[發明專利]自然通風直接水膜蒸發空冷凝汽系統

有效

• 申請號: 201010104613.1
• 申請日: 2010-01-29
• 公開（公告）號: CN101776401A
• 公開（公告）日: 2010-07-14
• 發明（設計）人: 陳良才;丁學俊;馮志力;黃素逸
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: F28B7/00
• 分類號: F28B7/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 朱仁玲

技術領域

本發明涉及火電、核電、流程工業的自備電廠或余熱發電等汽輪發電機組的蒸汽動力循環系統，具體涉及一種采用自然通風直接水膜蒸發空冷的凝汽系統。

背景技術

火電、核電等汽輪發電機組的蒸汽動力循環(亦稱朗肯循環)將蒸汽熱能轉變為機械能，再將機械能轉變為電能。如附圖1所示，溫熵圖上朗肯循環線包圍的面積即為蒸汽熱能可轉化輸出的機械能。之所以稱為循環，是因為蒸汽狀態要經過高溫高壓蒸汽→低溫低壓蒸汽→低溫低壓水→低溫高壓水→高溫高壓蒸汽的狀態循環過程。故汽輪機排出的低溫低壓蒸汽(簡稱乏汽)需要先冷凝成低溫低壓水，然后再泵入鍋爐重新變成可作功的高溫高壓蒸汽。乏汽在凝汽器中冷凝需要向冷卻介質放熱，不同的冷卻介質和不同的凝氣設備可構成不同的冷卻方式或冷卻系統。

常見的水冷凝汽方式為，循環冷卻水在凝汽器管內間壁對流吸收管外乏汽的熱量，再到冷卻塔中淋到填料上形成水膜，水膜與空氣直接接觸，將熱量通過對流和蒸發方式傳遞給空氣。水冷式凝汽器體積較小，凝汽溫度較低且較穩定，有利于發電機組出力，但循環水量大，耗水量也大。這樣的水冷方式在發電行業也稱為濕冷方式。

目前在北方缺水地區推廣使用的直接干空冷凝汽方式為，空氣在鼓風機作用下在翅片管外流動，并吸收管內乏汽的熱量，熱風直接排向大氣。直接空冷系統體積大，凝汽溫度較高且易受氣候影響，發電機組出力較小，廠用電率比水冷式的高，但能夠顯著節水。

除了以上水冷和直接空冷兩種基本凝汽方式外，還有以下凝汽方式：

(1)混合式凝汽器間接空冷系統(簡稱海勒式)

系統中的冷卻水是高純度的中性水，中性冷卻水進入噴射式凝汽器直接與乏汽混合并將乏汽冷凝，受熱后的冷卻水絕大部分泵送至空冷塔散熱器，與空氣間壁對流換熱后通過調壓水輪機將冷卻水再次送入凝汽器；受熱后的冷卻水極少部分經過精處理后送到汽輪機回熱器，再泵入鍋爐加熱。使用海勒式間接空冷系統的汽輪機組年平均背壓低于直接空冷機組，煤耗較低。但循環冷卻水與鍋爐主給水混合，需設置凝結水精處理設備，使系統復雜化。且該系統采用全鋁制的散熱器，抗凍性較差。該系統一般用于200MW以下的發電機組，一般與中背壓汽輪機配套。

(2)表面式凝汽器間接空冷系統(簡稱哈蒙式)

該系統中，水冷式凝汽器(亦稱表面式凝汽器)出來的循環冷卻水進入冷卻塔后，不直接與空氣接觸，而是進入到冷卻塔中的間壁式換熱器將熱量傳給空氣，即循環冷卻水是封閉運行的。哈蒙式間接空冷系統的突出優點是節水，冷卻水系統與主給水系統分開，水質可按各自要求控制；但凝汽器端差比水冷式的大，機組煤耗高，且多出一套換熱設備，投資多。

(3)采用并聯正、逆制冷循環的工質的間接空冷系統(簡稱并聯正逆循環式)

該系統中，表面式凝汽器使用的冷卻介質是氨等常用制冷劑。環境溫度較高時，制冷劑液體在凝汽器中吸收乏汽熱量變成制冷劑蒸汽，再經小汽輪機驅動的壓縮機升壓，到空冷器降溫變成液體，經節流膨脹后再到凝汽器吸熱。制冷劑蒸發溫度足夠低，可有效降低凝汽溫度，滿足正常發電要求。系統中除了蒸汽熱力循環外，還有制冷劑的熱力循環，因為制冷劑熱力循環中壓縮機消耗了外功，故稱正制冷循環。

當環境溫度較低時，制冷劑液體在凝汽器中吸收乏汽熱量變成制冷劑蒸汽，再經膨脹機減壓，到空冷器降溫變成液體，再泵送到凝汽器吸熱。此時，系統利用凝汽溫度與環境散熱溫度之間制冷劑的焓差，使膨脹機驅動小發電機發電，故制冷劑的熱力循環可對外做功，故稱逆制冷循環。

采用并聯正、逆制冷循環的工質的間接空冷系統除了間接空冷節水外，其突出優點在于環境溫度高時凝汽溫度足夠低，機組仍能滿發；且環境溫度低時，還可多發電。但這個系統增加的設備將使系統復雜化，將使初投資明顯增加。

發明內容

本發明提供一種用于火電、核電、流程工業的自備電廠或余熱發電等蒸汽動力循環發電的，采用自然通風的直接水膜蒸發空冷凝汽系統。該系統主要由直接水膜蒸發空冷集群凝汽器和自然通風冷卻塔組成，其特征是，多臺直接水膜蒸發空冷凝汽器集群安裝在自然通風冷卻塔內，且在所述冷卻塔的下部，在冷卻塔水池的上方。故本系統也可簡稱為“凝汽空冷塔”。

本發明稱之為自然通風直接水膜蒸發空冷凝汽系統的原因有三：其一，本發明用冷卻塔自然通風，不用風機。其二，類似于直接干空冷，乏汽走管內，乏汽熱量傳遞給管外的空氣。其三，水冷凝汽方式中，乏汽放熱在凝汽器內，水膜蒸發卻在冷卻塔內；而本發明的水膜蒸發直接在凝汽器內進行。