串联式冷却系统及空冷岛系统的制作方法

本发明涉及火力发电领域，进一涉及火力发电的蒸汽冷却领域，特别涉及一种串联式冷却系统及空冷岛系统。

背景技术：

空冷岛系统是火力发电厂汽水系统中的重要部分，是通过空冷方式对汽轮机4中做功完成的蒸汽进行冷凝并保持汽轮机4真空的机构。

参照附图1，目前通用的空冷岛系统中，包括有相互串联的顺流式散热器1和逆流式散热器2，顺流式散热器1包括若干并联的顺流管束，逆流式散热器2包括若干并联的逆流管束，通过轴流风机吹风至两套散热器中冷却蒸汽。其中顺流式散热器1中的冷凝水通过布置在顺流管束底部的冷凝水收集管道流出。不凝结气体和剩余的部分蒸汽通过布置在顺流管束底部的冷凝水收集管道进入逆流式散热器进一步冷凝。在逆流式散热器顶部与抽真空管道3连接，以将不凝结气体和少量的未冷凝蒸汽抽出，以保持系统的真空。

现有的空冷岛系统中，由于顺流管束和逆流管束中各管路的阻力特性和传热特性存在一定的差异，加上管路设计、制造、安装工艺等差异以及外侧环境风、轴流风机运行方式、沾污等多方面的因素，系统在运行时，蒸汽流场和温度场分布明显不均，导致系统背压升高，影响机组效率。现有采用罗茨真空泵等在抽真空系统的改进措施，无法从根本上改善空冷岛本身的流场与热负荷分布特性，节能效果不明显。另，仅通过顺流式散热器1和逆流式散热器2所组成的空冷系统来冷却蒸汽，其冷却效率不足，蒸汽的冷凝效果不佳。

技术实现要素：

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明第一方面提供一种串联式冷却系统，第二方面提出一种空冷岛系统，取消传统空冷岛逆流区的概念，提供串联式两级冷却方式，彻底改变乏汽的冷却方式，显著提升冷却效率、降低阻力与背压。

根据本发明的第一方面实施例的一种串联式冷却系统，包括：蒸汽分配管道；水汽分离管道，位于蒸汽分配管道的下方；顺流式空冷散热器，包括顺流式空冷管道和吹气装置，顺流式空冷管道的两端分别连通蒸汽分配管道和水汽分离管道，吹气装置适于向顺流式空冷管道吹风；凝结水收集管道，连通水汽分离管道的下部，适于收集水汽分离管道内的凝结水；余气收集管道，连通水汽分离管道的上部，适于收集水汽分离管道内的余气；余气收集管道上设有补偿冷凝器和抽真空装置；补偿冷凝器连通有补偿冷却管道，补偿冷却管道和余气收集管道在补偿冷凝器中进行热交换。

根据本发明实施例的一种串联式冷却系统，至少具有如下有益效果：①取消传统空冷岛中的逆流区，并将原逆流区改造为顺流区，提高空冷散热器传热效果，并降低空冷散热器的阻力；②简化空冷散热器结构，使其只有顺流区管束，改善其阻力特性，优化汽水侧流动阻力分布；③提供顺流式空冷管道和补偿冷凝器所组成的串联式二级冷却方式，充分冷却蒸汽，减少蒸汽的流失。

根据本发明的一些实施例，补偿冷却管道包括两端相互连通并形成回路的热介质管部和冷介质管部，热介质管部和冷介质管部的一端均连通补偿冷凝器，热介质管部和冷介质管部的另一端均连通于一散热装置上，热介质管部或冷介质管部上设置输送泵。

根据本发明的一些实施例，热介质管部和/或冷介质管部上设置有介质储存容器。

根据本发明的一些实施例，串联式冷却系统还包括储存箱，储存箱包括上下分层设置的若干层介质储存容器，储存箱中的任意两层介质储存容器分别设置在热介质管部和冷介质管部上。

根据本发明的一些实施例，水汽分离管道包括两组并分别位于蒸汽分配管道的两侧，顺流式空冷管道包括两组顺流管束且分别位于蒸汽分配管道两侧，两组顺流管束的一端均连通蒸汽分配管道，两组顺流管束的另一端则分别对应连通两组水汽分离管道。

根据本发明的一些实施例，余气收集管道的前端连通有两组第一支管，两组第一支管分别连通两组水汽分离管道；凝结水收集管道的前端连通有两组第二支管，两组第二支管分别连通两组水汽分离管道。

根据本发明的一些实施例，每组顺流管束均包括若干单元管束，同一组的所有单元管束连续并排平铺布置并形成平面。

根据本发明的一些实施例，吹气装置包括轴流风机，轴流风机位于顺流式空冷管道的下方并适于向上吹风。

根据本发明的一些实施例，凝结水收集管道连通有下降管，下降管上设有凝结水箱和凝结水泵；补偿冷凝器连通有疏水管道，疏水管道连通凝结水箱。

根据本发明的第二方面实施例的一种空冷岛系统，包括安装平台，安装平台上设置有至少两套第一方面实施例的串联式冷却系统，每套串联式冷却系统的余气收集管道均汇集到余气总管，每套串联式冷却系统的凝结水收集管道均汇集到凝结水总管。

根据本发明实施例的一种空冷岛系统，进一步具有如下有益效果：省去逆流区，能够使空冷岛系统安装更快捷，运行更稳定。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为背景技术中的现有冷却系统的结构示意图；

图2为串联式冷却系统实施例的平面结构示意图；

图3为串联式冷却系统实施例的立体结构示意图；

图4为空冷岛实施例的结构示意图；

蒸汽分配管道100、水汽分离管道200、顺流式空冷散热器300、顺流式空冷管道310、吹气装置320、顺流管束330、单元管束331、凝结水收集管道400、第二支管410、下降管420、凝结水箱430、凝结水泵440、余气收集管道500、第一支管510、补偿冷凝器520、抽真空装置530、疏水管道540、安装平台600、补偿冷却管道700、热介质管部710、冷介质管部720、散热装置730、输送泵740、储存箱750、介质储存容器751、顺流式散热器1、逆流式散热器2、抽真空管道3、汽轮机4。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上方”、“下方”、“上部”、“下部”、“前端”、“两侧”、“下方”、“水平方向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连通”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明第一方面实施例提供一种串联式冷却系统，包括：蒸汽分配管道，蒸汽分配管道用于接收汽轮机中已经做完功的乏汽，并能够将乏汽均匀分配到顺流式空冷散热器中；水汽分离管道，位于蒸汽分配管道的下方，用于接收经过顺流式空冷散热器冷却后的乏汽；顺流式空冷散热器，包括顺流式空冷管道和吹气装置，顺流式空冷管道的两端分别连通蒸汽分配管道和水汽分离管道，吹气装置适于向顺流式空冷管道吹风；凝结水收集管道，连通水汽分离管道的下部，适于收集水汽分离管道内的凝结水；余气收集管道，连通水汽分离管道的上部，适于收集水汽分离管道内的余气；余气收集管道上设有补偿冷凝器和抽真空装置，抽真空装置可以是罗茨真空泵；补偿冷凝器连通有补偿冷却管道，补偿冷却管道和余气收集管道在补偿冷凝器中进行热交换，具体的热交换方式可以是相邻管道的方式，也可以是同轴管的方式。

应理解，余气可以是乏汽除去凝结水的部分，具体可以是包括不凝结气体和部分未被凝结的乏汽。

应理解，水汽分离管道的下部可以是水汽分离管道的下半部分的任意位置，优选是水汽分离管道的底部；水汽分离管道的上部可以是水汽分离管道的上半部分的任意位置，优选是水汽分离管道的顶部。

应理解，蒸汽分配管道和水汽分离管道可以是水平延伸，顺流式空冷管道可以是斜向下延伸。

对应第一方面实施例的一种串联式冷却系统，本发明还可以提供一种冷却方法，包括：空冷步骤，乏汽经蒸汽分配管道流动至顺流式空冷管道，利用吹气装置吹气至顺流式空冷管道以冷却乏汽，乏汽经顺流式空冷管道流动至水汽分离管道；水汽分离步骤，乏汽冷却出的凝结水在水汽分离管道中沉底并进入凝结水收集管道，乏汽中剩余的余气在水汽分离管道中升起并进入余气收集管道。

参照图2和图3，图3中箭头1表示乏汽的流动方向，箭头2表示余气的流动方向，箭头3表示凝结水的流动方向，箭头4表示散热装置730的吹风方向。汽轮机所排出的乏汽先经过蒸汽分配管道100，之后进入顺流式空冷管道310，利用吹气装置320吹气冷却顺流式空冷管道310中的乏汽，被冷却的乏汽进入到水汽分离管道200中，在水汽分离管道200中沉底的凝结水能够进入到凝结水收集管道400中，水汽分离管道200中的余气升起后能够进入到余气收集管道500。

相对于图1中现有的空冷岛冷却系统，第一方面实施例的一种串联式冷却系统通过取消传统空冷岛中的逆流区的方式，将图1中原有的逆流区改造为顺流区，取消了从逆流区顶部延伸出的抽真空管道，通过在水汽分离管道中对冷却后的乏汽进行凝结水和余气的分离，并利用凝结水收集管道和余气收集管道分别收集凝结水和余气，从而完全代替了原有的空冷岛冷却系统和冷却方法。

取消传统空冷岛中的逆流区，能够显著提高空冷散热器的传热效果，并降低空冷散热器的阻力；简化空冷散热器结构，使其只有顺流区管束，能够显著改善其阻力特性，优化汽水侧流动阻力分布。

参照图2和图3，通过抽真空装置530作为余气抽出的动力，补偿冷却管道700在补偿冷凝器520中对余气收集管道500中的余气进行再次冷却，目的是为了把顺流式空冷散热器300未冷却的乏汽进行冷却，通过在顺流式空冷散热器上串联补偿冷凝器520，替代图1中原有冷却系统中的逆流区的低效的逆流散热器，进一步提高冷却效率，节约能耗。

参照图3，本发明的一些实施例中，补偿冷却管道700可以包括两端相互连通并形成回路的热介质管部710和冷介质管部720，其中，补偿冷却管道700中的冷却介质可以是水，也可以其他介质。热介质管部710和冷介质管部720的一端均连通补偿冷凝器，热介质管部710和冷介质管部720的另一端均连通于一散热装置730上，热介质管部710或冷介质管部720上设置输送泵740。散热装置730可以是通风式的冷却塔，也可以是其他冷却机构，目的是对热介质进行散热。通过热介质管部710和冷介质管部720组成的补偿冷却管道700能够对余气收集管道中的余气进行充分冷却。

本发明的一些实施例中，热介质管部和/或冷介质管部上设置有介质储存容器，优选是热介质管部和冷介质管部上均设置介质储存容器，通过介质储存容器能够适当储存补偿冷却管道中的介质，也便于增补补偿冷却管道中的介质。

参照图3，本发明的一些实施例中，串联式冷却系统还可以包括储存箱750，储存箱750包括上下分层设置的若干层介质储存容器751，储存箱750中的任意两层介质储存容器751分别设置在热介质管部710和冷介质管部720上。通过储存箱750中的若干层介质储存容器751能够统一储存及增补热介质管部710和冷介质管部720中的介质情况。

本发明的一些实施例中，参照图2和图3，水汽分离管道200可以包括两组并分别位于蒸汽分配管道100的两侧，顺流式空冷管道310可以包括两组顺流管束330且分别位于蒸汽分配管道100两侧，两组顺流管束330的一端可以均连通蒸汽分配管道100，两组顺流管束330的另一端则可以分别对应连通两组水汽分离管道200。通过在蒸汽分配管道100两侧均布置顺流管束330和水汽分离管道200，乏汽经蒸汽分配管道100向下分流到两组顺流管束330中，之后分别进入两组水汽分离管道200中，利用两组顺流管束330冷却乏汽，能够显著提升乏汽的冷却效率，通过两组水汽分离管道200来分离凝结水和余气，显著提升水汽分离的效率。

参照图2，本发明的一些实施例中，余气收集管道500的前端可以连通有两组第一支管510，两组第一支管510可以分别连通两组水汽分离管道200；凝结水收集管道400的前端可以连通有两组第二支管410，两组第二支管410可以分别连通两组水汽分离管道200。通过两组第一支管510能够汇集两组水汽分离管道200中的余气至余气收集管道500中，通过两组第二支管410能够汇集两组水汽分离管道200中的凝结水至凝结水收集管道400中，余气和凝结水后续分别集中处理，提升系统效率。

参照图图3，本发明的一些实施例中，每组顺流管束330可以均包括若干单元管束331，同一组的所有单元管束331可以连续并排平铺布置并形成平面。

另，单元管束可以由余气收集管道统一收集余气，也可以是参照图3的方式，每一单元管束331均对应连通第一支管510，若干第一支管510再汇集到余气收集管道500，每一单元管束也可以对应连通多个第一支管。

应理解，顺流管束可以理解为由若干单元管束按照并排平行平铺的方式组成，平面设置的顺流管束便于提升冷却效率。连续并排平铺可以理解为每个单元管束相互紧靠着地并排铺设，铺设后形成接近于平面的形状。每个单元管束内可以包括基板和设置在基板上的若干平行的单元冷却管。

连续并排平铺布置的单元管束能够合理利用散热面积，提升冷却效率，并且冷却均匀。

参照图2和图3，本发明的一些实施例中，凝结水收集管道400可以连通有下降管420，下降管420上可以设有凝结水箱430和凝结水泵440。由于本冷却系统可以作为空冷岛的组件，一般设置在离地面有一定高度的位置，通过下降管420能够把凝结水运输至地面，凝结水箱和凝结水泵则可以设置在地面。通过凝结水箱和凝结水泵的设置能够高效运出凝结水及储存凝结水，便于凝结水的后续利用。补偿冷凝器可以连通有疏水管道，参照图2，疏水管道540可以连通凝结水收集管道400，参照图3，疏水管道540也可以连通凝结水箱430；补偿冷凝器520所冷却的凝结水能够随凝结水收集管道400中原有的凝结水一同经过下降管420流出，方便快捷，简化结构。

参照图3，本发明的一些实施例中，吹气装置320可以包括轴流风机，轴流风机可以位于顺流式空冷管道310的下方并适于向上吹风。按照顺流式空冷管道的水平铺设方向可以对应有至少两台轴流风机，多台轴流风机可以均布设置在顺流式空冷管道的下方。轴流风机的设置能够对顺流式空冷管道进行高效冷却。

本发明的第二方面实施例提供一种空冷岛系统，包括安装平台，安装平台上设置有至少两套第一方面实施例的串联式冷却系统，每套串联式冷却系统的余气收集管道均汇集到余气总管，每套串联式冷却系统的凝结水收集管道均汇集到凝结水总管。

参照图4，安装平台600上平行排布多套冷却系统，每套冷却系统的蒸汽分配管道100可以通过蒸汽分配总管来分配乏汽，经过每套冷却系统各自的顺流式空冷散热器来冷却乏汽，之后各冷却系统的水汽分离管道中的凝结水汇集到凝结水总管后由下降管统一运输至凝结水箱中，后续送至回热系统再次进入汽轮机做功，各冷却系统的水汽分离管道中的余气汇集到余气总管后由补偿冷凝器再次冷却，冷却的凝结水可以流到凝结水箱中，循环做功，剩余的不凝结气体则可以排出。

轴流风机可以均布设置在安装平台上，顺流式空冷管道则对应设置在安装平台的上方，每套冷却系统可以在其顺流式空冷管道的铺设方向上设置多个轴流风机。

本空冷岛系统的实施例，除具有冷却系统实施例的效果外，通过省去逆流区，还能够使空冷岛系统的整体安装过程更快捷，安装难度降低，整体系统的运行也更稳定。

在本说明书的描述中，参考术语“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。