一种空冷-湿冷交替使用的凝汽器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种以空气和循环水为冷却介质的空冷-湿冷交替使用凝汽器，夏季使用循环水冷却，而冬季则使用低温的环境空气作为冷却介质，不仅降低了电厂冬季的耗水量，也解决了空冷机组在夏季不能达到理想降温效果的局限性。而且本发明在冬季将加热后的热空气进一步回收利用，当热空气温度达到空气预热器所需的温度时，可以直接引入空气预热器；当热空气温度尚未达到空气预热器所需的温度时，可将热空气引入暖风器继续加热，降低暖风器的负荷，从而大幅度减少甚至不用抽汽加热空气，提高发电厂的经济性；同时，在冬季使用空气冷却时，对于凝汽器管内水垢、淤泥等具有一定的吹扫作用，降低了凝汽器的清洗成本，并加强了换热效果。
【专利说明】
一种空冷-湿冷交替使用的凝汽器
技术领域
[0001]本发明涉及能源技术领域，具体涉及一种以空气和循环水为冷却介质的凝汽器，系利用汽轮机排汽余热的装置。
【背景技术】
[0002]火电厂湿冷机组冷却汽轮机排汽时需要大量的水资源，造成了水资源的浪费，如何降低电厂的耗水量具有重要的意义。同时，凝汽器中冷却介质在管内流动，易形成水垢和淤泥等物质，影响凝汽器的换热效率，而常用的胶球清洗方法成本高且胶球回收率低。
[0003]随着国家对淡水资源保护的愈加重视，电站空冷系统逐渐推广应用，我国火电布局将向淡水资源匮乏的“三北”地区集中，这将为电站空冷系统带来广阔的市场发展空间。但是空冷机组的空冷效率受环境的影响比较大，由于空冷塔在高温季节运行时负荷不足，使夏季的冷却量不能满足生产需要；而寒冷的冬季又有结冻等问题，从而限制了空冷机组的发展。另一方面，在现有的空冷技术中，空气作为冷却介质，被汽轮机排汽加热后直接排放到了大气中，这部分热空气的能量并没有被有效地利用，而且造成了局部热污染。
【发明内容】
[0004]为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于:针对气候寒冷、干旱缺水的地区，设计一种空冷-湿冷交替使用的冷却技术，从而解决纯空冷机组在夏季不能理想降温、而湿冷机组在冬季耗水量巨大的问题。同时，将经过排汽加热后的空气根据温度高低通往暖风器或者空气预热器，进一步提高排汽余热的利用率。
[0005]为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是:
[0006]本发明提供的一种以空气和循环水为冷却介质的空冷-湿冷交替使用凝汽器，包括汽轮机1、凝汽器2、附加换热器3、温度控制器4、暖风器5、空气预热器6、凝结水箱7、疏水箱8、送风机a9、送风机b24、循环水栗10、冷却塔23及抽汽调节阀all、调节阀bl2、截止阀cl3、调节阀dl4、截止阀el5、截止阀Π6、截止阀gl7、截止阀hl8、调节阀il9、调节阀j20、截止阀k21、截止阀m22、截止阀n25等，所述汽轮机I的排汽出口与所述凝汽器2的排汽入口连接，凝汽器2夏季的冷却介质为循环水，凝汽器2冬季的冷却介质为环境空气，冷却后的排汽以凝结水的形式送入所述凝结水箱7 ;在凝汽器中，冷却介质循环水或低温环境空气均在管内流动，而汽轮机的排汽在管外流动。所述汽轮机I的蒸汽通过抽汽口与所述暖风器5的进汽口连接，冷却后的蒸汽以疏水的形式送入所述疏水箱8。
[0007]在夏季，利用循环水对排汽进行冷却时，打开所述调节阀bl2、截止阀cl3、截止阀k21和截止阀n25，并根据需求量调节相应流量，关闭调节阀dl4、截止阀el5、截止阀Π6和截止阀m22等其余阀门，循环水经过所述循环水栗10进入凝汽器2，与普通湿冷机组的运行方式相同，被加热后的循环水经过冷却塔23降温后回到凝汽器2，完成循环。此时，空冷时的附加换热器3及附属管道均不工作。
[0008]在冬季，不用循环水冷却汽轮机的排汽，而利用低温的环境空气对排汽进行冷却，即凝汽器2的冷却介质采用冷空气，由于空气的比热比循环水低，冷空气的冷却能力显然不足，需要加入空冷时的附加换热器3，附加换热器3的换热量根据排汽参数等确定。此时，关闭所述调节阀bl2、截止阀cl3、截止阀k21和截止阀n25，打开调节阀dl4、截止阀el5和截止阀Π6等其余阀门，并根据需求调节阀门开度控制空气流量。环境空气经过所述凝汽器2和所述附加换热器3中的排汽加热后，根据空气被加热后的温度控制送入所述空气预热器6或暖风器5，在经过凝汽器2的热空气和附加换热器3的热空气混合后的管道上安装温度控制器4，通过所述温度控制器4检测经过凝汽器2和附加换热器3加热后混合的热空气的温度:若温度控制器4检测的热空气温度达到防止空气预热器6低温腐蚀的温度，则打开截止阀hl8并关闭截止阀gl7，直接将热空气送入空气预热器6 ;若温度控制器4检测的热空气温度尚未达到空气预热器6避免低温腐蚀所需要的温度，则关闭截止阀hl8并打开截止阀gl7，将热空气送入暖风器5进一步加热，然后送入空气预热器6 ;从而凝汽器2和附加换热器3全部或部分取代了暖风器5加热空气的作用，即降低了暖风器的换热量，回收了排汽的能量，同时，减少暖风器的受热面，不仅降低了设备投资，也降低了暖风器的阻力，经济效益明显。其次，所述截止阀gl7、截止阀hl8、调节阀il9和调节阀j20调节进入空气预热器6的空气量，若被凝汽器2和附加换热器3加热后的热空气量低于空气预热器6的需求量，则打开调节阀j20，将一部分环境空气通往暖风器5加热后送到空气预热器6 ;若加热后的热空气量比较大，则可以关闭调节阀j20，同时打开调节阀il9将超过空气预热器6需求的热空气的排放至外界环境。
[0009]因为水和空气的比热不同，故在所述凝汽器2的基础上需要连接所述附加换热器3，所述附加换热器3选用普通换热器以降低成本，也能确保排汽正常冷却，降低设备投资。
[0010]所述送风机a9空气出口设置两条管路:一条管路上设置调节阀dl4 ;而另一条管路上设置截止阀n25，冬季打开调节阀dl4，关闭截止阀n25，使低温环境空气作为冷却介质进入到凝汽器2 ;夏季打开截止阀n25，关闭调节阀dl4，使空气直接进入空气预热器6加热后送入锅炉。所述送风机b24为小容量风机，用于在冬季被凝汽器2和附加换热器3加热的空气量不足时补充低温环境空气。
[0011 ] 所述暖风器5的蒸汽进口与汽轮机I的抽汽口连接管路上设有抽汽调节阀al I。
[0012]所述凝汽器2冷却介质入口设置两条管路:空气管路上设置送风机a9、调节阀dl4 ;水管路上设置循环水栗10、调节阀bl2，夏季打开阀门bl2使用循环水冷却，冬季打开阀门dl4使用环境空气冷却。
[0013]所述凝汽器中蒸汽冷却后出口设置两条管路:一条管路上设置截止阀k21 ;而另一条管路上设置截止阀m22和附加换热器3，夏季打开截止阀k21，关闭截止阀m22，排汽被凝汽器2冷却后直接流向凝结水箱7 ;冬季关闭截止阀k21，打开截止阀m22，排汽经凝汽器2冷却后需通往附加换热器3进一步冷却后通往凝结水箱7。
[0014]所述凝汽器2的热空气和附加换热器3的热空气混合后的管道上安装温度控制器4，且所述管道上设有截止阀Π6。
[0015]所述凝汽器2冷却介质出口的水循环回路上设有截止阀cl3。
[0016]所述温度控制器4与空气预热器6空气进口的连接管路上设有截止阀hl8。
[0017]所述温度控制器4与暖风器5空气进口的连接管路上设有截止阀gl7。
[0018]所述温度控制器4热空气出口处设置一条管路，所述管路设有流量调节阀il9，当经过温度控制器4的空气量大于空气预热器6需要的空气量时，可以根据需要调节所述阀门Π9的开度，通过此管路将多余的热空气排放至外界环境。
[0019]所述附加换热器3的空气入口设有截止阀el5。
[0020]所述暖风器5的空气入口设有调节阀j20。
[0021]和现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0022]1、本发明提供的一种以空气和循环水为冷却介质的空冷-湿冷交替使用凝汽器，凝汽器2冷却介质入口设置两条管路，在两条管路上分别设置调节阀bl2和调节阀dl4，夏季打开调节阀bl2使用循环水冷却，冬季打开调节阀dl4使用环境空气冷却。这种空冷-湿冷交替使用的冷却方式不仅降低了电厂耗水量，也解决了空冷机组受温度制约影响大的缺点。
[0023]2、本发明提供的一种以空气和循环水为冷却介质的空冷-湿冷交替使用凝汽器，汽轮机I将排汽排入凝汽器2，冬季时使用低温空气作为冷却介质吸收排汽的余热。为防止空气预热器6的低温腐蚀，通过所述温度控制器4检测凝汽器2和附加换热器3加热后的热空气温度，若经凝汽器2和附加换热器3加热后的热空气温度达到空气预热器6所需的温度，则可以直接将热空气通过截止阀hl8送入空气预热器6，从而凝汽器2和附加换热器3完全取代了暖风器5加热空气的作用；若加热后的热空气温度尚未达到空气预热器6所需的温度，则将热空气通过截止阀gl7送入暖风器5进一步加热，再送入空气预热器6，但暖风器5的热负荷较纯湿冷机组暖风器的热负荷低，从而部分取代了暖风器5加热空气的作用，在保证了相同发电量的同时，降低了发电厂的发电煤耗，提高了发电厂的全厂效率。
[0024]3、本发明提供的一种以空气和循环水为冷却介质的空冷-湿冷交替使用凝汽器，冬季使用空气作为冷却介质，可以适当提高送风机的压头以提高空气流动的速度，对凝汽器2管中积存的水垢、淤泥等物质有一定的吹扫作用，减轻甚至替代了胶球清洗，降低了清洗成本；另一方面，可以加强凝汽器2和附加换热器3的换热效果，提高了凝汽器的换热效率，同时使附加换热器3的结构更加紧凑。
[0025]4、因为水和空气的比热不同，本发明在所述凝汽器2的基础上需串联所述附加换热器3，所述附加换热器3可以选用普通换热器以降低成本，而且可以保证排汽正常冷却。
[0026]5、由于冬季的空气经过排汽加热，可以减轻暖风器的负荷，降低暖风器的换热量，减少暖风器的受热面，不仅降低了设备投资，也可以降低机组运行的厂用电。在夏季，进入空气预热器的空气可以不通过暖风器，而通过由截止阀n25控制的管路直接进入空气预热器，大幅度降低风道阻力，提高机组的经济性。
[0027]6、送风机b24只在冬季凝汽器2和附加换热器3加热的空气量不足时工作，以补充低温环境空气，送风量较小，可以选择较小流量的风机，降低了设备的投入成本。
【附图说明】
[0028]图1为现有技术湿冷机组的系统示意图。
[0029]图2为本发明一种以空气和循环水为冷却介质的空冷-湿冷交替使用凝汽器的系统示意图。
[0030]图中，1-汽轮机；2_凝汽器；3_附加换热器；4_温度控制器；5_暖风器；6_空气预热器；7_凝结水箱；8_疏水箱；9_送风机a ;10-循环水栗；11_抽汽调节阀a ;12_调节阀b ；13-截止阀c ;14-调节阀d ;15-截止阀e ；16-截止阀f ；17-截止阀g ;18_截止阀h ；19-调节阀i ;20_调节阀j ；21-截止阀k ;22_截止阀m ;23_冷却塔；24_送风机b ;25_截止阀η。
【具体实施方式】
[0031]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明。
[0032]如图1所示，针对现有技术加装暖风器的湿冷机组，当环境温度较低时，为了防止空气预热器6的低温腐蚀，需要通过暖风器5抽取汽轮机I的蒸汽加热环境中的低温空气，但通过暖风器5采用高品位的蒸汽加热空气必然会降低电厂的经济性，加热后的空气送入空气预热器6，蒸汽冷却后以疏水的形式送入疏水箱8。当温度较高时，关闭抽汽调节阀all，暖风器停止工作(不抽汽)，但空气仍然通过暖风器，阻力依然存在；同时汽轮机I的排汽排入凝汽器2，经循环水冷却后以凝结水的形式送入凝结水箱7，耗费大量的循环水，并且浪费了大量的热量。
[0033]如图2所示，本发明提供的一种以空气和循环水为冷却介质的空冷-湿冷交替使用凝汽器，包括汽轮机1、凝汽器2、附加换热器3、温度控制器4、暖风器5、空气预热器6、凝结水箱7、疏水箱8、送风机a9、送风机b24、循环水栗10、冷却塔23及抽汽调节阀all、调节阀bl2、截止阀cl3、调节阀dl4、截止阀el5、截止阀Π6、截止阀gl7、截止阀hl8、调节阀il9、调节阀j20、截止阀k21、截止阀m22和截止阀n25等，所述汽轮机I的排汽出口与所述凝汽器2的排汽入口连接，夏季冷却介质为循环水，冬季冷却介质为环境空气，冷却后的排汽以凝结水的形式送入所述凝结水箱7 ;在凝汽器中，冷却介质循环水和低温环境空气均在管内流动，而汽轮机的排汽在管外流动。所述汽轮机I的蒸汽通过抽汽口与所述暖风器5的进汽口连接，冷却后的蒸汽以疏水的形式送入所述疏水箱8。冷空气经过所述暖风器5加热后送至所述空气预热器6，最后供给锅炉。
[0034]如图2所示，本发明提供的一种以空气和循环水为冷却介质的空冷-湿冷交替使用凝汽器，其特征在于:冬季使用空气作为冷却介质，使用高压头送风机9，提高空气流动的速度，对凝汽器2管中夏季用水冷却积存的水垢和淤泥等物质具有一定的吹扫作用，减轻甚至替代了胶球清洗，降低清洗成本；另一方面，可以强化凝汽器2和附加换热器3的换热效果，提高了凝汽器的换热效率，同时使结构更加紧凑。
[0035]如图2所示，本发明提供的一种以空气和循环水为冷却介质的空冷-湿冷交替使用凝汽器，在夏季，利用循环水对排汽进行冷却时，打开所述调节阀bl2、截止阀cl3、截止阀k21和截止阀n25，并根据需求量调节相应流量，关闭调节阀dl4、截止阀el5、截止阀fl6和截止阀m22等其余阀门，循环水经过所述循环水栗10进入凝汽器2，与普通湿冷机组的运行方式一样，而且此时的附加换热器3及附属管道不工作。在冬季，利用低温的环境空气对排汽进行冷却，关闭所述调节阀bl2、截止阀cl3、截止阀k21和截止阀n25，打开调节阀dl4、截止阀el5和截止阀Π6等其余阀门，并根据需求调节阀门开度。在经过凝汽器2的热空气和附加换热器3的热空气混合后的管道上安装温度控制器4，环境空气经过所述凝汽器2和所述附加换热器3中排汽加热后，根据被加热后的空气温度来控制送入所述空气预热器6或暖风器5，通过所述温度控制器4检测经过凝汽器2和附加换热器3加热后混合的热空气的温度:若温度控制器4检测的热空气温度达到防止空气预热器6低温腐蚀的温度，则打开截止阀hl8并关闭截止阀gl7，直接将热空气送入空气预热器6 ;若温度控制器4检测的热空气温度尚未达到空气预热器6避免低温腐蚀所需要的温度，则关闭截止阀hl8并打开截止阀gl7，将热空气送入暖风器5进一步加热，然后送入空气预热器6。这样，在冬季，凝汽器2和附加换热器3全部或部分取代了暖风器5加热空气的作用。其次，通过所述截止阀gl7、截止阀hl8、调节阀il9和调节阀j20调节进入空气预热器6的空气量，若被凝汽器2和附加换热器3加热后的热空气量低于空气预热器6的需求量，则打开调节阀j20，将一部分环境空气通往暖风器5加热后送往空气预热器6作为补充；若加热后的热空气量大，则可以关闭调节阀j20，同时打开调节阀il9将超过空气预热器6需求的热空气排放至外界环境。
[0036]如图2所示，本发明提供的一种以空气和循环水为冷却介质的空冷-湿冷交替使用凝汽器，所述暖风器5的蒸汽进口与汽轮机I的抽汽口连接管路上设有抽汽调节阀all ;所述凝汽器2的热空气和附加换热器3的热空气混合后的管道上安装温度控制器4，且所述管道上设有截止阀Π6 ;所述凝汽器2的冷却介质出口设置一条水循环回路，且水循环回路上设有截止阀cl3 ;所述温度控制器4与空气预热器6的空气进口的连接管路上设有截止阀hl8 ;所述温度控制器4与暖风器5空气入口的连接管路上设有截止阀gl7 ;所述空冷时附加换热器3的热空气的入口设有截止阀el5 ;所述暖风器5的空气入口设有调节阀j20。
[0037]如图2所示，所述温度控制器4的热空气出口处设置一条管路，所述管路设有调节阀il9，当空气流量大于空气预热器6需要的流量时，可以根据需要调节所述阀门il9的开度，将多余的热空气排入外界环境中；所述空冷时附加换热器3的热空气的入口设有截止阀 el50
[0038]如图2所示，所述经过凝汽器2的蒸汽冷却后出口设置两条管路，一条管路上设置截止阀k21，而另一条管路上设置截止阀m22和附加换热器3，夏季打开截止阀k21，关闭截止阀m22，排汽被凝汽器2冷却后直接流向凝结水箱7 ;冬季打开截止阀m22，关闭截止阀k21，排汽被凝汽器2冷却后需通往附加换热器3进一步冷却后，最后通往凝结水箱7。
[0039]如图2所示，所述凝汽器2的冷却介质出口处设置一条循环水回路，当夏季使用循环水冷却时，被汽轮机排汽加热的循环水通过循环水回路的截止阀cl3，并通过冷却塔23降温后回到凝汽器2，形成水循环回路。
[0040]如图2所示，因为水和空气的比热不同，本发明在所述凝汽器2的基础上串联所述附加换热器3，所述附加换热器3可以是普通换热器，也可以确保排汽正常冷却，降低了设备的成本，。
[0041]如图2所示，所述送风机a9空气出口设置两条管路:一条管路上设置调节阀dl4，而另一条管路上设置截止阀n25。冬季打开调节阀dl4，关闭截止阀n25，使低温环境空气作为冷却介质进入到凝汽器2 ;夏季打开截止阀n25，关闭调节阀dl4，使空气直接进入空气预热器6，加热后送入锅炉。
[0042]所述送风机b24为小容量风机，只用于冬季被凝汽器2和附加换热器3加热的空气量不足时补充低温环境空气，因此，送风机b24可以使用较小流量的风机，降低了设备成本。
【主权项】
1.本发明提供的一种以空气和循环水为冷却介质的空冷-湿冷交替使用凝汽器，包括汽轮机(I)、凝汽器(2)、附加换热器(3)、温度控制器(4)、暖风器(5)、空气预热器(6)、凝结水箱(7)、疏水箱(8)、送风机a (9)、送风机b (24)、循环水栗(10)、冷却塔(23)及抽汽调节阀a (I I)、调节阀b (12)、截止阀c (13)、调节阀d (14)、截止阀e (15)、截止阀f (16)、截止阀g(17)、截止阀h(18)、调节阀i (19)、调节阀j (20)、截止阀k(21)、截止阀m(22)、截止阀η(25)等，夏季凝汽器(2)的冷却介质为循环水，冬季凝汽器(2)的冷却介质为环境空气；所述凝汽器(2)入口布置两条管路，在两条管路上分别设置调节阀b(12)和调节阀d(14)，夏季通过所述调节阀b(12)开启水循环回路，采用循环水冷却，冬季通过所述调节阀d(14)开启空气管路，采用空气作为凝汽器(2)的冷却介质；所述凝汽器蒸汽冷却后出口设置两条管路，一条管路上设置截止阀k(21)，而另一条管路上设置截止阀m(22)和附加换热器(3)，夏季排汽被凝汽器(2)冷却后经过截止阀k(21)直接流向凝结水箱(7);冬季排汽被凝汽器(2)冷却后需通往附加换热器(3)进一步冷却后才通往凝结水箱(7);其特征在于:冬季空冷和夏季湿冷可交替运行，既降低了冬季的水耗，又克服了夏季空冷机组受温度限制的局限。2.根据权利要求1所述的一种以空气和循环水为冷却介质的空冷-湿冷交替使用凝汽器，其特征在于:在所述凝汽器(2)的基础上串联所述附加换热器(3)。3.根据权利要求1所述的一种以空气和循环水为冷却介质的空冷-湿冷交替使用凝汽器，其特征在于:所述送风机a(9)空气出口设置两条管路:一条管路上设置调节阀d(14)，而另一条管路上设置调节阀η(25);夏季打开调节阀η(25)，关闭调节阀d(14)，使空气直接进入空气预热器(6)加热后送入锅炉；冬季打开调节阀d(14)，关闭调节阀n(25)，使低温环境空气作为冷却介质进入到凝汽器(2)。4.根据权利要求1所述的一种以空气和循环水为冷却介质的空冷-湿冷交替使用凝汽器，其特征在于:冬季使用环境空气进行冷却时，所述汽轮机(I)排汽顺次引入凝汽器(2)和附加换热器(3)，环境空气在凝汽器(2)和附加换热器(3)中被加热为热空气，所述凝汽器(2)热空气和所述附加换热器(3)热空气混合后的管道设有温度控制器(4)，可根据温度控制器(4)检测热空气的温度，控制打开截止阀h(18)并关闭截止阀g(17)将被加热的热空气送入空气预热器(6)或打开截止阀g(17)并关闭截止阀h(18)将被加热的热空气送入暖风器(5)，从而部分或全部取代暖风器。5.根据权利要求1所述的一种以空气和循环水为冷却介质的空冷-湿冷交替使用凝汽器，其特征在于:所述温度控制器(4)热空气出口处设置一条管路，所述管路设有空气调节阀i (19)，当空气流量大于空气预热器(6)的需要量时，可以根据需要调节所述阀门i(19)的开度，通过此管路将多余的热空气排入外界环境中。
【文档编号】F28B9/00GK105987616SQ201510059932
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年1月30日
【发明人】吴东垠, 马瑞
【申请人】西安交通大学