[发明专利]用于自然通风的空气冷却式冷凝器的冷却塔的设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用空气冷却式冷凝器的自然通风冷却塔。上述冷却塔通过自然通风而运作，并实现两种流体(例如一般的大气和通常为蒸汽的另一流体)之间的换热。上述冷却塔通过利用经由高风筒的浮力作用的自然通风而运作。热空气由于密度差而自然地升高到周围空气外部的冷却器。实际上，热空气在相同压力下密度明显小于较冷的周围空气。

背景技术

冷却塔为广泛用于将低等级的热散发到大气的一种类型的换热器，且典型地用于发电、空调装置等。在用于前述应用的自然通风冷却塔中，气流通过进入塔的底部的冷空气与离开顶部的热空气之间的密度差经由中空的风筒状的塔而诱发。该差由于来自穿过塔内部的正被冷却的流体的热传递而产生。冷却塔可为湿式或干式。干式冷却塔可为“直接接触式干燥(direct dry)”，其中蒸汽由经过包含该蒸汽的换热器介质的空气直接冷凝，或者干式冷却塔可为“间接接触式干燥(indirect dry)”型自然通风冷却塔，其中蒸汽首先经过由流体冷却的表面冷凝器，该加热流体被传送到冷却塔换热器，其中该流体保持与空气隔离，类似于汽车的散热器。干式冷却具有蒸发的水不会损失的优点。两种类型的干式冷却塔通过传导和对流散发热，且两种类型的干式冷却塔目前都在使用。湿式冷却塔提供将空气与正被冷却的流体直接接触。湿式冷却塔受益于蒸发潜热，该蒸发潜热提供非常有效的热传递，但蒸发掉小百分比的循环流体。

除了上述冷却塔设计类型以外，冷却塔可进一步被分为横流式或逆流式。典型地，在横流式冷却塔中，随着待冷却的流体向下移动，空气水平移动通过填充器或填料。相反，在逆流式冷却塔中，空气向上行进通过填充器或填料，与待冷却的流体的向下运动相反。

在直接接触式干式冷却塔中，涡轮回汽在空气冷却冷凝器中被直接冷凝。需要约五到十倍的机械通风蒸发塔所需的空气用于干式冷却塔。这种类型的冷却通常在水很少或没有水可用的情况下使用。这种类型的系统耗费非常少的水且不会发射水蒸汽羽流。

为了实现所需的冷却，冷凝器要求大的表面区域以散发气体或蒸汽中的热能，并对设计工程师提出若干问题。由于系统管道压力损失和速度分布造成的蒸汽输送中的不均匀性，难以有效且有力地将蒸汽引导到冷凝器的所有内部表面区域上。因此，均匀的蒸汽分布在空气冷却冷凝器中是希望的，且对于获得最佳性能是关键的。因此，希望具有一种带有战略布局的管道和冷凝器表面的冷凝器，其会确保蒸汽在整个冷凝器中的均匀分布，并允许最大量的冷却气流直穿且横贯冷凝器表面。

目前的空气冷却冷凝器的另一问题是由温度差引起的管道和冷却表面的膨胀和收缩。管膨胀接头可在关键区域使用，以补偿热运动。典型类型的用于管系统的膨胀接头为波纹管，其可由金属(最普遍的是不锈钢)制造。波纹管由一系列的一个或多个褶合组成，且该褶合的形状被设计为经受管的内部压力，但柔性足以接受轴向、侧向和/或角变形。在所有但最少的应用中，蒸汽管道的分支被需要用于将蒸汽分配到冷凝器的各个盘管区段中。分支的本质在于将蒸汽流分布到不同方向，这必然沿不同方向引入热膨胀。这些膨胀吸纳装置很昂贵。因此，还希望具有一种冷凝器装置，其中热膨胀和收缩被简单且低廉地管理。

自然通风冷却塔典型地具有中空的顶部敞口的钢筋混凝土的壳体，其具有直立的对称轴线和圆形横截面。薄壁壳体结构在从子午横截面观看时通常包括颈缩的双曲线形状，或者该壳体可具有圆柱形或圆锥形形状。在塔结构基底处的开口使周围空气能够进入，以帮助从流体向空气的换热。强制通风(forced draft)冷却塔也是已知的，其中气流由风扇产生。由于风扇取代自然通风冷却塔的风筒效果，因此这些设备通常不会包含自然通风壳体。然而，强制通风风扇可被包含在自然通风设计中，以补充上述密度差不足以产生希望的气流处的气流。

已知改进冷却塔性能(即，吸取给定表面中的增加量的废热的能力)可导致蒸汽厂的换热对电能的总效率提高，和/或增大特定条件下的功率输出。成本有效方法的改进是希望的。本发明致力于该希望。相同的考虑措施可应用于使用大型自然通风冷却塔的工业中。

另外，大型自然通风冷却塔为高资本成本、长使用寿命的固定装置，希望能够在没有大幅改动(特别是对主塔结构)的情况下实现改进。本发明的方法和设备可应用于现有自然通风冷却塔的改进以及应用于新型冷却塔。