一种并联尖峰冷却空冷汽轮发电机组及凝汽方法与流程

1.本发明涉及乏汽冷凝的技术领域，尤其是涉及一种并联尖峰冷却空冷汽轮发电机组及凝汽方法。


背景技术：

2.发电厂的发电机组生产电能的过程是一个能量转换的过程，在此过程中产生的高速流动的蒸汽推动汽轮机转子转动，形成机械能，释放出热势能的蒸汽从汽轮机下部的排汽口排出，称为乏汽。然后乏汽经过冷却系统冷凝为凝结水，然后由凝结水泵送至凝结水处理系统，处理后回到发电机组循环利用。
3.目前，在我国西北缺水地区，越来越多的发电厂采用单一直接空冷的方式，虽然节水效果显著，但是还是存在不少问题：1）直接空冷的方式存在导热系数差、受环境温度影响大的缺陷，在夏季高温环境下的凝结温度和排汽背压较高，会导致汽轮机的热耗增加、效率降低，甚至会导致排汽管道压损增加，引起排汽压力的进一步升高；2）在冬季寒冷环境下，西部地区的空气温度下降，冷却系统内的凝结水又可能受冷结冰，导致空冷器换热管受损；3）在长期使用后，空冷器的换热管内容易结垢，导致空冷器的热阻增加，进而影响汽轮机的稳定运行。
4.为此，授权公告号为cn101936669b的中国专利公开了一种混联式复合凝汽方法及凝汽器，采用空冷凝汽器与第一蒸发式凝汽器并联换热，将汽轮机排汽管道输送的乏汽经蒸汽分配管送至空冷凝汽器的空冷换热顺流管束和第一蒸发式凝汽器的蒸发换热顺流管束进行并联换热；经并联换热后的乏汽再与第二蒸发式凝汽器的蒸发换热逆流管束串联换热。上述凝汽器通过采用空冷凝汽器与第一蒸发式凝汽器并联换热，能在夏季减小空冷凝汽器的运行压力，从而降低排汽背压，使得汽轮机能稳定运行。
5.上述中的现有技术方案存在以下缺陷：1）上述凝汽器还是存在冬季空冷器换热管结冰受损、空冷器在长期使用后换热管内容易结垢的问题，进而会引起排汽压力的升高，影响汽轮机的稳定运行；2）上述凝汽方法需要依次经过并联换热和串联换热，虽然能达到冷凝乏汽的目的，但是对于其他季节而言，这种换热方式较为繁琐，不利于节约能源，有待改进。


技术实现要素：

6.针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种并联尖峰冷却空冷汽轮发电机组，其解决了现有蒸发式凝汽器存在的冬季管道结冰受损、空冷器在长期使用后换热管内容易结垢的问题，在兼顾乏汽冷凝效率的同时，达到了降低排汽压力的目的。
7.本发明的第二个目的在于提供一种凝汽方法，其具有步骤简单、节约能源的优点。
8.为实现上述第一个目的，本发明提供了如下技术方案：一种并联尖峰冷却空冷汽轮发电机组，包括喷淋排汽装置、空冷器、蒸发式凝汽器和热井；所述喷淋排汽装置用于收集乏汽、并选择性地向乏汽喷淋减温水，且所述喷淋排汽
装置按照出水口朝向所述热井开口的方式安装于所述热井上；所述喷淋排汽装置的排汽口和热井的进水口之间设置有流通通道，所述空冷器和蒸发式凝汽器设置于由流通通道形成的流动路径上，且所述蒸发式凝汽器选择性地与所述流通通道连通。
9.通过采用上述技术方案，发电机组在夏季运行时，可同时启动空冷器和蒸发式凝汽器进行冷却，从而能降低空冷器的负荷，并降低汽轮机的排汽压力；其中，流通通道用于在夏季时，将乏汽分流并分别输送至空冷器和蒸发式凝汽器，然后将空冷器和蒸发式凝汽器内冷却得到的凝结水再通过流通通道输送至热井；同时，还可以打开喷淋排汽装置，以便喷淋排汽装置利用热井向乏汽喷淋减温水，一部分乏汽经过喷淋排汽装置冷却后、降低了乏汽的体积流量，从而能降低乏汽在流通通道中的汽阻，进而能降低汽轮机的排汽压力，并且这种增湿降温的方式，还能防止空冷器的换热管内结垢，优选的，可在凝结水中添加除盐剂防止空冷器的换热管内结垢；发电机在冬季运行时，关闭蒸发式凝汽器与流通通道之间的连通口，使得乏汽全部进入空冷器，从而避免在换热管中的凝结水温度过低从而结冰，同时避免了换热管由于凝结水结冰导致损坏，保护了设备的安全；另外，通过将喷淋排汽装置直接布置在热井上方，不仅把原先管道疏水和凝结水合二为一，降低了系统的复杂性，便于热井快速收集喷淋排汽装置、空冷器和蒸发式凝汽器的凝结水，还有利于利用喷淋排汽装置和热井之间的温差，完成乏汽的降温和冬季流通通道内凝结水的保温，进而能减少发电机组的故障率，保证了发电机组的安全运行；在此过程中，通过选择性使用喷淋排汽装置、空冷器和蒸发式凝汽器中的一种或几种设备进行乏汽冷凝，并将热井与喷淋排汽装置组合安装，代替原先需要依次经过并联换热和串联换热的季节调峰方式，解决了现有蒸发式凝汽器存在的冬季管道结冰受损、空冷器在长期使用后换热管内容易结垢的问题，在兼顾乏汽冷凝效率的同时，达到了降低排汽压力的目的。
10.进一步地，所述喷淋排汽装置包括连通于所述热井和流通通道的箱体、穿设于所述箱体上的喷淋水管、多个设置于所述喷淋水管上的雾化喷头，所述箱体内形成容纳凝结水和乏汽的空腔，所述雾化喷头沿与乏汽流动大致相同的方向喷淋雾化水。
11.进一步地，所述空冷器和蒸发式凝汽器被并列设置在所述流动路径上。这种并联换热的方式可使夏季的乏汽分别通过空冷器和蒸发式凝汽器，通过分流约22%的乏汽去蒸发式凝汽器，有效的保证了发电机组的满负荷运行，提高约22%的发电效率，增加了发电机组的经济效益。
12.或者，所述蒸发式凝汽器被设置在所述空冷器沿所述流动路径的下游侧，且所述流通通道的其中一个管子与所述蒸发式凝汽器并列连接。
13.或者，所述蒸发式凝汽器被设置在所述空冷器沿所述流动路径的上游侧，且所述流通通道的其中一个管子与所述蒸发式凝汽器并列连接。
14.进一步地，所述蒸发式凝汽器包括壳体、风机、设置于所述壳体内的喷淋管和冷却管束，所述风机按照出风口朝向所述喷淋管和冷却管束的方向安装于所述壳体上，所述喷淋管用于将所述壳体内的凝结水喷淋在所述冷却管束表面，所述冷却管束的两端分别选择性地与所述流通通道连通。乏汽通过冷却管束进入蒸发式凝汽器内，减温水在壳体和喷淋管之间循环流动，并通过喷淋冷却的方式带走冷却管束上的热量，再通过风机加速喷淋的减温水雾化和降温，能消减换热端差的影响，从而完成乏汽的冷凝。
15.为实现上述第二个目的，本发明提供了如下技术方案：
一种凝汽方法，包括使用汽轮机进行乏汽排出的排汽过程、使用并联尖峰冷却空冷汽轮发电机组进行乏汽冷凝的凝汽过程、以及使用凝结水泵进行凝结水回收的循环过程。
16.通过采用上述技术方案，使用并联尖峰冷却空冷汽轮发电机组进行乏汽冷凝的凝汽过程，就是选择性使用喷淋排汽装置、空冷器和蒸发式凝汽器中的一种或几种设备进行乏汽冷凝，具有步骤简单、节约能源的优点。
17.进一步地，所述凝汽过程包括以下步骤，a.在环境温度低于22℃时，采用空冷器单独换热，将汽轮机输送的乏汽经过空冷器直接空冷后，空冷器的凝结水汇集于热井中；b.在环境温度为22~24℃时，先采用喷淋排汽装置对汽轮机输送的乏汽进行喷雾降温，再采用空冷器单独换热，将汽轮机输送的乏汽经过空冷器直接空冷后，喷淋排汽装置和空冷器的凝结水汇集于热井中；c.在环境温度为24~37℃时，采用空冷器和蒸发式凝汽器并联换热，将汽轮机输送的乏汽分别或依次经过空冷器和蒸发式凝汽器冷却后，空冷器和蒸发式凝汽器的凝结水汇集于热井中；d.在环境温度高于37℃时，先采用喷淋排汽装置对汽轮机输送的乏汽进行喷雾降温，再采用空冷器和蒸发式凝汽器并联换热，将喷淋排汽装置输出的乏汽分别或依次经过空冷器和蒸发式凝汽器冷却后，喷淋排汽装置、空冷器和蒸发式凝汽器的凝结水汇集于热井中。基于温度调峰需求，通过简洁的喷淋排汽装置、空冷器和蒸发式凝汽器连接关系，以及合理的尖峰工况控制方法，降低低温冻管风险和高温情况下的排汽压力，进而提高汽轮机及其发电机组的运行效率和可靠性。
18.优选地，所述步骤c和步骤d中，采用空冷器和蒸发式凝汽器并联换热，且排气管道分流22%
±
1%（v/v）的乏汽至蒸发式凝汽器。在夏季运行时，通过分流约22%乏汽去蒸发式凝汽器，有效的保证了发电机组的满负荷运行，提高约22%发电效率，增加了发电机组的经济效益。
19.进一步地，所述循环过程包括，用凝结水泵将热井中的凝结水朝向发电机组或喷淋排汽装置输送的步骤。具体可通过阀门调节的方式改变凝结水输送方向，适用于西北等缺水地区。
20.综上所述，本发明的有益技术效果为：1.通过选择性使用喷淋排汽装置、空冷器和蒸发式凝汽器中的一种或几种设备进行乏汽冷凝，并将热井与喷淋排汽装置组合安装，代替原先需要依次经过并联换热和串联换热的季节调峰方式，解决了现有蒸发式凝汽器存在的冬季管道结冰受损、空冷器在长期使用后换热管内容易结垢的问题，在兼顾乏汽冷凝效率的同时，达到了降低排汽压力的目的；2.通过将原先并联和串联换热的方式转换为可选择地进行直接空冷和尖峰冷却的方式，具有步骤简单、节约能源的优点。
附图说明
21.图1是本发明实施例1的并联尖峰冷却空冷汽轮发电机组的结构示意图。
22.图2是本发明实施例1的喷淋排汽装置、热井和凝结水泵之间的连接关系示意图。
23.图3是本发明实施例1的空冷器和蒸发式凝汽器之间的连接关系示意图。
24.图中，1、喷淋排汽装置；11、箱体；12、喷淋水管；13、雾化喷头；2、空冷器；3、蒸发式
凝汽器；31、壳体；32、风机；33、喷淋管；34、冷却管束；4、热井；5、流通通道；6、汽轮机；7、凝结水泵；8、发电机组。
具体实施方式
25.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与作用更加清楚及易于了解，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步阐述。
26.实施例1：参照图1，为本发明公开的一种并联尖峰冷却空冷汽轮发电机组，包括喷淋排汽装置1、空冷器2、蒸发式凝汽器3和热井4。对于已经安装完成的并联尖峰冷却空冷汽轮发电机组，喷淋排汽装置1按照出水口朝向所述热井4开口的方式安装于热井4上，且喷淋排汽装置1的进汽口与汽轮机6的排汽口相连通。喷淋排汽装置1的排汽口和热井4的进水口之间设置有流通通道5，空冷器2和蒸发式凝汽器3设置于在由流通通道5形成的流动路径上。
27.发电机组8在夏季运行时，可同时启动空冷器2和蒸发式凝汽器3进行冷却，从而能降低空冷器2的负荷，并降低汽轮机6的排汽压力。其中，流通通道5用于在夏季时，将乏汽分流并分别输送至空冷器2和蒸发式凝汽器3，然后将空冷器2和蒸发式凝汽器3内冷却得到的凝结水再通过流通通道输送至热井4。同时，还可以打开喷淋排汽装置1，以便喷淋排汽装置1利用热井4向乏汽喷淋减温水，一部分乏汽经过喷淋排汽装置1冷却后、降低了乏汽的体积流量，从而能降低乏汽在流通通道5中的汽阻，进而能降低汽轮机6的排汽压力，并且这种增湿降温的方式，还能防止空冷器2的换热管内结垢。优选的，可在凝结水中添加除盐剂防止空冷器2的换热管内结垢。发电机在冬季运行时，关闭蒸发式凝汽器3与流通通道5之间的连通口，使得乏汽全部进入空冷器2，从而避免在换热管中的凝结水温度过低从而结冰，同时避免了换热管由于凝结水结冰导致损坏，保护了设备的安全。另外，通过将喷淋排汽装置1直接布置在热井4上方，不仅把原先管道疏水和凝结水合二为一，降低了系统的复杂性，便于热井4快速收集喷淋排汽装置1、空冷器2和蒸发式凝汽器3的凝结水，还有利于利用喷淋排汽装置1和热井4之间的温差，完成乏汽的降温和冬季流通通道5内凝结水的保温，进而能减少发电机组8的故障率，保证了发电机组8的安全运行。
28.综上所述，根据环境温度的不同，通过选择性使用喷淋排汽装置1、空冷器2和蒸发式凝汽器3中的一种或几种设备进行乏汽冷凝，即保持空冷器2常开，随着环境温度的升高，依次开启蒸发式凝汽器3和喷淋排汽装置1，并将热井4与喷淋排汽装置1组合安装，代替原先需要依次经过并联换热和串联换热的季节调峰方式，解决了现有蒸发式凝汽器3存在的冬季管道结冰受损、空冷器2在长期使用后换热管内容易结垢的问题，在兼顾乏汽冷凝效率的同时，达到了降低排汽压力的目的。
29.实施例2：参照图2，为本发明公开的一种并联尖峰冷却空冷汽轮发电机组，与实施例1的不同之处在于，为进一步提高乏汽冷凝效率，可采用如下结构的喷淋排汽装置1对乏汽进行增湿降温。喷淋排汽装置1包括连通于热井4和流通通道5的箱体11、穿设于箱体11上并用于与凝结水泵7连通的喷淋水管12、多个设置于喷淋水管12上的雾化喷头13。其中，箱体11内形成容纳凝结水和乏汽的空腔，雾化喷头13沿与乏汽流动大致相同的方向喷淋雾化水。喷淋排汽装置1用于通过箱体11收集汽轮机6的乏汽、并通过雾化喷头13选择性地向乏汽喷淋减温水，且箱体11按照出水口朝向热井4开口的方式安装于热井4上。
30.同时，空冷器2和蒸发式凝汽器3被并列设置在由流通通道5形成的流动路径上。这种并联换热的方式可使夏季的乏汽分别通过空冷器2和蒸发式凝汽器3，通过分流约22%的乏汽去蒸发式凝汽器3，有效的保证了发电机组8的满负荷运行，提高约22%的发电效率，增加了发电机组8的经济效益。
31.实施例3：参照图3，为本发明公开的一种并联尖峰冷却空冷汽轮发电机组，与实施例1的不同之处在于，蒸发式凝汽器3是在高温环境下分流乏汽的主要组件，其需要较高的冷凝效率，以保证发电机组8的满负荷运行。蒸发式凝汽器3包括壳体31、风机32、设置于壳体31内的喷淋管33和冷却管束34。其中，风机32按照出风口朝向喷淋管33和冷却管束34的方向安装于壳体31上，喷淋管33用于将壳体31内的凝结水喷淋在冷却管束34表面，冷却管束34的两端分别通过阀门控制的方式选择性地与流通通道5连通。乏汽通过冷却管束34进入蒸发式凝汽器3内，减温水在壳体31和喷淋管33之间循环流动，并通过喷淋冷却的方式带走冷却管束34上的热量，再通过风机32加速喷淋的减温水雾化和降温，能消减换热端差的影响，从而完成乏汽的冷凝。
32.实施例4：与实施例1的不同之处在于，本发明还公开的一种凝汽方法，包括使用汽轮机6进行乏汽排出的排汽过程、使用实施例1的并联尖峰冷却空冷汽轮发电机组进行乏汽冷凝的凝汽过程、以及使用凝结水泵7进行凝结水回收的循环过程。
33.其中，凝汽过程包括以下步骤，a.在环境温度低于22℃时，采用空冷器2单独换热，将汽轮机6输送的乏汽经过空冷器2直接空冷后，空冷器2的凝结水汇集于热井4中；b.在环境温度为22~24℃时，先采用喷淋排汽装置1对汽轮机6输送的乏汽进行喷雾降温，再采用空冷器2单独换热，将汽轮机6输送的乏汽经过空冷器2直接空冷后，喷淋排汽装置1和空冷器2的凝结水汇集于热井4中；c.在环境温度为24~37℃时，采用空冷器2和蒸发式凝汽器3并联换热，将汽轮机6输送的乏汽分别或依次经过空冷器2和蒸发式凝汽器3冷却后，空冷器2和蒸发式凝汽器3的凝结水汇集于热井4中；d.在环境温度高于37℃时，先采用喷淋排汽装置1对汽轮机6输送的乏汽进行喷雾降温，再采用空冷器2和蒸发式凝汽器3并联换热，将喷淋排汽装置1输出的乏汽分别或依次经过空冷器2和蒸发式凝汽器3冷却后，喷淋排汽装置1、空冷器2和蒸发式凝汽器3的凝结水汇集于热井4中。
34.为进一步保证高效性和经济性，步骤c和步骤d中，排气管道分流22%
±
1%（v/v）的乏汽至蒸发式凝汽器3。在夏季运行时，通过分流约22%乏汽去蒸发式凝汽器3，有效的保证了发电机组8的满负荷运行，提高约22%发电效率，增加了发电机组8的经济效益。另外，在夏季运行时，通过运行喷淋排汽装置1，可以提高约2~7%的发电效率，能进一步增加发电机组8的经济效益。
35.最后，循环过程包括，通过在流通通道5和热井4进水口的凝结水回收路径上、以及热井4出水口的管路上设置凝结水泵7，从而实现凝结水的回收利用的步骤。
36.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本
发明的权利要求范围当中。