CN2779072Y - 直接空冷机组高含气量气汽混合物的冷凝装置 - Google Patents

Abstract

直接空冷机组高含气量气汽混合物的冷凝装置，所述气汽混合物管道(5)连接逆流凝汽器(1)和逆流混合式冷凝器(2)，抽气管道(6)连接逆流混合式冷凝器(2)和变频调速真空泵(3)，凝结水收集箱管道(8)连接逆流混合式冷凝器(2)和凝结水收集箱(4)，化学补充水管道(7)导入逆流混合式冷凝器(2)。本实用新型提高了逆流凝汽器及顺流凝汽器的换热能力，降低汽机的背压，提高机组的热经济性。

Description

直接空冷机组高含气量气汽混合物的冷凝装置

技术领域

本实用新型涉及一种直接空冷汽轮发电机组高含气量气汽混合物的冷凝装置。

背景技术

直接空冷汽机的排汽大部分在顺流凝汽器中凝结成水，剩余的含空气量比较高的气汽混合物进入逆流凝汽器继续冷凝其中的蒸汽。在逆流凝汽器中，气汽混合物从下往上流动，蒸汽不断凝结，气汽混合物中的空气含量不断增高，放热系数不断减小，流速不断降低；对管束内表面冲刷的激烈程度不断降低，又使汽气混合物的放热系数进一步减小。因此，逆流凝汽器的传热系数比国外制造商提供的设计值低许多，换热效果很差，机组冬季运行时容易冻坏逆流凝汽器，为了防冻，只好提高汽机的运行背压，其代价是增加机组的发电热耗。2004年12月初，我国某电厂300MW直接空冷汽机的排汽压力为22kPa，对应的饱和蒸汽温度为62.16℃，逆流凝汽器管束的金属温度下端(入口处)为56℃、中部为20℃、上端(出口处)为8℃，如果逆流凝汽器管束下端单位换热面积的换热能力按100％计，则中部与上端的换热能力只有14.61％与11.37％，说明逆流凝汽器的换热效果确实很差。

发明内容

本实用新型的在于克服上述现有直接空冷机组高含气量气汽混合物的冷凝设备中逆流凝汽器的传热系数比较低，换热效果差，机组冬季运行时容易冻坏逆流凝汽器等的不足，而提供一种直接空冷机组高含气量气汽混合物的冷凝装置，它是将逆流凝汽器管束内上部含空气量高的气汽混合物移出逆流凝汽器，送到高含气量气汽混合物的冷凝装置内继续冷凝。

本实用新型的目的是通过如下措施来达到的：直接空冷机组高含气量气汽混合物的冷凝装置，它包括逆流凝汽器1、逆流混合式冷凝器2、变频调速真空泵3、凝结水收集箱4；所述气汽混合物管道5连接逆流凝汽器1和逆流混合式冷凝器2，抽气管道6连接逆流混合式冷凝器2和变频调速真空泵3，凝结水收集箱管道8连接逆流混合式冷凝器2和凝结水收集箱4，化学补充水管道7导入逆流混合式冷凝器2。

在上述技术方案中，所述凝结水收集箱4和逆流混合式冷凝器2之间还有循环冷却凝结水泵11，所述循环冷却凝结水泵11通过凝结水循环管9导入逆流混合式冷凝器2中，所述化学补充水管道7与凝结水循环管9相连接。

在上述技术方案中，所述循环冷却凝结水泵11与凝结水循环管9之间有凝结水循环冷却器10。

在上述技术方案中，所述逆流混合式冷凝器2包括冷凝器壳体2-1、上管板2-2、起膜管2-3、下管板2-4，起膜管2-3位于上管板2-2、下管板2-4之间，其两端分别连接上管板2-2、下管板2-4，冷却水进口2-b位于上管板2-2、下管板2-4之间，所述抽气口2-d位于逆流混合式冷凝器2的顶端，加热后的冷却水出口2-c位于逆流混合式冷凝器2的底端，下部接口2-a位于下管板2-4和冷却水出口2-c之间，所述起膜管2-3上有漩流小孔。

在上述技术方案中，所述逆流混合式冷凝器2内有蒸汽吹扫管2-5，所述蒸汽吹扫管2-5位于下部接口2-a的下端。

在上述技术方案中，所述逆流混合式冷凝器2为立式或卧式。

本实用新型技术具有如下优点：将逆流凝汽器中含空气量高的气汽混合物引入逆流混合式冷凝器，用化学补充水或者用化学补充水和循环冷却凝结水冷凝气汽混合物中的蒸汽，能提高逆流凝汽器及顺流凝汽器的换热能力，降低汽机的背压，提高机组的热经济性。

附图说明

图1为本实用新型逆流混合式冷凝器的结构示意图；

图2为本实用新型直接空冷机组高含气量气汽混合物的冷凝装置一个实施的结构示意图；

图3为本实用新型直接空冷机组高含气量气汽混合物的冷凝装置另一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及计算数据说明本实用新型的实施情况，帮助理解本实用新型技术的优点。

含空气量高的气汽混合物在表面式热交换器——逆流凝汽器中的换热能力相当低，故从逆流凝汽器中抽出的含空气量高的气汽混合物不再用表面式热交换器继续冷凝，而改用逆流混合式冷凝器继续冷凝。

在逆流混合式冷凝器，“逆流”可以充分发挥冷却水的作用，降低去真空泵的抽气温度，减少去真空泵的抽气(汽)流量，提高冷却水的出水温度，减少出水的含氧量，“混合式”具有很强的换热能力，高含气量气汽混合物中的蒸汽可以在极短的时间内凝结并加热冷却水。它可以做成立式，也可以做成卧式，其内部结构也可以做成多种多样，图1所示的逆流混合式冷凝器是其中的一种，它由冷凝器壳体2-1、上管板2-2、起膜管2-3、下管板2-4、蒸汽吹扫管2-5等组成。其流程是冷却水先由进水口2-b进入夹着起膜管2-3的上、下管板2-2、2-4之间的水室，在一定的压差下经起膜管的小孔由管外向管内切向(斜旋)流入并形成高速旋转的水膜，然后沿起膜管内壁向下旋流，流出起膜管口后，在离心力的作用下形成具有一定扩散角的旋转水膜裙，从下部接口2-a引入的含空气量高的气汽混合物由下向上与下落的旋转水膜裙逆向流动，使冷却水与气汽混合物充分混合，气汽混合物中的部分蒸汽凝结并加热冷却水，剩下的含空气量更高的气汽混合物继续向上流动，进入起膜管内与温度低的冷却水继续接触并冷凝，不凝结的气汽混合物流出起膜管后经壳体上部的抽气口2-d抽走，被加热的冷却水经壳体下部的接口2-c排出(可以引至凝结水系统)。起膜管有一个突出的特点，冷却水切向流入起膜管内所形成的高速旋转水膜能将气汽混合物吸卷进来，在极短时间内和很小的行程上产生剧烈的混合加热作用，形成一层翻滚的水膜裙，使水流呈紊流状态，传热传质效果非常好，并能适应冷却水流量较大的变化范围。因此，从逆流混合式冷凝器抽出的气汽混合物温度很低(接近冷却水的进水温度)，含蒸汽量相当少，抽气量相当少，可以减轻真空泵的负担；冷却水从上到下逐步被加热，其中的气体(尤其是氧气)能得到较好的分离，可以减少凝结水的含氧量。当进入逆流混合式冷凝器的气汽混合物含气量很高时，被加热的冷却水可能含氧量较高并影响凝结水的品质，因此在逆流混合式冷凝器气汽混合物接口2-a的下方设有“纯蒸汽(如：汽机排汽)”吹扫管2-5以便用来减少冷却水的含氧量。

下面结合图2详细说明本实用新型一个实施例的实施情况：用约占锅炉最大连续蒸发量1％的化学补充水来冷却从逆流凝汽器中抽出的空气含量高的气汽混合物。化学补充水温度低，含氧量高，逆流混合式冷凝器可以使之充分加热并除氧。因此，来自逆流凝汽器、空气含量高的气汽混合物从混合式冷凝器的下部接口2-a进入，化学补充水从混合式冷凝器的上部接口2-b进入，剩余的气汽混合物从混合式冷凝器的顶部接口2-d由抽气系统抽出，蒸汽的凝结水及加热后的化学补充水从混合式冷凝器的底部接口2-c引至凝结水系统。这样，化学补充水经过加热与除氧，对降低凝结水的含氧量非常有利。

变频调速真空泵的转速由进入混合式冷凝器的气汽混合物温度与抽出混合式冷凝器的抽气温度之差来控制，当温差小于或等于5℃时，说明抽气系统抽气带汽偏多，可降低真空泵的转速以减少抽气系统的抽吸能力，实际上从逆流混合式冷凝器中抽出的气体温度越低越好(这样抽气带汽少，抽气温度低，变频调速真空泵的电耗少)，抽气的极限温度是化学补充水的温度。图2是表示逆流混合式冷凝器布置位置高于凝结水收集箱的情况，不然至凝结水收集箱的管道上需要增加水泵，对于用汽机排汽装置下部空间代替凝结水收集箱的情况，逆流混合式冷凝器可以布置在汽机房A列柱侧运行层上，加热后的化学补充水与凝结水自流入汽机排汽装置。

在冬季(采暖季节)，用化学补充水在混合式冷凝器中冷凝从逆流凝汽器中抽出含空气量高的气汽混合物，能使逆流凝汽器上端冻结的可能性大为降低，汽机背压可以降低，机组的热经济性可以提高。

另外，由于逆流凝汽器的换热能力提高，逆流凝汽器凝结汽机排汽的比例提高，进入逆流凝汽器的蒸汽增多，当然流出顺流凝汽器的蒸汽也增多，这样既能加大蒸汽对顺流凝汽器管束内表面的冲刷并强化换热，又能减少在顺流凝汽器中蒸汽含空气量比例，因此可以提高顺流凝汽器的换热能力，可进一步降低汽机背压。

就某300MW直接空冷机组而言，当春秋季节的化学补充水按10000kg/h、20℃计、抽气点压力Pc与Δt(Δt等于抽气点压力Pc对应的饱和温度与抽气点的抽气温度之差)按15kPa与5℃计时，逆流凝汽器上端的传热温差约增加3.738℃，逆流凝汽器上端的气汽混合物流速是不用化学补充水冷凝时的3.69倍，逆流凝汽器出口处空气占气汽混合物的质量比由30.84％减少到9.15％，空气含量在9.15％到30.84％范围内的气汽混合物被送到混合式冷凝器内继续冷凝，提高了逆流凝汽器的换热能力。在夏季逆流凝汽器上端的传热温差约增加3.75℃，逆流凝汽器上端的气汽混合物流速是不用化学补充水时的3.75倍，逆流凝汽器出口处空气占气汽混合物的质量比由27.93％减少到8.08％，空气含量在8.08％到27.93％范围内的气汽混合物被送到混合式冷凝器内继续冷凝，也提高了逆流凝汽器的换热能力。在冬季，某电厂300MW机组由于采暖化学补充水超过3％，若按30000kg/h计时，逆流凝汽器上端的传热温差约增加4.445℃，逆流凝汽器上端的气汽混合物流速是不用化学补充水冷凝时的8.1倍，逆流凝汽器出口处空气占气汽混合物的质量比由34.01％减少到4.75％，空气含量在4.75％到34.01％范围内的气汽混合物被送到混合式冷凝器内继续冷凝，逆流凝汽器的换热能力增幅更大。

总之，用化学补充水冷凝含空气量高的气汽混合物，可以提高逆流凝汽器的换热能力，降低汽机的背压，提高机组的热经济性。

下面结合图3详细说明本实用新型另一个实施例的实施情况：非采暖季节化学补充水量减少，虽然用化学补充水冷凝含空气量高的气汽混合物可以提高逆流凝汽器的换热能力，但混合式冷凝器的功能未能得到充分利用。尤其是夏季，汽机背压升高，排汽比容降低，在顺流凝汽器和逆流凝汽器中的排汽流速均降低(如：汽机背压由THA工况的15.0kPa到TRL工况的34.0kPa，流速大约由100％降至44.12％)，蒸汽对凝汽器管束内表面的冲刷程度降低，放热系数变小，顺流凝汽器和逆流凝汽器的换热能力降低，影响机组的渡夏能力。

为了充分发挥混合式冷凝器的作用并提高机组的渡夏能力，增设凝结水循环冷却系统(见图3)，空气量含高的气汽混合物由化学补充水和循环冷却的凝结水来冷凝。在图3中，蒸汽的凝结水和加热后的化学补充水引至凝结水收集箱，当凝结水收集箱用汽机排汽装置下部空间代替时，可将逆流混合式冷凝器布置在汽机房A列柱侧运行层上，依靠自流进入汽机排汽装置。

就某300MW直接空冷机组而言，当夏季化学补充水按10000kg/h及35℃计、抽气点压力Pc与Δt按34kPa与5℃计、流出冷却器的循环凝结水按20000kg/h及35℃计时，混合式冷凝器逆流凝汽器上端的传热温差约增加4.495℃，逆流凝汽器上端的气汽混合物流速是不设混合式冷凝器时的9.2倍(是仅用化学补充水冷凝时的2.45倍)，逆流凝汽器出口处空气占气汽混合物的质量比由27.93％增加到3.35％，空气含量在3.35％到27.93％范围内的气汽混合物被抽到逆流凝汽器的管束外继续凝结，较大地提高了逆流凝汽器的换热能力，相应地增加了流进逆流凝汽器的蒸汽量，同时增加了流出顺流凝汽器的蒸汽量，提高了顺流凝汽器的换热能力。另外，还略微减少了直接空冷凝汽器的热负荷。

这样，在夏季高温时段，可适当增加循环冷却凝结水的流量，以增加直接空冷凝汽器的换热能力，降低汽机的运行背压，保证机组满发，因而提高机组的渡夏能力又多了一种调控手段。

可见，将逆流凝汽器中含空气量高的气汽混合物引入逆流混合式冷凝器，用化学补充水和循环冷却凝结水冷凝气汽混合物中的蒸汽，能提高逆流凝汽器及顺流凝汽器的换热能力，降低汽机的背压，提高机组的热经济性。夏季雨水多(可收集生产区的雨水用作设备循环冷却水系统的补充水)，有条件增加循环冷却凝结水的流量，减轻气温高带来的不利影响，可以降低汽机运行背压，提高机组的渡夏能力。寒冷的冬季，因逆流凝汽器内气汽混合物的空气含量低、温度高、换热多而提高了逆流凝汽器的防冻能力，使之提高机组运行的可靠性。

化学补充水被加热并除氧，可以降低凝结水的含氧量。

另外，采暖季节加热后的化学补充水及凝结水的温度低于逆流混合式冷凝器压力相应的饱和温度约0.555℃(即过冷度为约0.555℃)，非采暖季节加热后的化学补充水及凝结水的温度低于逆流混合式冷凝器压力相应的饱和温度1.26℃左右(即过冷度为1.26℃左右)。非采暖季节加热后的化学补充水及凝结水的含氧量较高(大约80μg/L)，为了降低其含氧量，可考虑在逆流混合式冷凝器的水面和混合式冷凝器的气汽混合物接口2-a之间设吹扫管，吹扫蒸汽从汽机排汽装置引取。

需要说明的是：对于所属领域的技术人员来说，在不改变本实用新型原理的前提下还可以对本实用新型技术做出若干的改变或变形，这同样属于本实用新型技术的保护范围。本实用新型同样适用于湿冷机组。

Claims (6)

1、直接空冷机组高含气量气汽混合物的冷凝装置，其特征在于它包括逆流凝汽器(1)、逆流混合式冷凝器(2)、变频调速真空泵(3)、凝结水收集箱(4)；所述气汽混合物管道(5)连接逆流凝汽器(1)和逆流混合式冷凝器(2)，抽气管道(6)连接逆流混合式冷凝器(2)和变频调速真空泵(3)，凝结水收集箱管道(8)连接逆流混合式冷凝器(2)和凝结水收集箱(4)，化学补充水管道(7)导入逆流混合式冷凝器(2)。

2、根据权利要求1所述的直接空冷机组高含气量气汽混合物的冷凝装置，其特征在于在所述凝结水收集箱(4)和逆流混合式冷凝器(2)之间还有循环冷却凝结水泵(11)，所述循环冷却凝结水泵(11)通过凝结水循环管(9)导入逆流混合式冷凝器(2)中，所述化学补充水管道(7)与凝结水循环管(9)相连接。

3、根据权利要求2所述的直接空冷机组高含气量气汽混合物的冷凝装置，其特征在于在所述循环冷却凝结水泵(11)与凝结水循环管(9)之间有凝结水循环冷却器(10)。

4、根据权利要求1所述的直接空冷机组高含气量气汽混合物的冷凝装置，其特征在于在所述逆流混合式冷凝器(2)包括冷凝器壳体(2-1)、上管板(2-2)、起膜管(2-3)、下管板(2-4)，起膜管(2-3)位于上管板(2-2)、下管板(2-4)之间，其两端分别连接上管板(2-2)、下管板(2-4)，进水口(2-b)位于上管板(2-2)、下管板(2-4)之间，所述抽气口(2-d)位于逆流混合式冷凝器(2)的顶端，冷却水接口(2-c)位于逆流混合式冷凝器(2)的底端，下部接口(2-a)位于下管板(2-4)和冷却水接口(2-c)之间，所述起膜管(2-3)上有小孔。

5、根据权利要求4所述的直接空冷机组高含气量气汽混合物的冷凝装置，其特征在于所述逆流混合式冷凝器(2)内有蒸汽吹扫管(2-5)，所述蒸汽吹扫管(2-5)位于下部接口(2-a)的下端。

6、根据权利要求4或5所述的直接空冷机组高含气量气汽混合物的冷凝装置，其特征在于所述逆流混合式冷凝器(2)为立式或卧式。

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