准取4.16℃。

根据如下步骤计算不同工况下蒸汽和不凝结性气体混合物中蒸汽和干空气的分压以及汽气混合物的总体积：

(1)假定汽气混合物总压为P₀(kPa)，蒸汽分压为P₁(kPa)，干空气分压为P₂(kPa)，而P₁即为凝汽器运行压力下对应的蒸汽饱和温度减去过冷度所对应的饱和压力，且根据道尔顿分压定律有P₀＝P₁+P₂。

(2)假定凝汽器运行压力P₀下对应的饱和蒸汽温度为T₀(℃)，则凝汽器实际运行温度T_r＝T₀-△t(℃)

(3)P₁为T_r对应下的饱和蒸汽压，而P₀即为凝汽器的运行压力，因此可求得干空气分压P₂。根据公式1、2，可得到蒸汽及干空气混合物体积。

P₂×v₂＝R_g×T_r (1)

m₂×v₂＝V (2)

(4)假定蒸汽质量为m₁，饱和蒸汽对应P₁下的蒸汽比容V₁可根据饱和蒸汽表查出公式3可求得蒸汽质量m₁。

m₁×v₁＝m₂×v₂ (3)

根据上述计算方法，计算出设计工况，THA工况以及夏季工况对应下的抽气中干空气和蒸汽的含量以及抽气的体积，计算结果如表2所示。

表2计算结果

以上述间接空冷机组为例，对于常规冷凝真空系统，所选真空泵抽气容积为3681m³/h，抽干空气量为61.24kg/h，迭代计算可以得：当P₀＝10.3kPa时，△t＝3.03088℃。当P₀＝26.9kPa时，△t＝1.36135℃。

凝结水按照流量Dw＝10000kg/h，冷却水温度Tw＝20℃考虑，则当P₀＝7.3KPa时，抽气质量流量q₀＝212.12kg/h，抽气所带蒸汽质量流量q₁＝150.88kg/h,与凝结水换热后，根据牛顿冷却定理分析计算，抽气温度由t₁＝35.62℃下降为t₂＝33.41℃，对应的饱和蒸汽压力为5.153kPa,则混合冷凝后由蒸汽凝结为水的质量流量q₂＝123.44kg/h,故前置蒸汽冷却器冷却后的冷却水质量流q₃＝10123.44kg/h。按年运行5400小时数计算，则此部分冷却水年运行费用约为49.2万元。真空泵溢流工作液流量q₄＝22626kg/h，年运行费用约为109.9万元。故当P₀＝7.3KPa时，凝汽器抽真空系统用水运行费用约159.1万元。同理，按相同方法计算得到，当P₀＝10.3kPa时，凝汽器抽真空系统用水运行费用约230.6万元；当P₀＝26.9kPa时，凝汽器抽真空系统用水运行费用约626.5万元。

而在采用了本实用新型自流式前置混凝抽真空系统之后，在前置冷却器内的凝结水与冷却水混合后自流至凝汽器中形成回收循环利用，真空泵溢流工作液回流至凝汽器中形成循环利用，这两部分冷却水量的循环利用节省了大量额外用水，较好应对了西北地区用水紧张的局面。此外，冷凝水自流回收，无需增设排污泵，无需增加额外功耗与相关设备成本，进一步减少系统运行成本。故本实用新型相较常规机组节省费用及功耗如下表3所示。

表3本实用新型相较常规机组抽真空系统运行费用及功耗

计算结果表明，本实用新型公开的一种自流式前置混凝抽真空系统，较常规间接空冷机组的相关系统在节省功耗、运行成本等方面均有较大改善。

上述未详细说明的部分均为现有技术。

Claims (5)

1.一种自流式前置混凝抽真空系统，其特征在于：它包括凝汽器(1)、前置混凝器(2)、真空泵组(3)、真空截止阀(4)、U型弯(5)和凝结水结构(6)；

所述的凝汽器(1)上设置的第一气水出口(1.1)通过管道与前置混凝器(2)一侧设置的气水入口(2.1)相连接，所述的前置混凝器(2)顶部设置的第二气水出口(2.3)通过管道与真空泵组(3)内设置的进气管(3.1)相连接，所述的进气管(3.1)的另一端与真空泵本体(3.2)相连接，所述的真空泵本体(3.2)的一侧通过管道与气水分离器(3.4)连接；

所述的气水分离器(3.4)的另一侧通过管道与板式换热器(3.3)相连接，所述的板式换热器(3.3)的另一端与真空泵本体(3.2)相连接；

所述的气水分离器(3.4)的顶部设置有排气口(3.4.1)，底部设置有工作液溢流口(3.4.2)，所述的工作液溢流口(3.4.2)通过管道与凝汽器(1)一侧设置的工作液回水口(1.3)相连接；

所述的前置混凝器(2)底部设置的混凝液出口(2.4)通过管道与凝汽器(1)一侧设置的混凝液回水口(1.2)相连接。

2.根据权利要求1所述的一种自流式前置混凝抽真空系统，其特征在于：临近每路所述的第一气水出口(1.1)管道上设置有真空截止阀(4)。

3.根据权利要求1所述的一种自流式前置混凝抽真空系统，其特征在于：所述的混凝液回水口(1.2)与所述的混凝液出口(2.4)之间的管道上设置有真空截止阀(4)和U型弯(5)；所述的工作液回水口(1.3)与所述的工作液溢流口(3.4.2)之间的管道上设置有真空截止阀(4)和U型弯(5)；且所述的真空截止阀(4)和U型弯(5)临近所述的凝汽器(1)的底端一侧布置。

4.根据权利要求1所述的一种自流式前置混凝抽真空系统，其特征在于：所述的真空泵组(3)包括进气管(3.1)、真空泵本体(3.2)、板式换热器(3.3)、气水分离器(3.4)和电机(3.5)，所述的电机(3.5)的输出端与所述的真空泵本体(3.2)相连接，所述的气水分离器(3.4)的顶部设置有排气口(3.4.1)，底部设置有工作液溢流口(3.4.2)；

所述的前置混凝器(2)的一侧下部设有气水入口(2.1)，另一侧上部设置有凝结水喷淋入口(2.2)，所述的前置混凝器(2)的顶部设置有第二气水出口(2.3)，所述的前置混凝器(2)底部设置有混凝液出口(2.4)；所述的凝结水喷淋入口(2.2)与外接凝结水结构(6)相连接。

5.根据权利要求1所述的一种自流式前置混凝抽真空系统，其特征在于：所述的前置混凝器(2)位于主厂房的中间层或运转层，所述的真空泵组(3)位于主厂房的0米层。

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