CN219890218U - 一种节能型凝汽器真空提升系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种节能型凝汽器真空提升系统，包括凝汽器，其与凝汽母管一端连接，另一端依次与一、二级冷却器相连，并在二级冷却器的下方设有第一水箱，该水箱与排水管道连接，并在其内设第二冷凝单元，防止二次蒸发，排气口与排气管道的一端连接，另一端与第一冷凝单元相连，第一冷凝单元下方设有第二水箱，第二水箱与第一水箱通过U型弯管连接，第二水箱出气口与安装有真空泵的真空管道连接，用于将经过一、二级冷却器及第一冷凝单元处理后剩余气体抽出并排至大气中。本实用新型系统先将混合着不凝结气体的水蒸气尽可能的液化，再通过泵抽取剩余水蒸气和不凝结气体，极大地提高了系统的效率，降低了能耗，有效提升了凝汽器的真空度。

Description

一种节能型凝汽器真空提升系统

技术领域

本实用新型属于热力发电设备技术领域，具体涉及一种节能型凝汽器真空提升系统。

背景技术

凝汽器是热力发电机厂最重要的设备之一，主要用于汽轮机动力装置中，凝汽式汽轮发电机组中凝汽器真空程度，直接影响发电厂汽轮机的经济运行。影响凝汽器真空度的因素很多，包括真空严密性、冷却水温度、冷却水量以及凝汽器内部不凝结气体等等；其中，有一部分不凝结气体是蒸汽在冷凝时产生，同时由于水量的消耗，凝汽器会间歇性的进行补水，补水也会带入一部分不凝结气体，加上低压缸及凝汽系统庞大负压运行，系统难免会有一定的漏量，这些漏入的不凝结气体也会严重阻碍换热，造成不凝结气体分压上升，降低了凝汽器真空度，严重影响机组热耗。

据有关研究资料表明，当凝汽器内部不凝结气体达到0.25％时，换热系数降低3.45％；不凝结气体达到0.5％时，换热系数降低6.9％；不凝结气体达到1％时，换热系数降低27.59％；不凝结气体达到2％时，换热系数降低58.62％。通过以上统计数据可知随着不凝结气体含量的增加，换热系数严重减低，直接影响蒸汽的冷凝，造成机组真空度降低、热耗增加，相反在冷凝过程中，真空度越高冷凝温度越低发电效率越高，真空度每升高1Kpa，可以节约煤耗约1％。因此，在其它影响真空因素相对稳定的情况下，如何降低凝汽器内部不凝结气体的分压，从而提升凝汽器真空度成为发电行业目前主要突破的重点之一。

现有技术主要采用以下两种方式：一是通过射水抽汽器抽真空，多用于小型发电机机组；二是通过水环式真空泵，多用于大型发电机机组。以上两种方式虽然在一定程度上提升了凝汽器的真空度，但是由于上述两种设备在使用时直接抽取的是凝汽器中的混合物，该混合物中包含大量的水蒸气和不凝结气体，水蒸气在和水的接触中会释放大量的汽化潜热，对于设备的高效运行造成了严重的负担。这是因为包含大量水蒸气的特殊性，一般抽真空设备(泵)难以适应这种工况，需要定期维护更换，造成成本的急剧增加，加之需通过增大单体出力，多台运行的方式保证机组的要求，从而造成能源的过度消耗，且难以达到理想的真空程度。

有鉴于此，本发明人提出一种节能型凝汽器真空提升系统，以克服现有技术存在的缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种节能型凝汽器真空提升系统，该系统先将凝汽器中的混合蒸汽(包含水蒸气和不凝结气体)中的水蒸汽经过多级冷却和冷凝后尽可能的液化，然后再通过系统末端的真空泵将剩余的不凝结气体和少量未液化的蒸汽抽空，从而大幅降低了凝汽器内部不凝结气体的分压，实现了提升凝汽器真空度的目的；同时该系统利用补水加热既实现了热量的回收利用又提高了冷却效果。最终通过该系统的实施，改善了换热效率，降低了机组的发电煤耗，节省了能源，降低了发电成本。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来解决的：

一种节能型凝汽器真空提升系统，包括凝汽器，所述凝汽器的蒸汽出口与凝汽母管的一端连接，所述凝汽母管的另一端依次与一级冷却器和二级冷却器相连，并且在所述二级冷却器的下方设置有第一水箱，所述第一水箱底部的出水口与排水管道连接，所述第一水箱顶部的排气口与排气管道的一端连接，所述排气管道的另一端与第一冷凝单元的入口相连，所述第一冷凝单元的下方设置有第二水箱，用于暂存第一冷凝单元冷凝处理后的水，所述第二水箱位于第一水箱的上方，且两者通过第一管道连接，所述第二水箱上部的出气口与真空管道连接，且在所述真空管道上、远离第二水箱的一端安装有真空泵，所述真空泵用于将经过一级冷却器、二级冷却器以及第一冷凝单元处理后剩余气体抽出并排至大气中。

进一步地，所述第一冷凝单元包括第一换热器、第一压缩机、第一冷凝器和第一膨胀阀，所述第一换热器、第一压缩机、第一冷凝器和第一膨胀阀之间通过第二管道依次连接并形成循环回路；

所述第一换热器上部的入口与排气管道连接，所述第二水箱设置于第一换热器的下方并与所述第一换热器底部的出口相连。

进一步地，所述第一换热器为管壳式换热器，所述第一压缩机为变频压缩机，所述第一冷凝器为水冷式冷凝器。

进一步地，所述第一水箱上安装有第二冷凝单元，所述第二冷凝单元用于增加经一级冷却器和二级冷却器冷凝处理后水的过冷度，防止其二次蒸发。

进一步地，所述第二冷凝单元包括第二换热器、第二压缩机、第二冷凝器和第二膨胀阀，所述第二换热器、第二压缩机、第二冷凝器和第二膨胀阀之间通过第三管道依次连接并形成循环回路，且所述第二换热器设置于第一水箱内部。

进一步地，所述第二换热器为管壳式换热器，所述第二压缩机为涡旋压缩机，所述第二冷凝器为风冷式冷凝器。

进一步地，所述第二水箱与第一水箱之间连接的第一管道为U型弯管。

进一步地，所述真空泵为旋片式真空泵、螺杆真空泵或者罗茨真空泵。

进一步地，所述一级冷却器和二级冷却器均为水冷式结构，且所述一级冷却器或者二级冷却器冷却水的出口与凝汽器的补水口通过补水管道连接，冷却水用于对一级冷却器或者二级冷却器中的蒸汽进行冷却，吸收完热量后为凝汽器进行补水。

进一步地，所述补水管道上安装有调节阀门。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型一种节能型凝汽器真空提升系统，该系统利用压缩机制冷技术实现变频冷凝和过冷结合辅以多级冷凝技术，先将凝汽器中混合着不可凝结气体的水蒸汽冷凝成水，剩下的不凝结气体和少量蒸汽通过真空泵抽出系统并排至大气中，以维持凝汽器的真空度，并利用原凝汽器补水经过一级冷却器冷却蒸汽回收热量后升温的水补给给凝汽器，既实现了热量的回收利用又提高了冷凝效果，同时改善了凝汽器补水的除氧效率。相较于现有技术，极大地提高了系统的效率，并经过实际验证，实现了只消耗原有能源的30％，提高抽气量5～8倍的效果，降低了凝汽器内部不凝结气体的分压，提高了真空，改善了换热，实现了发电热耗的降低，直接效果就是降低了单位发电煤耗，社会意义重大。

2、本实用新型一种节能型凝汽器真空提升系统，该系统由于采用旋片式真空泵、螺杆真空泵或者罗茨真空泵等不以水为工作介质的真空泵，因而避免了由于水温变化造成真空泵能效下降的问题，系统的抽真空能力不再受到外界环境温度变化的影响。同时避免了气蚀现象的发生，降低了设备的故障率，在设备真空泵选择上相对传统技术有了更广泛的应用场景。

3、本实用新型一种节能型凝汽器真空提升系统，该系统第一冷凝单元中采用变频压缩机，冷凝效果可大范围调节，实现工况变化时设备及时调整适应机组的工况变化，结合多台小容量泵组并联或者大容量真空泵变频控制的方式，适应不同机组不同负荷不同漏气量的需求，使得设备的适用性更强，适用范围更广，运行更稳定。

4、本实用新型一种节能型凝汽器真空提升系统，该系统由于采用多级冷凝技术，真空泵入口几乎全部是不凝结气体，所以在节电的同时，极大提高了真空泵抽气效率；同时由于抽气量的增加，凝汽器内部不凝结气体含量减少，不凝结气体分压降低，使得真空得以提高，可以减少凝汽器换热段差，减少过冷度，提高了机组效率，进一步降低运行热耗，节约能源。

5、本实用新型一种节能型凝汽器真空提升系统，采用该真空提升系统，凝汽器内部不凝结气体含量降低，减少了不凝结气体换热管富集的现象，改善了凝汽器换热效果，有利于进一步提高凝汽器真空。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，与说明书一起用于解释本实用新型的原理。

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型一种节能型凝汽器真空提升系统流程图。

其中：1为凝汽器；2为一级冷却器；3为二级冷却器；4为第一水箱；5为第一冷凝单元；6为第二水箱；7为真空泵；8为第二冷凝单元；11为凝汽母管；12为补水管道；41为排水管道；42为排气管道；51为第一换热器；52为第一压缩机；53为第一冷凝器；54为第一膨胀阀；55为第二管道；61为第一管道；62为真空管道；81为第二换热器；82为第二压缩机；83为第二冷凝器；84为第二膨胀阀；85为第三管道；121为调节阀门。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本实用新型相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与所附权利要求书中所详述的、本实用新型的一些方面相一致的装置的例子。

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细描述。

请参见图1所示，本实用新型提供的一种节能型凝汽器真空提升系统，该系统包括目标主体凝汽器1，在凝汽器1蒸汽出口处连接有凝气母管11的一端，凝气母管11的另一端依次与一级冷却器2和二级冷却器3连接，且在二级冷却器3的下方设置有第一水箱4，第一水箱4底部的出水口与排水管道41连接，用于将第一水箱4收集的水进行回收或者排放至地沟，另外第一水箱4顶部的排气口与排气管道42的一端连接，排气管道42的另一端与第一冷凝单元5的入口相连，该第一冷凝单元5的下方设置有第二水箱6，用于暂存第一冷凝单元5冷凝处理后的水，第二水箱6位于第一水箱4的上方，且两者通过第一管道61连接，第二水箱6上部的出气口与真空管道62连接，且在真空管道62上、远离第二水箱6的一端安装有真空泵7，真空泵7用于将经过一级冷却器2、二级冷却器3以及第一冷凝单元5处理后剩余气体抽出并排至大气中。

进一步，本实用新型实施例第二水箱6与第一水箱4之间连接的第一管道61为U型弯管，以防止混合气体在负压的情况下直接从第一管道61进入到第二水箱6中。

本实用新型通过以上设置可知，混合着不可凝结气体的水蒸气在真空泵7负压的环境下，由凝汽器1经凝汽母管11进入两级冷却器(一级冷却器2和二级冷却器3)中冷却，即混合着不可凝结气体的水蒸气经一级冷却器2冷却后，冷却的水和蒸汽进入二级冷却器3冷凝，最后冷凝的水和未完全冷凝的蒸汽以及不凝结气体进入第一水箱4内，水经过排水管道41排出，未完全冷凝的蒸汽和不凝结气体经排气管道42进入第一冷凝单元5中，对该蒸汽再次进行冷凝，冷凝液化后的水流入到第二水箱6中，残余的蒸汽以及不可凝结气体通过真空管道62及真空泵7抽出并排至大气中，从而完成对凝汽器真空程度的提升流程。由于本实用新型系统在抽取不凝结气体前，先通过多级冷却+冷凝手段的运用将混合着不可凝结气体的水蒸气液化，因此仅需功率相对较小的泵，即可使凝汽器达到并维持理想的真空程度。

优选的，本实施例真空泵7为除去以水为工作介质的各类真空泵，例如可选择旋片式真空泵、螺杆真空泵或者罗茨真空泵等，优点是这些真空泵的工作介质为真空油或干式(不需要工作介质)，避免了由于水温变化造成真空泵能效下降的问题，使该系统能够保持长期稳定的运行；实际使用时可根据凝汽器1混合气体的具体情况，采用多台小容量真空泵组并联或单台大容量变频运行的方式，以适应不同机组不同负荷不同漏气量的需求。

具体的，本实用新型实施例中第一冷凝单元5包括第一换热器51、第一压缩机52、第一冷凝器53和第一膨胀阀54，该第一换热器51、第一压缩机52、第一冷凝器53和第一膨胀阀54之间通过第二管道55次连接并形成循环回路；其中，第一换热器51上部的入口与排气管道42连接，第二水箱6设置于第一换热器51的下方并与该第一换热器51底部的出口相连。优选的，第一换热器51为管壳式换热器，结构紧固、承受高温、高压，此时第一换热器51为管壳式换热器，结构紧固、承受高温、高压，此时排气管道42与管壳式换热器的壳侧连通，第二管道55与管壳式换热器的管侧连通，用于冷却工质流通；第一压缩机52为变频压缩机，冷凝效果可大范围调节，实现工况变化时及时调整适应机组的工况变化；第一冷凝器53为水冷式冷凝器，同时一级冷却器2和二级冷却器3均为水冷式结构，即可直接利用热力发电厂现有冷却水系统，保证在补水流量变化时减少进入第一换热器51气体的含水量，降低能源消耗。第一冷凝单元5的工作原理为第一压缩机52的作用是把压力较低的制冷剂蒸汽压缩成压力较高的蒸汽，使蒸汽的体积减小，压力升高；第一压缩机52吸入从第一换热器51出来的较低压力的工质蒸汽，使之压力升高后送入第一冷凝器53中，并在第一冷凝器53冷却水的作用下冷凝成压力较高的液体，再经第一膨胀阀54成为压力较低的液体后，送入第一换热器51中吸热蒸发而成为压力较低的蒸汽，再送入第一压缩机52的入口，从而完成制冷循环，同时水蒸气不断的从排气管道42进入第一换热器51的壳侧与冷却工质接近时水蒸气液化，液化后的水和不可凝结气体进水罐6中。

值得注意的是，本实用新型还在第一水箱4上安装有第二冷凝单元8，用于增加经一级冷却器2和二级冷却器3冷凝处理后水的过冷度，防止其二次蒸发。

具体的，本实施例第二冷凝单元8包括第二换热器81、第二压缩机82、第二冷凝器83和第二膨胀阀84，该第二换热器81、第二压缩机82、第二冷凝器83和第二膨胀阀84之间通过第三管道85依次连接并形成循环回路，且第二换热器81直接设置于第一水箱4内部。优选的，第二换热器81也为管壳式换热器，第二压缩机82为涡旋压缩机，由于第二冷凝单元8的整体作用是增加第一水箱4内水的过冷度，而水的热量相对蒸汽很小，因此第二冷凝器83采用成本和能耗更低的风冷式冷凝器即可满足要求，第二冷凝单元8的工作原理与第一冷凝单元5类似，不再赘述。

另外，由于凝汽器1中的水加热成为水蒸气后，部分的水蒸气混合着不可凝结的气体被真空泵7抽离凝汽器，使得凝汽器系统的水量减少，需要额外补充一定量的水，并将其加热成水蒸汽，以维持凝汽器系统的正常运行。本实用新型实施例为了节约能源，将靠近凝汽器1的一级冷却器2冷却水的出口与其补水口通过补水管道12连接，即将本应该直接补给给凝汽器1的水先通入到一级冷却器2中充电冷却水，待水温升高后，再补充进入凝汽器1中稍微加热即可变成水蒸汽，显然相较于将水直接通入到凝汽器1中加热成水蒸气，减小了能耗。由于凝汽器1补水的量有限，因此仅在一级冷却器2冷却水出口设置补水管道12，同时在补水管道12上安装有调节阀门121，以便随时进行调整。

本实用新型节能型凝汽器真空提升系统经过实际验证并统计了相关能耗数据，在保证凝汽器真空度一定的情况下，采用本实用新型系统设备的总功率仅为3.4+22+3*9≈52KW(包括两台压缩机功率分别为3.4KW、22KW以及三台真空泵总功率27KW)，而采用现有技术的水环真空泵功率单泵是180KW左右，即本系统只需要消耗原有电能的30％，同时提高抽气量5～8倍的效果，降低了凝汽器内部不凝结气体的分压，提高了真空，改善了换热，回收了热量，实现了发电热耗的降低，直接效果就是降低了单位发电煤耗。

以上所述仅是本实用新型的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。

应当理解的是，本实用新型并不局限于上述已经描述的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本实用新型的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种节能型凝汽器真空提升系统，其特征在于，包括凝汽器(1)，所述凝汽器(1)的蒸汽出口与凝汽母管(11)的一端连接，所述凝汽母管(11)的另一端依次与一级冷却器(2)和二级冷却器(3)相连，并且在所述二级冷却器(3)的下方设置有第一水箱(4)，所述第一水箱(4)底部的出水口与排水管道(41)连接，所述第一水箱(4)顶部的排气口与排气管道(42)的一端连接，所述排气管道(42)的另一端与第一冷凝单元(5)的入口相连，所述第一冷凝单元(5)的下方设置有第二水箱(6)，用于暂存第一冷凝单元(5)冷凝处理后的水，所述第二水箱(6)位于第一水箱(4)的上方，且两者通过第一管道(61)连接，所述第二水箱(6)上部的出气口与真空管道(62)连接，且在所述真空管道(62)上、远离第二水箱(6)的一端安装有真空泵(7)，所述真空泵(7)用于将经过一级冷却器(2)、二级冷却器(3)以及第一冷凝单元(5)处理后剩余气体抽出并排至大气中。

2.根据权利要求1所述的一种节能型凝汽器真空提升系统，其特征在于，所述第一冷凝单元(5)包括第一换热器(51)、第一压缩机(52)、第一冷凝器(53)和第一膨胀阀(54)，所述第一换热器(51)、第一压缩机(52)、第一冷凝器(53)和第一膨胀阀(54)之间通过第二管道(55)依次连接并形成循环回路；

所述第一换热器(51)上部的入口与排气管道(42)连接，所述第二水箱(6)设置于第一换热器(51)的下方并与所述第一换热器(51)底部的出口相连。

3.根据权利要求2所述的一种节能型凝汽器真空提升系统，其特征在于，所述第一换热器(51)为管壳式换热器，所述第一压缩机(52)为变频压缩机，所述第一冷凝器(53)为水冷式冷凝器。

4.根据权利要求1所述的一种节能型凝汽器真空提升系统，其特征在于，所述第一水箱(4)上安装有第二冷凝单元(8)，所述第二冷凝单元(8)用于增加经一级冷却器(2)和二级冷却器(3)冷凝处理后水的过冷度，防止其二次蒸发。

5.根据权利要求4所述的一种节能型凝汽器真空提升系统，其特征在于，所述第二冷凝单元(8)包括第二换热器(81)、第二压缩机(82)、第二冷凝器(83)和第二膨胀阀(84)，所述第二换热器(81)、第二压缩机(82)、第二冷凝器(83)和第二膨胀阀(84)之间通过第三管道(85)依次连接并形成循环回路，且所述第二换热器(81)设置于第一水箱(4)内部。

6.根据权利要求5所述的一种节能型凝汽器真空提升系统，其特征在于，所述第二换热器(81)为管壳式换热器，所述第二压缩机(82)为涡旋压缩机，所述第二冷凝器(83)为风冷式冷凝器。

7.根据权利要求1～6任一项所述的一种节能型凝汽器真空提升系统，其特征在于，所述第二水箱(6)与第一水箱(4)之间连接的第一管道(61)为U型弯管。

8.根据权利要求7所述的一种节能型凝汽器真空提升系统，其特征在于，所述真空泵(7)为旋片式真空泵、螺杆真空泵或者罗茨真空泵。

9.根据权利要求7所述的一种节能型凝汽器真空提升系统，其特征在于，所述一级冷却器(2)和二级冷却器(3)均为水冷式结构，且所述一级冷却器(2)冷却水的出口与凝汽器(1)的补水口通过补水管道(12)连接，冷却水用于对一级冷却器(2)中的蒸汽进行冷却，吸收完热量后为凝汽器(1)进行补水。

10.根据权利要求9所述的一种节能型凝汽器真空提升系统，其特征在于，所述补水管道(12)上安装有调节阀门(121)。