CN102748963A - 双蒸发冷却压力的闭式水冷却系统 - Google Patents
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Abstract
本发明双蒸发冷却压力的闭式水冷却系统提供了一种空冷火电机组使用的闭式水冷却系统。本发明包括直流式蒸发冷却闭式水冷却器A、直流式蒸发冷却闭式水冷却器B、真空蝶阀、蒸汽喷射器A、蒸汽喷射器B、5段抽汽进汽调节阀、厂用辅汽进汽调节阀、8号低压加热器、凝汽器、液位传感器和DCS控制系统；两台直流式蒸发冷却闭式水冷却器A与B的管侧串联；壳侧的蒸发冷却压力B低于A，既解决了闭式水温度过高限制汽轮发电机组出力和改善主、辅机冷却条件的问题，又尽可能回收利用热闭式水放出的热量，降低闭式水系统的功耗。本发明无开式循环水冷却所需要的湿式机力通风冷却塔，减少了冷却塔占地，减少基建投资，减少厂用电且零水耗。
Description
(一)技术领域：
本发明双蒸发冷却压力的闭式水冷却系统涉及一种空冷火电机组使用的闭式水冷却系统。
(二)背景技术：
现有技术的火电机组使用的闭式水即闭式循环的除盐水，用作冷却介质的闭式水其用户包括汽轮发电机氢冷器、汽轮发电机内冷水冷却器、汽机侧各种水泵的密封水冷却器、汽机侧多种水泵电机的水空冷却器、轴承冷却器、小机主油泵轴承冷却器、真空泵工作密封水冷却器、汽轮机猫爪冷却器、高压主汽门冷却器、中压联合汽门冷却器、送风机电机水空冷却器、控制油站冷却器、一次风机电机水空冷却器、润滑及控制油站冷却器、引风机电机水空冷却器、润滑及控制油站冷却器、空气预热器轴承油冷却器、制氢站冷却器、化学取样架冷却器、磨煤机轴承油冷却器、启动炉水循环泵用冷却器等，闭式水是保证火电机组主机和辅机安全运行的重要条件。热闭式水携带的热量在闭式水冷却器中由开式循环水带走。
现有技术火电机组通常使用的闭式水冷却器是板式换热器，也有少数电站使用管壳式换热器。板式换热器和管壳式换热器均为水水热交换器，即在换热板片两侧、换热管内外侧工质对壁面的传热方式均为受迫对流放热。
板式换热器是一种结构紧凑的高效换热器，以逆流换热方式工作，通常其冷端端差为5K，如期望以进一步减小冷端端差的方法来降低闭式水温度，改善闭式水的冷却效果，其代价是增加投资、增加板式换热器的板片数，冷端端差从5K降低到3.5K，投资约增加40％。
随世界工业化的进程，淡水资源日益紧张，特别是适合闭式水冷却器直接使用的低钙、镁离子，低氯根、低固形物、低耗氧量的淡水资源更为稀缺，火电机组使用海水、城市中水作为开式循环水或者开式循环水补充水使用的案例日益增多，板式换热器的板片和管壳式换热器的传热管的材质越用越好，但闭式水冷却器的平均无故障小时数不升反降。
为了在干旱缺水地区建设大型火电机组，现有技术开发了空冷火电机组(包括直接空冷和间接空冷)，空冷火电机组为安全度夏通常设计有一套小型湿式循环水冷却系统，专为闭式水冷却器提供温度较低的开式循环水，此种设计不仅大幅度增加了基建投资、大幅度增加了空冷火电机组的水耗还未必能解决空冷火电机组夏季闭式水温度过高问题。
(三)发明内容：
所要解决的技术问题：
在高温高湿的气象条件下，当开式循环水温度超过33℃时，闭式水温度将超过38℃，由于闭式水温度是保证火电机组主机和辅机安全运行的重要条件，闭式水温度超过38℃可能引起汽轮发电机组限出力。对我国南部的火电机组一年之内会有较多时数开式循环水温度超过33℃；对东南亚的火电机组开式循环水温度超过33℃可成为常态；对采用直接空冷或者间接空冷的缺水地区的火电机组，一年之内也会有较多时数闭式水温度超过38℃，现有技术的汽轮发电机组只能以限制出力来应对。
当开式循环水温度超过33℃时，用减小冷端端差的方法来降低闭式水温度，不仅代价巨大而且效果有限，冷端端差不可能降到0。
现有技术的闭式水冷却器无论闭式水侧还是开式水侧通常采取低温升、高流量的设计以保证闭式水侧与开式水侧之间有必要的传热温压；为提高板式换热器的传热系数，通常采用高雷诺数、高紊流度的设计，其代价是高压差、高能耗；板式换热器流道的当量直径只有7mm左右，为防止流道堵塞，在开式循环水侧必须配置自清污滤网，又增加了开式循环水升压泵的能耗；大容量的板式闭式水冷却器需要进口，价格昂贵。
在高温干旱缺水地区建设的空冷火电机组为安全度夏通常设计有一套小型湿式循环水冷却系统，专为闭式水冷却器提供温度较低的开式循环水，此种设计不仅大幅度增加了基建投资、大幅度增加了空冷火电机组的水耗还未必能解决空冷火电机组夏季闭式水温度过高问题。
解决其技术问题采用的技术方案：
本发明的目的是提供一种双蒸发冷却压力的闭式水冷却系统采取与现有技术完全不同的技术路线解决在高温高湿或者高温干旱的气象条件下，当开式循环水温度超过33℃时，闭式水温度将超过38℃的问题。本发明摒弃用开式循环水去冷却闭水循环水的常规，充分利用汽轮机组已有的真空系统、凝结水系统、辅助抽汽系统、回热系统等系统，两台直流式蒸发冷却闭式水冷却器A与B的管侧串联；壳侧的蒸发冷却压力B低于A，既解决闭式水温度过高限制汽轮发电机组出力和改善主、辅机冷却条件的问题，又尽可能回收利用热闭式水放出的热量，降低闭式水系统的功耗。
现以一台闭式水流量为2000t/h，闭式水温降7K(45℃降至38℃)的闭式水冷却器为例说明：闭式水焓降29.25kJ/kg，2000t/h共放热58.5×106kJ/h，如开式循环水温升也是7K(33℃升至40℃)，开式循环水流量需要2000t/h。
水在真空状态0.001MPa(a)到0.005MPa(a)区间的汽化潜热为2484.38kJ/kg到2423kJ/kg，只要在该真空状态区间下蒸发约23.8t/h的水，其吸热量与温升7K，流量2000t/h的开式循环水相同。水在真空状态0.001MPa(a)到0.005MPa(a)区间的饱和温度(也称沸腾温度)为6.97℃到32.88℃。
在本发明双蒸发冷却压力的闭式水冷却系统中，直流式蒸发冷却闭式水冷却器A(1)的壳侧蒸发冷却压力为0.005MPa(a)，将管侧中流过的热闭式水由45℃降至41℃；直流式蒸发冷却闭式水冷却器B(2)的壳侧蒸发冷却压力为0.003MPa(a)，将管侧中流过的热闭式水由41℃降至38℃；水的沸腾放热系数远大于水的强迫对流放热系数；2000t/h的热闭式水放出的热量在真空条件下可以产生23.8t/h的水蒸汽，这些水蒸汽将分别在8号低压加热器(8)和凝汽器(9)中凝结、回收。
本发明双蒸发冷却压力的闭式水冷却系统包括直流式蒸发冷却闭式水冷却器A(1)、直流式蒸发冷却闭式水冷却器B(2)、真空蝶阀(3)、蒸汽喷射器A(4)、蒸汽喷射器B(5)、5段抽汽进汽调节阀(6)、厂用辅汽进汽调节阀(7)、8号低压加热器(8)、凝汽器(9)、液位传感器和DCS控制系统；直流式蒸发冷却闭式水冷却器A(1)壳侧需要的0.005MPa(a)的真空状态用蒸汽喷射器A(4)实现；蒸汽喷射器A(4)的喷嘴由5段抽汽进汽调节阀(6)供汽；直流式蒸发冷却闭式水冷却器B(2)壳侧需要的0.003MPa(a)的真空状态用蒸汽喷射器B(5)实现；蒸汽喷射器B(5)的喷嘴由厂用辅汽进汽调节阀(7)供汽；蒸汽喷射器A(4)的扩压器出口接汽轮机侧的8号低压加热器(8)的汽侧，由主机凝结水回收热量，疏水回流凝汽器(9)的热水井；蒸汽喷射器B(5)的扩压器出口接凝汽器(9)汽侧，凝结水汇入凝汽器(9)的热水井；直流式蒸发冷却闭式水冷却器A(1)的管侧进水口接受热闭式水，直流式蒸发冷却闭式水冷却器A(1)的管侧出水口接直流式蒸发冷却闭式水冷却器B(2)的管侧进水口，直流式蒸发冷却闭式水冷却器B(2)的管侧出水口输出冷闭式水；真空蝶阀(3)的启闭和5段抽汽进汽调节阀(6)、厂用辅汽进汽调节阀(7)的开度同受DCS控制系统控制，以最小能耗控制闭式水出口温度在目标值。
直流式蒸发冷却闭式水冷却器A(1)和直流式蒸发冷却闭式水冷却器B(2)主要由外壳、蒸汽引出管A、膜化水进水管、膜化水分配联箱、膜化水布水管、膜化水均压联箱、闭式水进口短管、管板、冷却管束、闭式水出口短管、管板加强板、冷却管束中间支板、超滤工业水补水管、膜化水泵、膜化水泵进水管、盐平衡排放阀、低阻除水器、蒸汽引出管B和液位传感器构成；闭式水在冷却管束的管内流动，冷却管束的管外侧表面接受膜化水分配装置均匀淋下的微水滴，在冷却管束的管外侧表面形成水膜；水膜在高真空条件下蒸发吸热，闭式水放热，水蒸汽在8号低压加热器(8)或凝汽器(9)内凝结、回收，完成双蒸发冷却压力的闭式水冷却系统的功能。
膜化水泵从直流式蒸发冷却闭式水冷却器A(1)、直流式蒸发冷却闭式水冷却器B(2)各自的真空包壳的下部贮水区吸水，增压后进入直流式蒸发冷却闭式水冷却器A (1)、直流式蒸发冷却闭式水冷却器B(2)各自的膜化水分配装置；膜化水泵的流量出力为水蒸发量的2至5倍；水的膜化处理手法有效降低了水的蒸发温度，显著提高了双蒸发冷却压力的闭式水冷却系统的冷却效能。
本发明双蒸发冷却压力的闭式水冷却系统也可以理解为以蒸汽喷射器A(4)为射流式热泵，把热闭式水放出的热量籍低压蒸汽为载体输送回8号低压加热器(8)回收利用，成为汽轮机组回热系统的一部分，有效降低汽轮发电机组的热耗；蒸汽喷射器A(4)采用汽轮机5段抽汽可以降低汽轮发电机组热耗；蒸汽喷射器B(5)采用0.8MPa到1.3MPa的厂用辅汽解决了汽轮发电机组在启动工况和低负荷工况下5段抽汽压力不足问题，也改善了闭式水出口水温的可控性，使闭式水温低于开式水温成为可能选项；蒸汽喷射器B(5)的扩压器出口接凝汽器(9)使本发明能够在高背压直接空冷机组夏季工况下正常工作。
本发明可用于设计新电站，采用双蒸发冷却压力的闭式水冷却系统，也可用于对现有技术在役电站的闭式水冷却系统的改造。
发明的有益效果：
●完美解决了高温高湿、高温干旱气象条件下闭式水冷却问题，避免出现因闭式水温度高限制汽轮发电机组出力的现象；
●特别适用于直接空冷或者间接空冷汽轮发电机组，避免出现因闭式水温度高限制汽轮发电机组出力的现象，大幅度降低闭式水系统基建投资且零水耗；
●改善火电机组主机和辅机的冷却条件，保证发电机组安全运行：
●热泵式工作原理，闭式水温度可以低于开式循环水温度；
●大型板式换热器的升级换代产品，进口替代，显著减少闭式水热交换系统投资；
●无开式循环水升压泵功耗，显著减少闭式水循环泵功耗；
●无开式循环水冷却所需要的湿式机力通风冷却塔，减少了冷却塔占地，减少基建投资，减少厂用电且零水耗；
●空冷机组在夏季高背压工况下，仍可以回收热闭式水放出的大部分热量，降低汽轮发电机组热耗。
(四)附图说明：
图1为双蒸发冷却压力的闭式水冷却系统结构图。
在图1中：
1直流式蒸发冷却闭式水冷却器A、 2直流式蒸发冷却闭式水冷却器B、
3真空蝶阀、 4蒸汽喷射器A、
5蒸汽喷射器B、 6 5段抽汽进汽调节阀、
7厂用辅汽进汽调节阀、 8 8号低压加热器、
9凝汽器。
(五)具体实施方式：
现以一台闭式水流量为2000t/h，闭式水温降7K，从45℃降至38℃，的双蒸发冷却压力的闭式水冷却系统为例说明实现发明的优选方式：
本发明双蒸发冷却压力的闭式水冷却系统包括直流式蒸发冷却闭式水冷却器A(1)、直流式蒸发冷却闭式水冷却器B(2)、真空蝶阀(3)、蒸汽喷射器A(4)、蒸汽喷射器B(5)、5段抽汽进汽调节阀(6)、厂用辅汽进汽调节阀(7)、8号低压加热器(8)、凝汽器(9)、液位传感器和DCS控制系统；直流式蒸发冷却闭式水冷却器A(1)壳侧需要的0.005MPa(a)的真空状态用蒸汽喷射器A(4)实现；蒸汽喷射器A(4)的喷嘴由5段抽汽进汽调节阀(6)供汽；直流式蒸发冷却闭式水冷却器B(2)壳侧需要的0.003MPa(a)的真空状态用蒸汽喷射器B(5)实现；蒸汽喷射器B(5)的喷嘴由厂用辅汽进汽调节阀(7)供汽；蒸汽喷射器A(4)的扩压器出口接汽轮机侧的8号低压加热器(8)的汽侧，由主机凝结水回收热量，疏水回流凝汽器(9)的热水井；蒸汽喷射器B(5)的扩压器出口接凝汽器(9)汽侧，凝结水汇入凝汽器(9)的热水井；直流式蒸发冷却闭式水冷却器A(1)的管侧进水口接受热闭式水，直流式蒸发冷却闭式水冷却器A(1)的管侧出水口接直流式蒸发冷却闭式水冷却器B(2)的进水口，直流式蒸发冷却闭式水冷却器B(2)的出水口输出冷闭式水；真空蝶阀(3)的启闭和5段抽汽进汽调节阀(6)、厂用辅汽进汽调节阀(7)的开度同受DCS控制系统控制，以最小能耗控制闭式水出口温度在目标值。
直流式蒸发冷却闭式水冷却器A(1)、直流式蒸发冷却闭式水冷却器B(2)的真空包壳由8mm不锈钢复合碳钢板焊接构成，也可以用8mm碳钢板内侧热喷涂0.3mm不锈钢层替代；真空包壳外侧焊有加强筋，并有绝热层全覆盖。
冷却管束由公称直径Φ19×1无缝铁素体不锈钢管组成，冷却管内设置有由1×16mm铁素体不锈钢扁钢扭制的螺旋式扰流条；管板由20mm不锈钢复合碳钢板制造，不锈钢层≥2mm；管板加强板可以用30mm碳钢板内侧热喷涂0.3mm不锈钢层替代，管板与管板加强板应满焊连接。
冷却管与管板以先胀后焊方式连接；直流式蒸发冷却闭式水冷却器A(1)、直流式蒸发冷却闭式水冷却器B(2)的冷却管束公称面积各为600m2。
膜化水泵出力100m3/h，扬程29m。
膜化水泵及直流式蒸发冷却闭式水冷却器A(1)、直流式蒸发冷却闭式水冷却器B(2)内置的膜化水分配装置、低阻除水器均为不锈钢材质。
真空蝶阀(3)为软密封双偏心真空蝶阀，阀杆配有水封装置。
蒸汽喷射器A(4)、蒸汽喷射器B(5)为马氏体不锈钢材质。
直流式蒸发冷却闭式水冷却器A(1)、直流式蒸发冷却闭式水冷却器B(2)对间接空冷机组，均布置在汽机房6m层；对直接空冷机组直流式蒸发冷却闭式水冷却器A(1)布置在汽机房6m层，直流式蒸发冷却闭式水冷却器B(2)布置在空冷岛下部。
Claims (7)
1.一种双蒸发冷却压力的闭式水冷却系统，其特征在于：包括直流式蒸发冷却闭式水冷却器A(1)、直流式蒸发冷却闭式水冷却器B(2)、真空蝶阀(3)、蒸汽喷射器A(4)、蒸汽喷射器B(5)、5段抽汽进汽调节阀(6)、厂用辅汽进汽调节阀(7)、8号低压加热器(8)、凝汽器(9)、液位传感器和DCS控制系统；直流式蒸发冷却闭式水冷却器A(1)壳侧需要的0.005MPa(a)的真空状态用蒸汽喷射器A(4)实现；蒸汽喷射器A(4)的喷嘴由5段抽汽进汽调节阀(6)供汽；直流式蒸发冷却闭式水冷却器B(2)壳侧需要的0.003MPa(a)的真空状态用蒸汽喷射器B(5)实现；蒸汽喷射器B(5)的喷嘴由厂用辅汽进汽调节阀(7)供汽；蒸汽喷射器A(4)的扩压器出口接汽轮机侧的8号低压加热器(8)的汽侧，由主机凝结水回收热量，疏水回流凝汽器(9)的热水井；蒸汽喷射器B(5)的扩压器出口接凝汽器(9)汽侧，凝结水汇入凝汽器(9)的热水井；直流式蒸发冷却闭式水冷却器A(1)的管侧进水口接受热闭式水，直流式蒸发冷却闭式水冷却器A(1)的管侧出水口接直流式蒸发冷却闭式水冷却器B(2)的管侧进水口，直流式蒸发冷却闭式水冷却器B(2)的管侧出水口输出冷闭式水；真空蝶阀(3)的启闭和5段抽汽进汽调节阀(6)、厂用辅汽进汽调节阀(7)的开度同受DCS控制系统控制，以最小能耗控制闭式水出口温度在目标值。
2.根据权利要求1所述的双蒸发冷却压力的闭式水冷却系统，其特征是所述的直流式蒸发冷却闭式水冷却器A(1)和直流式蒸发冷却闭式水冷却器B(2)主要由外壳、蒸汽引出管A、膜化水进水管、膜化水分配联箱、膜化水布水管、膜化水均压联箱、闭式水进口短管、管板、冷却管束、闭式水出口短管、管板加强板、冷却管束中间支板、超滤工业水补水管、膜化水泵、膜化水泵进水管、盐平衡排放阀、低阻除水器、蒸汽引出管B和液位传感器构成。
3.根据权利要求1所述的双蒸发冷却压力的闭式水冷却系统，其特征是所述的蒸汽喷射器A(4)为射流式热泵，把热闭式水放出的热量籍低压蒸汽为载体输送回8号低压加热器(8)回收利用，成为汽轮机组回热系统的一部分，有效降低汽轮发电机组的热耗。
4.根据权利要求1所述的双蒸发冷却压力的闭式水冷却系统，其特征是所述的蒸汽喷射器B(5)的扩压器出口接凝汽器(9)使本发明能够在高背压直接空冷机组夏季工况下正常工作。
5.根据权利要求1所述的双蒸发冷却压力的闭式水冷却系统，其特征是所述的真空蝶阀(3)为软密封双偏心真空蝶阀，阀杆配有水封装置。
6.根据权利要求1所述的双蒸发冷却压力的闭式水冷却系统，其特征是所述的直流式蒸发冷却闭式水冷却器A(1)、直流式蒸发冷却闭式水冷却器B(2)对间接空冷机组，均布置在汽机房6m层；对直接空冷机组直流式蒸发冷却闭式水冷却器A(1)布置在汽机房6m层，直流式蒸发冷却闭式水冷却器B(2)布置在空冷岛下部。
7.根据权利要求1所述的双蒸发冷却压力的闭式水冷却系统，其特征是所述的蒸汽喷射器A(4)、蒸汽喷射器B(5)为马氏体不锈钢材质。
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