專利名稱：一種用于夏季尖峰時刻的汽輪機組的冷凝方式及冷凝裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于夏季尖峰時刻的汽輪機組的冷凝方式及冷凝裝置，具體涉及一種在夏季尖峰時刻，由電廠空冷島直接空冷凝汽器并聯(lián)蒸發(fā)式冷凝器的冷凝方法及裝置，屬發(fā)電技術領域。
背景技術：
電力工業(yè)中，凝汽器在整個汽輪機發(fā)電機組熱力系統(tǒng)中起著冷源的作用，是電站汽輪發(fā)電機組重要的輔機之一，其工作性能的好壞直接影響到整個機組的熱經濟性和可靠性。目前，在我國新增發(fā)電裝機組，濕式冷卻系統(tǒng)仍將是我國目前電站常用的冷卻系統(tǒng)，特別是東南沿海水資源較為豐富的地區(qū)，但此冷卻系統(tǒng)需要消耗大量的工業(yè)用水；對于西北部缺少水地區(qū)而言，主要采用空冷島直接空冷系統(tǒng)。據統(tǒng)計，對采用濕式循環(huán)冷卻系統(tǒng)(濕式冷卻塔)來冷凝蒸汽的電廠來說，冷卻塔內水的蒸發(fā)是最大的耗水設備，占了燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)三分之二的耗水量，占單機熱蒸汽廠95%的耗水量；常規(guī)濕冷火電廠全廠耗水量按設計裝機容量計算，每百萬千瓦每秒約消耗It水。按年運行SOOOh計，年耗水量約3000 萬t，可供一座中型城市50萬居民1年的生活用水。如果火力發(fā)電廠汽輪機采用空氣島直接冷凝系統(tǒng)簡稱發(fā)電廠空冷系統(tǒng)作為冷源，其耗水量僅為常規(guī)濕冷火電廠的三分之一，同樣的用水量，可建300MW的空冷電站，因而特別適合在電廠擴建新機組，或以新的大容量機組替代退役小容量機組的技術改造場合上，尤其適合發(fā)展節(jié)水、高效、低排放的空冷電站， 以擴大電站的機組容量，滿足電力增長需求。但干式冷卻系統(tǒng)能耗要求為濕式冷卻塔冷卻系統(tǒng)的4至6倍，且干式冷卻系統(tǒng)限制于環(huán)境干球溫度，而濕式冷卻塔冷卻系統(tǒng)限制于環(huán)境濕球溫度，干式冷卻系統(tǒng)永遠無法達到濕式系統(tǒng)那么低渦輪背壓，這在一定程度上也限制了直接空冷系統(tǒng)的應用與發(fā)展。電廠空冷島直接空冷凝汽機組在運行過程中，充分利用直接空冷系統(tǒng)節(jié)水的優(yōu)點，在空冷島剛運行期間基本能適應系統(tǒng)冷卻要求，但隨著運行時間的長久，由于空冷凝汽器屬于表面式熱交換器，對當?shù)貧夂驐l件的波動十分敏感，經常會受到周圍環(huán)境中風速、風向、溫度的影響，導致系統(tǒng)設備老化及空冷凝汽器的腐蝕現(xiàn)象加劇，特別是在炎熱的夏季， 當外界環(huán)境干球溫度達到30°C以上時，凝汽器入口空氣溫度較高，空冷凝汽器散熱效果變差，機組排氣背壓升高；而當風速超過5米/秒或者風向改變后，空冷島周圍的空氣流場還會發(fā)生相應變化，在空冷凝汽器周圍產生熱風回流現(xiàn)象，導致空冷島出口熱量無法及時排走、空氣進口溫度升高，凝汽器真空度急劇下降，發(fā)電系統(tǒng)無法正常出力，即使風機全頻運行，也無法達到整個系統(tǒng)的冷凝負荷，無法達到當初的設計運行規(guī)定，易出現(xiàn)掉機現(xiàn)象。長期以來電力工作者都已經認識到，空冷島直接冷凝系統(tǒng)存在的一個瓶頸問題， 在一年中最熱的季節(jié)(一般指7、8月份)，即在所謂的夏季尖峰時刻，其運行時的主要性能與成本問題。此時空冷島直接冷凝系統(tǒng)會減少功率輸出及降低電廠效率。盡管人們可以通過選擇一組較大的空冷單元來減緩這個問題，但隨之帶來的則是設備初投資的增加，而且， 不管空冷機組的大小如何，其所能達到的冷凝溫度仍然受到環(huán)境干球溫度的限制，隨著環(huán)境干球溫度的上升，汽輪機背壓也跟著上升，汽輪機的效率則隨之下降，此時若蒸汽供給還有盈余時，則電廠發(fā)電量有時可以通過增大蒸汽流量來予以調節(jié)，而如果蒸汽供給量一定， 則發(fā)電量降低，機組無法滿負荷運行。目前國內外直接空冷機組雖可大幅度的減少水耗，避免缺水對電力發(fā)展的制約， 但均存在著以下缺陷1)熱經濟性較低。由于水在濕式冷卻塔冷卻系統(tǒng)中進行冷卻主要是由于蒸發(fā)作用，從理論上說，水的冷卻極限溫度是空氣的濕球溫度。而空冷島凝汽器屬于表面式熱交換器，它通過換熱元件表面向周圍大氣排放熱量，故設計時須采用較高的空氣干球溫度，且為了減少空冷島凝汽器的尺寸，在空氣和放熱介質之間須采用較大的溫差，這樣會導致汽輪機背壓升高，循環(huán)效率降低；2)投資高。整個空冷系統(tǒng)的造價及占地面積均較大，其造價約為濕式冷卻塔的2 倍，加之運行風機功耗較高，導致投資回收周期過長；3)空冷系統(tǒng)的工作對當?shù)貧夂驐l件的波動十分敏感，對汽輪機組的運行狀態(tài)帶來許多不利的影響；

發(fā)明內容
為了克服電廠空冷島直接空冷凝器系統(tǒng)在夏季尖峰發(fā)電時刻汽輪機背壓過高、冷凝效果差、機組無法穩(wěn)定運行等這些缺陷，本發(fā)明提供一種用于夏季尖峰時刻的汽輪機組的冷凝方式及冷凝裝置。本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的一種用于夏季尖峰時刻的汽輪機組的冷凝方式，其特征在于，所述的冷凝方式為 在夏季尖峰時刻，將汽輪機出來的乏汽分為并聯(lián)的兩路，一路進入空冷島直接凝汽系統(tǒng)冷凝，另一路進入與空冷島并聯(lián)的蒸發(fā)式冷凝器冷凝，冷凝后的兩路凝結水混合后經處理送入鍋爐。本發(fā)明還提供一種用于夏季尖峰時刻的汽輪機組的冷凝裝置，包括冷凝系統(tǒng)、排氣管道、抽真空及不凝氣排放系統(tǒng)、凝結水收集系統(tǒng)，其特征在于，冷凝系統(tǒng)主要包括空冷島(2)和與空冷島(2)并聯(lián)的蒸發(fā)式冷凝器3，一根連接汽輪機1乏汽出口的主排氣管18 分成兩路，一路分配管19a通過蒸汽分配聯(lián)箱4與蒸發(fā)式冷凝器3進口相連，另一路分配管 19b連接空冷島2 ；蒸發(fā)式冷凝器3的出口通過疏水器6連接由真空泵5和疏水器6組成的抽真空及不凝氣排放系統(tǒng)；所述的凝結水收集系統(tǒng)由依次連接的凝結水箱7、凝結水泵8、 凝結水處理器9組成；連接疏水器6出口的管道20a與連接空冷島2出口的管道20b匯合后，與凝結水收集系統(tǒng)相連。所述的蒸發(fā)式冷凝器3優(yōu)選為至少兩臺蒸發(fā)式冷凝器相連組成，連接形式為并聯(lián)或串聯(lián)。也可以為混聯(lián)方式，即先串聯(lián)后并聯(lián)，或先并聯(lián)后串聯(lián)。所述的蒸發(fā)式冷凝器3的換熱管是以圓管或橢圓管或翅片管為基，采用單管程或多管程，管徑尺寸為lO-lOOmm，管子排列形式為三角形或正方形，管間距為換熱管外徑的 1-5 倍。有益效果本發(fā)明克服了電廠空冷島直接空冷凝氣系統(tǒng)存在的不足，提供一種在夏季尖峰時刻電廠空冷島直接空冷凝汽器并聯(lián)蒸發(fā)式冷凝器的冷凝方法及裝置，其優(yōu)點和有益的效果如下1)將蒸發(fā)式冷凝凝汽器并聯(lián)電廠空冷島直接凝汽系統(tǒng)，來補充空冷島直接空冷凝汽系統(tǒng)在夏季尖峰時刻散熱不足的缺點，以微量的水來降低凝汽器背壓及背壓變化差，大大提高汽輪機運行的可靠性和穩(wěn)定性，從而實現(xiàn)提高夏季尖峰時刻出力，減少能耗的目的；2)從換熱效果的角度上來講，空冷島直接凝汽器冷凝的極限溫度為空氣干球溫度，而蒸發(fā)式冷凝器的極限溫度為空氣濕球溫度，傳熱溫差大，所需換熱面積小，相對于增加一組空冷系統(tǒng)，并聯(lián)蒸發(fā)式冷凝器的一次性投資較低，發(fā)電標準煤耗較低，利用效率更尚；3)蒸發(fā)式冷凝技術作為一種新技術，在電廠中與空冷島凝汽系統(tǒng)并聯(lián)運行，符合國家節(jié)能減排宗旨，既減少了能源浪費，又促進了環(huán)保，為電力工業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展及煤、水資源的合理化利用找到一條新的途徑。


圖1為本發(fā)明的實施示意圖其中1.汽輪機、2.空冷島、3.蒸發(fā)式冷凝器、4.蒸汽分配聯(lián)箱、5.真空泵、6.疏水器、7.凝結水箱、8.凝結水泵、9.凝結水處理器、10.凝結水升壓泵、11.低壓加熱器、12.除氧器、13.給水泵、14.高壓加熱器、15.鍋爐、16.過熱器、17.主蒸汽管道、18.主排氣管、19a、19b.分配管、20a、20b.管道
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明對熱力電廠凝汽式汽輪機排氣在夏季尖峰時刻采用并聯(lián)蒸發(fā)式冷凝器的凝汽方式，其裝置運行如下先開啟真空泵5提供啟動系統(tǒng)需要的真空，并排除系統(tǒng)運行過程中的不凝汽，在汽輪機1乏汽出口的主排氣管18上連接兩條并聯(lián)的分配管分流蒸汽，蒸汽通過一條分配管19b進入空冷島2，通過另一分配管19a進入蒸發(fā)式冷凝器3 (蒸發(fā)式冷凝器3為單臺蒸發(fā)式冷凝器，或為多臺串聯(lián)或并聯(lián)或混聯(lián)的蒸發(fā)式冷凝器)，并通過蒸汽分配聯(lián)箱4進入各個蒸發(fā)式冷凝器3的管束，蒸汽在管內表面凝結，熱量傳給管外水膜，水膜通過傳熱傳質將熱量傳遞給外部逆流而上的空氣，在風機的強制通風作用下，空氣將熱量帶走，同時凝結水通過凝結水疏水器6被排出，與空冷島凝結水匯合在凝結水箱7，混合后送入凝結水泵8，經凝結水處理器統(tǒng)9處理后，依次經過凝結水升壓泵10、低壓加熱器11、除氧器12、給水13泵、高壓加熱器14送回鍋爐15，加熱加壓后通過主蒸汽管道17向汽輪機1提供高溫高壓蒸汽。實施例對一套3MW的純空冷發(fā)電機組進行改造，按上述實施方式將空冷島并聯(lián)蒸發(fā)式冷凝器O臺并聯(lián)，型號為上海寶豐機械制造有限公司生產的SPL-1620)作為汽輪機的冷凝裝置，系統(tǒng)運行平穩(wěn)。經過7月-8月2個月的測試，測得并聯(lián)后，當環(huán)境空氣干球溫度超過27°C時，發(fā)電效率由單獨運行的60%提高到并聯(lián)后的88%，背壓由MKpa降低到27kPa。機組多發(fā)電lM9920kW · h，減少煤耗96 . 4kg，按煤價800元/噸、成本電價按0. 36元/欣化，折合人民幣約45.8萬。在增加效率、節(jié)約成本的同時，達到了預期目標，符合國家相關節(jié)能減排政策，可以為用戶帶來可觀的經濟效益。
權利要求
1.一種用于夏季尖峰時刻的汽輪機組的冷凝方式，其特征在于，所述的冷凝方式為 在夏季尖峰時刻，將汽輪機出來的乏汽分為并聯(lián)的兩路，一路進入空冷島直接冷凝，另一路進入與空冷島并聯(lián)的蒸發(fā)式冷凝器冷凝，冷凝后的兩路凝結水混合后經處理送入鍋爐。
2.一種用于夏季尖峰時刻的汽輪機組冷凝裝置，包括冷凝系統(tǒng)、排氣管道、抽真空及不凝氣排放系統(tǒng)、凝結水收集系統(tǒng)，其特征在于，冷凝系統(tǒng)主要包括空冷島(2)和與空冷島 (2)并聯(lián)的蒸發(fā)式冷凝器3，一根連接汽輪機1乏汽出口的主排氣管18分成兩路，一路分配管19a通過蒸汽分配聯(lián)箱4與蒸發(fā)式冷凝器3進口相連，另一路分配管19b連接空冷島2 ； 蒸發(fā)式冷凝器3的出口通過疏水器進口連接由真空泵5和疏水器6組成的抽真空及不凝氣排放系統(tǒng)；所述的凝結水收集系統(tǒng)由依次連接的凝結水箱7、凝結水泵8、凝結水處理器9組成；連接疏水器6出口的管道20a與連接空冷島2出口的管道20b匯合后，與凝結水收集系統(tǒng)相連。
3.如權利要求1所述的用于夏季尖峰時刻的汽輪機組冷凝裝置，其特征在于，所述的蒸發(fā)式冷凝器3為至少兩臺蒸發(fā)式冷凝器相連組成，連接形式為并聯(lián)或串聯(lián)。
4.如權利要求2所述的用于夏季尖峰時刻的汽輪機組冷凝裝置，其特征在于，所述的蒸發(fā)式冷凝器3的連接形式為先串聯(lián)后并聯(lián)，或先并聯(lián)后串聯(lián)。
5.如權利要求1所述的用于夏季尖峰時刻的汽輪機組冷凝裝置，其特征在于，所述的蒸發(fā)式冷凝器3的換熱管是以圓管或橢圓管或翅片管為基，采用單管程或多管程，管徑尺寸為lO-lOOmm，管子排列形式為三角形或正方形，管間距為換熱管外徑的1_5倍。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于夏季尖峰時刻的汽輪機組的冷凝方式及冷凝裝置。其冷凝方式為將汽輪機出來的乏汽分為并聯(lián)的兩路，一路進入空冷島直接冷凝，另一路進入與空冷島并聯(lián)的蒸發(fā)式冷凝器冷凝，冷凝后的兩路凝結水混合后經處理送入鍋爐。冷凝裝置包括冷凝系統(tǒng)、排氣管道、抽真空及不凝氣排放系統(tǒng)、凝結水收集系統(tǒng)；冷凝系統(tǒng)的空冷島與蒸發(fā)式冷凝器并聯(lián)，連接汽輪機乏汽出口的主排氣管分成兩路，一路連接蒸發(fā)式冷凝器進口，另一路連接空冷島；蒸發(fā)式冷凝器的出口連接抽真空及不凝氣排放系統(tǒng)；疏水器出口管道與空冷島出口管道匯合后與凝結水收集系統(tǒng)相連。本發(fā)明了提高汽輪機運行的可靠性和穩(wěn)定性，保證電廠夏季尖峰時刻滿負荷發(fā)電，促進了節(jié)能降耗。
文檔編號F28B7/00GK102393153SQ201110192288
公開日2012年3月28日 申請日期2011年7月11日 優(yōu)先權日2011年7月11日
發(fā)明者宋進, 曾力丁, 朱冬生, 涂善東, 鄭偉業(yè) 申請人:華東理工大學