[发明专利]混合冷凝器

说明书

技术领域

本发明涉及主要用于动力装置循环冷却的节水干/湿式冷却系统的重要元件(即所谓的混合冷凝器)。

背景技术

广泛应用于动力装置冷却的冷凝器—表面冷凝器—已经有一百多年的历史。可以通过湿式冷却系统(即蒸发冷却系统)或通过干式冷却系统对装配有表面冷凝器的蒸汽涡轮机进行冷却。在覆盖Heller教授的发明的FR 877 696中所描述的方法的核心元件是所谓的直接接触式冷凝器(即混合式冷凝器)，该直接接触式冷凝器可以替代常见的表面冷凝器应用在动力装置循环中。直接接触式冷凝器使干式(空气)冷却更有效。这样实现的系统一般被称为海勒(Heller)系统。

在本技术领域中，反复地出现表面冷凝器和直接接触式冷凝器在组合干/湿式冷却系统中的联合应用。大多数的相关出版物不提供用于混合冷凝器的实际设计方案。涉及组合干/湿式冷却系统的第一专利文献中的一个专利文献US 3 635 042额外描述了冷却系统的示意图中的冷凝器，其中，在表面冷凝器体中示出了干式系统冷却水的注入。在US 3 831 667中描绘了类似的示意图。在该情况下，根据图1，相对于与湿式冷却回路相关联的冷却表面的管子，来自干式冷却回路的冷却水在较高的位置处被注入。因为在表面冷凝器的管子外部生成的约50倍冷凝液量的水涌到管子上，所以已知的具有一个单元在另一单元之上的布置是不利的。因此，因为由于一部分蒸汽的冷凝，来自干式冷却回路的已加热水用作从内部冷却的管子的壁和尚未冷凝的蒸汽之间的隔热层，所以管子之间的蒸汽流的路径基本被阻断并且表面冷凝器管的冷却效果降低。

描述与所谓的羽流降低湿/干式塔(plume abating wet/dry tower)相关联的混合冷凝器，并且还在US 6 233 941 B1中呈现出相关的示意性结构图。在文献中的图2中，两个冷凝器部件布置在单独的壳体中，这不仅必需额外的成本，而且还由于膨胀蒸汽的分支导致额外的压降，即效率的降低。文献中的图1示出了解决方案，其中表面冷凝器部件和直接接触式冷凝器部件位于一个壳体内。来自涡轮机的排出蒸汽的一部分在表面冷凝器上冷凝；这部分蒸汽流首先经历冷却。此处未冷凝的蒸汽和绕开表面冷凝器的蒸汽在分配给直接接触式冷凝器的空间中冷凝。并排布置冷凝器部件明显扩大了所需的冷凝器截面，这导致成本增加。已知的装置充其量仅能用于组合湿式和干式的操作模式下，因此在寒冷天气下当仅需要直接接触式冷凝器部件的功能时，期望的纯粹干式操作因而是无效的。表面冷凝器部件包括常规应用的元件，而直接接触式冷凝器部件体现海勒的直接接触式冷凝器的设计。根据现有技术的解决方案，蒸汽挡板布置在表面冷凝器部件与直接接触式冷凝器部件之间，并且该板被设计成采用引入到直接接触式冷凝器的水将蒸汽路径部分变成逆流。应注意，因为挡板布置在被指引至直接接触式冷凝器的蒸汽流的路径中，所以这个挡板的应用导致蒸汽压力大幅度的下降。蒸汽作为涡流在方向的反复变化后被引入到直接接触式冷凝器部件中也是缺点，这再次降低冷凝器部件的效率。

在WO 2011/067619 A2中描述了旨在与纯粹的湿式冷却系统相比较明显年度节水的干/湿式冷却系统。根据该文献，两个单独的干式冷却回路和湿式冷却回路可以通过水-水热交换器被部分地整合，以及通过混合冷凝器被部分地整合。大的年度节水(相对于纯粹的湿式冷却系统的70％至90％)需要冷却系统在纯粹的干式模式和变化的湿式辅助模式两者下运行。系统的最重要的组成部件之一是混合冷凝器，在单个冷凝器体中，该混合冷凝器包括利用干式冷却回路的冷却效应的直接接触式冷凝器，以及使用湿式冷却回路的冷却效应的表面冷凝器。该文献没有提供关于混合冷凝器的优选结构和设计的信息。

许多文献介绍了单独的直接接触式冷凝器解决方案或表面冷凝器解决方案以及其辅助设备。DE 1 014 568公开了一种用于将涡轮机旁路蒸汽释放至表面冷凝器中的设备。US 3,520,521公开了分段式重型冷凝器。EP 0 467 878 A1和DE 1 451 133两者公开了直接接触式冷凝器。

为了实现来自涡轮机的排出蒸汽的冷凝，沿水平方向和深度方向两者限制可用空间，尤其是在蒸汽离开涡轮机向下流动的情况下，这是最常用的方法。沿侧向方向的涡轮表的支承柱和沿深度方向的机械大厅基板以及冷凝抽取泵的NPSH(汽蚀余量)要求表示限制条件。这必需要混合冷凝器是紧凑的装置，并且还希望避免两个冷凝器部件彼此之间的任何潜在的不利反应。现有技术的方法不能解决这些问题。

发明内容