[发明专利]具有防冻通风冷凝器的蒸汽冷凝器

说明书

本发明总的涉及用于蒸汽冷凝的传热系统，特别涉及一种通过消除进入各个热交换管道的回流现象而具有防冻性能的两级气冷式蒸汽冷凝器。

很多工业都利用传热设备来冷凝水蒸气或蒸汽。为了将蒸汽冷凝成液体以进行再利用，通常是将这种设备连接于低压汽轮机的排气口处。这种蒸汽冷凝器的主要功能在于在汽轮机的排气口处提供通常在1.0至6.0英寸汞柱绝对高度之间的低背压，以使汽轮机能以最大的效率进行工作。

目前有两种基本类型的蒸汽冷凝器，即水冷式蒸汽冷凝器和气冷式蒸汽冷凝器。虽然，水冷式蒸汽冷凝器在目前是一项主要技术，但是，为了符合严格的环境要求，却更多地使用气冷式蒸汽冷凝器。

单级气冷式蒸汽冷凝器系统通常是被构造呈A框架形状，并且在该三角形的顶端具有一蒸汽输送管或蒸汽进气管，在其基部具有一风扇。所述风扇是用来迫使空气穿过两侧倾斜的冷凝器管束。蒸汽首先进入这些管束的上端，并且所述水蒸气和所得到的冷凝液向下朝着一公用下总管的方向流动，

每一管束通常是由多列或多层独立的诸管组成的。当空气通过每一连续的管列时，它的温度将自然升高从而使得该空气和后一管列之间的温差减小。因此，对于每一连续的管列来说降低了冷凝作用和水蒸气的流动，由此也降低了那管列的水蒸气压降。

在其中各管列是通向一公用下总管的各种冷凝器设计中，将发生一些问题。这些问题是由于每一管列的出口蒸汽压力各不相同而出现的。因此，来自压力较高的诸管子(即那些离风扇最远的管子)的蒸汽和不凝结的气体将进入压力较低的诸管子(即那些离风扇最近的管子)的开口端，并会滞留在其内。由于不凝结的气体泄漏穿过蒸汽管接头或位于汽轮机的密封件处，因此，主要是空气的不凝结的气体将产生在所述系统中。所以，由于该水蒸气进入一管子的两端，因此在寒冷天气，滞留的冷凝液容易发生冻结和破裂的现象。在温暖天气，这种滞留现象会导致热性能损失的现象。此外，这些气阱(air pockets)覆盖住管子的传热表面，因此降低了管子的冷却性能。

因此，对气冷式蒸汽冷凝器的主要技术挑战是有效地排出冷凝和将不凝结的气体从诸管子中排出去，并且还能将汽轮机的背压降至最低。在授予Larinoff的美国专利No.4,129,180中所揭示的单级式冷凝器是该问题的一种解决手段。在这种单级式装置中，保持了各管列之间彻底和完全的分开。因此，诸管列不是通向一公用下总管，而是通向一分离式的下总管内，从而能使它们之间保持相互隔开。然后，每一个分开的下总管独立地通向或连接于一具有诸水夹套密封件(waterleg seals)以平衡不同压力的公用排水器。而且，为了保持诸管列之间的这种彻底和完全的分开，用来排放那些在倾斜的诸管子内向上流动的不凝结的气体的排气管被单独地通向诸单独的真空泵或喷射器，以将气体最终排放到大气中。

授予larinoff的美国专利No.4,903,491提供了一种在其单级式冷凝器中使用的、用来平衡单级式冷凝器中诸分开管列之间不同压力的水夹套密封件的另一种变化型式。

解决该问题的另一种方案是使用一两级式冷凝器。在这种装置中，使用第一或主冷凝器来冷凝约2/3的输入蒸汽，并将所得到的冷凝液和过剩蒸汽排放到一公用下总管内。流过主冷凝器的过剩蒸汽始终清洗着这些管列。它还平衡了横过每一管列的压降，从而防止了回流进入所述管子的现象。

然后，这些过剩蒸汽(和其内的任何不凝结的气体)传送到一第二冷凝器，通常是一分凝器。所述第二冷凝器的结构通常与主冷凝器的结构相类似，即呈一A框架形状，并具有一位于下方、迫使空气穿过两侧倾斜管束的风扇。通常，将该第二冷凝器构造成具有四分之一至三分之一的两级式冷凝器总冷凝表面积，以保证过剩蒸汽能穿过主冷凝器。

在一分凝器中，所述蒸汽和不凝结的气体从一公用下进气总管进入所述诸管列，并在其内向上朝着一公用上排放总管的方向流动。相反，所得到的冷凝液向下朝着与蒸汽流动方向相反的方向而流回所述公用下进气总管。然后，该公用下进气总管将这些冷凝液导引至一排水器。它还可以具有将所述过剩蒸汽从所述主冷凝器排放到所述分馏器的下进气总管的通道。

不幸的是，上述两级式设计通常只能在蒸汽流量、环境温度和空气流率的设计运行条件下进行最佳工作。这些设计条件的任何变化都将明显改变所述冷凝器的运行特征。例如，降低蒸汽流量会减少流过主冷凝器至第二冷凝器的过剩蒸汽。过剩蒸汽的这种减少将改变蒸汽出口压力，并且有可能使蒸汽和不凝结的气体回流进入主冷凝器和/或第二冷凝器的一些管列中。