分凝器的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种分凝器，所述分凝器包括串联连接的两级，其中，第一级包括空气冷却回流冷凝器，并且第二级包括平滑的或具有翅管的大致水平的管束，所述大致水平的管束能够在所选择的外界条件下以空气冷却（干燥）模式或者在其他所选择的外界条件下以湿润的蒸发冷却模式选择性地进行操作，所述其他所选择的外界条件包括升高的外界温度的条件。喷淋嘴可以安装在管束的上方，由此可以将水喷淋到管束上。一个或更多个收集槽优选设置在管束的下方，用于收集径流水以及用于使多余的喷洒水能够循环。优选地，管束包括至少两组、优选是三组的彼此连通的管，其中，第二组管在其中具有明显少于第一组管的管，并且任何第三组管在其中具有明显少于第二组管的管。
【专利说明】分凝器【技术领域】
[0001]本发明涉及一种使用在蒸汽冷凝安装装置中以将不可冷凝气体与可冷凝气体分离的分凝器。这种分凝器呈二次回流冷凝器的形式，所述二次回流冷凝器用于将不可冷凝气体从通常以一种形式或另一种形式蒸发的气体中移除。这种类型的分凝器通常使用在蒸汽冷凝安装装置中，所述蒸汽冷凝安装装置位于使用在发电厂中的蒸汽涡轮机的下游以及位于一次冷凝器的下游。
【背景技术】
[0002]由于冷却水的降低的实用性和上升的成本，干燥-冷却塔或空气冷却蒸汽冷凝器越来越被用于将热量驱散到包括蒸汽涡轮机的电厂的环境中。不幸的是，在较高的外界温度下，此冷却系统的效率减小并且这引起涡轮机效率的相应减小。在热时段期间涡轮机输出的任何这种减小可能引起收益的显著损失，尤其是在这些时段期间的电能的需求和价值较高的区域中。不仅如此，可能需要增加冷却系统的冷却能力以符合更高的外界温度，由此表示增加的资本成本和随附的增加的电力生产成本。
[0003]在广泛使用在电厂中的这种类型的操作的(direct) A形框架型空气冷却蒸汽冷凝系统中，从蒸汽涡轮机排出的蒸汽经由蒸汽总管供给至一次冷凝器装置，离开一次冷凝器装置的残余蒸汽在分凝器中冷凝，所述分凝器能够使不可冷凝气体分离出来并且通常排放至大气。该分凝器能够在干燥冷却或潮湿冷却中获得，并且由于上述原因，尽管具有所指出的缺点，但干燥冷却通常可以是优选的。
[0004]作为上述情况的替代，已经使用了将水喷淋到进入空气中的所谓的绝热装置。然而，在该示例中所实现的改进不会与所涉及的成本相当。然而，对于所测试的喷嘴，仅60%与70%之间的喷淋水得到蒸发，并且甚至挡水板的引入不能够确保热交换管的翅状表面保持干燥。积聚在结构上的未蒸发的水沫可以引起结构的锈蚀以及可以引起表面和地面水污染的不理想的雨幕(rainback)。可以通过较小的高压喷嘴来实现更精细的喷淋。由于实际的和成本的考虑，进入空气的喷淋冷却似乎不太可能应用在大的空气冷却冷凝器中。
[0005]因此，存在对这样一种分凝器的需求:其旨在提供对现有情况的改进。
【发明内容】
[0006]根据本发明，提供了一种分凝器，其包括串联连接的两级，其中，第一级包括空气冷却回流冷凝器，并且其中，第二级包括平滑的或具有翅管的大致水平的管束，所述大致水平的管束能够在所选择的外 界条件下以空气冷却(干燥)模式或者在其他所选择的外界条件下以湿润的蒸发冷却模式选择性地进行操作，所述其他所选择的外界条件包括升高的外界温度的条件。
[0007]本发明的另外特征提供了如下装置:喷淋嘴装置，所述喷淋嘴装置安装在管束的上方，由此能够将水喷淋到管束上以提供蒸发冷却模式；挡水板，所述挡水板定位在喷淋嘴装置的上方，以抑制水的以空气散播飞沫形式的损失；以及一个或更多个收集槽，所述一个或更多个收集槽设置在管束的下方，用于收集径流水以及用于使多余的喷洒水能够循环。
[0008]本发明的又一另外特征提供了如下装置:包括至少两组管的管束，所述至少两组管包括第一组管和第二组管，所述第一组管具有入口端和出口端，所述第二组管具有与第一组管中的管的出口端连通的入口端，第二组管还具有出口端，其中，第二组管在其中具有明显少于第一组管的管；第二组管，所述第二组管包括第一组管中的管的数量的大约15%至30%、以及优选是大约20% ;以及具有第三组管的管束，其中，所述第三组管具有与第二组管中的管的出口端连通的入口端，并且其中，第三组管在其中具有明显少于第二组管(通常大约是三分之一或四分之一)的管。
[0009]本发明的再一特征提供了以下装置:第一组管，所述第一组管竖向地位于第二组管的上方，第二组管竖向地位于任何第三组管的上方；管，所述管朝向其出口端倾斜以提供朝向出口端的冷凝器排水道；布置成大致呈水平的排的管，其中，一排中的管与竖向相邻排中的管间隔开管之间的间隔距离的一半；第一组管和第二组管，所述第一组管和所述第二组管在其端部处集成，其中，所述端部通过在歧管腔中提供隔板而连通，所述歧管腔与第一组管中的所有管的出口端、第二组管中的管的入口端、以及任何第三组管的出口端连通；以及第二组管中的管的出口端，所述第二组管中的管的出口端通向与第三组管中的管的入口端连通的歧管腔。
[0010]在管束的一个优选布置中，多排平行的、大致呈水平的管布置成大致呈矩形的阵列。第一组管、第二组管和第三组管中的每组管包括多排大致呈水平的平行管。在一个布置中，在第一组管中具有20排管，在第二组管中具有4排管，以及在第三组管中具有I排管。[0011 ] 在本发明的第一变体中，空气冷却回流冷凝器可以是通常已知类型的A形框架型空气冷却冷凝器装置，在所述A形框架型空气冷却冷凝器装置中，多个翅管从两个相反侧向上延伸以形成A形框架结构。在该示例中，管束可以便利地定位在冷凝器装置的顶部处。用于协助气流向上通过热交换管以及朝向管束的一个或更多个风扇通常可以位于与翅管的底部或下部区域对应的水平位置中。
[0012]在具有干燥分凝器的现有的A形框架型空气冷却冷凝器安装装置中，其可以改型成包括如上所限定的第二级，所述第二级能够在用水喷洒所述管束的空气侧表面时，选择性地操作为或者空气冷却(干燥)冷凝器或者蒸发冷却冷凝器。可替代地，在新的安装装置的示例中，第一级可以包括稍微缩短的倾斜的翅管，所述翅管与使用在干燥的A形框架型构型中的翅管相类似。
[0013]在本发明的第二变体中，空气冷却回流冷凝器包括多个翅管，所述多个翅管朝向彼此以一定的倾斜角度向下延伸成倒置的A形框架型装置，在该示例中，管束可以定位在翅管的下端处。通过这种布置，一个或更多个风扇可以定位在向下倾斜的管的上端的区域中，用于引导空气向上通过翅管并且朝向水平管束。
[0014]应当理解的是，在足以进行空气冷却的较低的外界温度时段期间，分凝器的第二级可以在干燥模式下操作。然而，在更热的时段期间，喷洒水可以喷淋在通常包括镀锌钢管的大致呈水平的管束的上方，并且第二级然后操作为蒸发冷凝器。多余的喷洒水通常在管束的下方收集在槽中并且得以循环。
[0015]本发明的系统在较高的外界温度时段期间具有使热力性能得以提高的潜能，同时相比进入空气的使用水喷淋的绝热的预冷却的示例而言具有较低的总的水消耗率，以提供类似的提高的性能。
[0016]应当估算的是，根据本发明冷凝器安装装置的资本成本将会仅稍微高于标准A形框架型空气冷却分凝器的资本成本。
[0017]为了使本发明可以得到更充分的理解，下面参照附图对其进行更详细的描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]在附图中:
[0019]图1是典型的A形框架型空气冷却冷凝器和分凝器组件的示意图；
[0020]图2示意性地示出了根据本发明的第一变体的混合分凝器的一个提出实施方式的构型的横截面图；
[0021]图3是根据本发明的第一变体的混合分凝器的一个提出实施方式的构型的示意性侧视图；
[0022]图4示意性地示出了用于使用在根据本发明的混合分凝器中的管束的一个实施方式的构型的侧视图；
[0023]图5示意性地示出了两个相邻排中的管的在横截面中的相对位置；
[0024]图6是离开蒸汽涡轮机并进入具有根据本发明的分凝器组件的A形框架型冷凝器安装装置的蒸汽的流程图；
[0025]图7是示出了与冷凝器单元的四个不同构型相关联的功率输出的比较曲线图；以及
[0026]图8是与图2类似的、本发明的第二变体的实施方式的视图。
【具体实施方式】
[0027]在附图的图1至图5中示出的本发明的实施方式中，根据本发明的分凝器I合并到现有的A形框架型空气冷却(干燥)冷凝器安装装置中，该冷凝器安装装置包括通常是常规装置的多个一次冷凝器2。
[0028]分凝器本身形成源自操作电能发电设施的蒸汽涡轮机的废弃蒸汽的流动路径中的终端单元，并且如在图2和图3中更清楚地示出的，所述分凝器与本发明相一致。
[0029]分凝器因此包括串联连接的两个级，其中，第一级3通常是常规的空气冷却回流冷凝器结构，该空气冷却回流冷凝器结构包括与在干燥A形框架构型中使用的翅管相类似的倾斜翅管4，尽管在目的特殊的情况下它们可以稍微短些。
[0030]分凝器的第二级6包括平滑镀锌管7的大致水平的管束，其中，喷洒式喷水设施位于管束的上方，并且呈收集槽9形式的水收集设施位于管束的下方，用于收集径流水并且使多余的喷洒水循环。
[0031]第二级可以或者在所选择的外界条件下的空气冷却(干燥)模式下、或者在其他所选择的外界条件(特别是包括升高的外界温度)下的湿蒸发冷却模式下选择性地操作。
[0032]现在更特别地参照附图的图4和图5，已经发现的是管束的特殊装置操作起来特别良好，以提高可喷洒管的热力性能并且确保不可冷凝气体从管中有效地排出。为了实现此目的，管束设置有包括第一组管、第二组管和第三组管的三个管程。在此特别的示例中，整个管束具有25个竖向间隔开的水平管排。[0033]由图4中的虚线包络框X表示的第一组管11中具有20排管并且位于最上方。由虚线包络框Y表示的第二组管12中具有4排管并且位于第一组管的紧下方。由虚线包络框Z表示的第三组管13中具有I排管并且位于最下方。
[0034]在任何情况下，如在图5中示意性地示出的，成排的管间隔开大约等于管本身的外径的距离，并且一排中的管与相邻排中的管间隔开等于管的外径的距离，使得落在一排中的两个管之间的水会落至下一排的管上。
[0035]所有管沿其长度相对于水平面稍微倾斜，使得其出口端仅稍微低于其入口端，以确保冷凝物朝向第三组管的最终的出口端的有效排放。仅需要较小的倾斜，例如，对于2.5米的管长度而言是50mm的量级。
[0036]管的端部通过在较大的歧管腔16中提供隔板以间隔开第三组管的出口端而互连，所述歧管腔使第一组管的所有出口端17、第二组管的入口端18、以及第三组管中的管的出口端19连通。第一组管中的管的入口端20布置成接受来自分凝器的第一级的进入气体。
[0037]通过与第一组管的入口端相邻的相对小的歧管腔24来实现第二组管的出口端21与第三组管的入口端22之间的连通。
[0038]该布置使得进入气体流经第一组管以及进入较大歧管腔，进入气体在较大歧管腔中方向反向并且进入第二组管中的管的入口端。该气体的方向在从第二组管的出口端出来之后再次反向，以进入到第三组管中的管的入口端中。
[0039]不可冷凝气体最终将会在出口总管中积累，不可冷凝气体可以通过喷射器从该出口总管排出，并且冷凝物将会在重力的影响下排出。
[0040]不可冷凝气体的有效排出防止了分凝器中的冷凝物的低温冷却，所述低温冷却会增加冷凝物中氧气的吸收，而氧气的吸收会导致锈蚀的增加。此外,低温冷却在冬季会导致冷凝物的冻结，由此引起管的损坏并且在给水返回到锅炉之前，最终要求对给水进行附加的回热加热。因此最佳地避免了低温冷却。
[0041]应当理解的是，在足以进行空气冷却的较低的外界温度的时段期间，分凝器的第二级可以在干燥模式下操作。然而，在较热的时段，喷洒水可以在大致水平的管束的上方喷淋，使得其然后作为蒸发冷凝器操作。
[0042]此系统在较高的外界温度时段期间具有使热力性能得以提高的潜能，同时相比进入空气的使用水喷淋的绝热的预冷却的示例而言具有较低的总的水消耗率，而给予相同的提闻的性能。
[0043]值得指出的是，该单元的翅管保持干燥，由此降低了锈蚀和结垢的风险，同时管束的镀锌湿光管表面可以用清洁水定期冲洗，以使污垢尽可能的少。
[0044]在图7中示出了初始比较测试结果，其中，给出了测试设施的以兆瓦表示的功率输出与以摄氏度表示的外界温度的关系曲线。由字母“A”表示的曲线涉及现有技术的三通道干燥的A形框架型冷凝器安装装置；由字母“B”表示的曲线涉及现有技术的四通道干燥A形框架型冷凝器安装装置；由字母“C”表示的曲线涉及一种包括在湿润模式下操作的根据本发明的分凝器的三通道冷凝器组件；以及由字母“D”表示的曲线涉及一种包括在干燥模式下操作的根据本发明的分凝器的三通道冷凝器组件。
[0045]值得指出的是，通过利用在由本发明所提供的分凝器中的蒸发冷却，发电设施的功率输出可以在热时段期间得到显著地增加，由此增加了收益和电厂效益。
[0046]根据本发明的冷却系统可以使用现有的A形框架型空气冷却冷凝器技术，并且通过引入混合(干燥或潮湿)分凝器，可以在较高的外界温度期间来使冷却性能实现重大的改进。在这些时段，在潮湿润模式下操作的混合(干燥或潮湿)冷凝器可以实现与具有进入空气的绝热冷却(喷淋冷却)的大尺寸空气冷却冷凝器或空气冷却冷凝器相同的提升的涡轮机性能，但其成本却显著低。对于相同的涡轮机功率输出而言，由合并有混合(干燥或潮湿)分凝器的空气冷却冷凝器所消耗的水明显小于具有进入空气的绝热冷却的空气冷却冷凝器所消耗的水。
[0047]应当理解的是，在本发明的应用到现有的安装装置的一个实施方式中，仅需要对分凝器进行改型，由此使现有的空气冷却流冷凝器能够被改进成根据本发明操作。
[0048]当然，本发明可以应用于除标准A形框架构型的装置之外的装置，并且图8示出了一个替代实施方式。在这种装置中，两列翅状冷凝器管31以倒置的A形框架构型的方式朝向彼此向下倾斜，其中，管束32沿冷凝器装置的长度在适当的位置处布置在两列翅状冷凝器管31的下端。喷淋嘴33的装置支撑在管束的上方并且挡水板34位于喷淋嘴的上方，以捕获可能向上逸出的任何喷淋中的至少某些喷淋。在该示例中，用于诱导气流通过翅状冷凝器管以及通过管束的一个或更多个风扇35可以便利地定位在翅状冷凝器管的上端的区域中。
[0049]不论使用什么样的结构，应当估算的是，根据本发明的混合(干燥或潮湿)分凝器的资本成本仅会稍微高于标准A形框架型空气冷却分凝器的资本成本。
[0050]可以在本发明的范围内做出上述结构的许多变体。
【权利要求】
1.一种分凝器，包括串联连接的两级，其中，第一级包括空气冷却回流冷凝器，并且其中，第二级包括平滑的或具有翅管的大致水平的管束，所述大致水平的管束能够在所选择的外界条件下以空气冷却(干燥)模式或者在其他所选择的外界条件下以湿润的蒸发冷却模式选择性地进行操作，所述其他所选择的外界条件包括升高的外界温度的条件。
2.根据权利要求1所述的分凝器，其中，所述管束的上方安装有喷淋嘴装置，由此能够将水喷淋到所述管束上以提供所述蒸发冷却模式。
3.根据权利要求1或2所述的分凝器，其中，在所述喷淋嘴装置的上方定位有挡水板，以抑制水的以空气散播飞沫形式的损失。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的分凝器，其中，在所述管束的下方设置有一个或更多个收集槽，用于收集径流水以及用于使多余的喷洒水能够循环。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的分凝器，其中，所述管束包括至少两组管，所述至少两组管包括第一组管和第二组管，所述第一组管具有入口端和出口端，所述第二组管具有与所述第一组管中的管的出口端连通的入口端，所述第二组管中的管还具有出口端，其中，所述第二组管在其中具有明显少于所述第一组管的管。
6.根据权利要求5所述的分凝器，其中，所述第二组管包括所述第一组管中的管的数量的15%至30%ο
7.根据权利要求5或6所述的分凝器，其中，所述管束具有第三组管，其中，所述第三组管具有与所述第二组管中的管的出口端连通的入口端，并且其中，所述第三组管在其中具有明显少于所述第二组管的管。
8.根据权利要求7所述的分凝器，其中，所述第三组管中的管的数量大约是所述第二组管中的管的数量的三分之一至四分之一。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的分凝器，其中，所述第一组管竖向地位于所述第二组管的上方，所述第二组管竖向地位于任何第三组管的上方。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的分凝器，其中，所述第一组管和所述第二组管在其端部处集成，其中，所述端部通过在歧管腔中提供隔板而连通，所述歧管腔与所述第一组管中的所有管的出口端、所述第二组管中的管的入口端、以及任何第三组管的出口端连通。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的分凝器，其中，所述管束包括第三组管和所述第二组管中的管的通向歧管腔的出口端，第三组管中的管的入口端与所述歧管腔连通。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的分凝器，其中，所述第一级是A形框架型空气冷却冷凝器装置，在所述A形框架型空气冷却冷凝器装置中，多个翅管从两个相反侧向上延伸以形成A形框架结构并且第二级管束定位在冷凝器装置的顶部处。
13.根据权利要求12所述的分凝器，其中，具有干燥分凝器的现有的A形框架型空气冷却冷凝器安装装置改型成包括第二级，所述第二级能够在用水喷洒所述管束的空气侧表面时，选择性地操作为空气冷却(干燥)冷凝器或者蒸发冷却冷凝器。
14.根据权利要求1至11中的任一项所述的分凝器，其中，所述空气冷却回流冷凝器包括多个翅管，所述多个翅管朝向彼此以一定的倾斜角度向下延伸成倒置的A形框架型装置，在所述情况下所述管束定位在所述翅管的下端处。
【文档编号】F28B9/00GK103827619SQ201280035237
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2012年7月10日 优先权日:2011年7月15日
【发明者】德特勒夫·G·克勒格, 汉侬·卡尔·鲁道夫·罗伊特 申请人:斯泰伦博斯大学