專利名稱：空氣冷卻冷凝器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的主題涉及發(fā)電裝置或工業(yè)循環(huán)系統(tǒng)的空氣冷卻系統(tǒng)。所述系統(tǒng)按照權(quán)利要求書所描述的方式對蒸汽態(tài)的介質(zhì)(通常為水蒸氣)進(jìn)行冷凝。
2.背景技術(shù)為了進(jìn)行各種工業(yè)生產(chǎn)，主要是熱電廠的生產(chǎn)，通常需要通過將這些工藝過程的蒸汽態(tài)的操作介質(zhì)冷凝來將工藝過程產(chǎn)生的熱移除，使其達(dá)到環(huán)境溫度的水平。常規(guī)的方案包括使用極其大量的水(蒸發(fā)或單程冷卻)來實(shí)現(xiàn)。但是，從環(huán)境保護(hù)的角度考慮或由于水源的缺乏，這種方案在許多情況下存在多種問題。為了克服所存在的問題，已經(jīng)研制出各種各樣的眾所周知且經(jīng)試驗(yàn)的干冷系統(tǒng)。
最為廣泛應(yīng)用的干冷系統(tǒng)為所謂的直接干式冷卻系統(tǒng)。在發(fā)電裝置的循環(huán)系統(tǒng)應(yīng)用這種冷卻方法時(shí)，水蒸氣首先在真空的蒸氣渦輪機(jī)中膨脹，隨后通過較大直徑的蒸汽管從所述渦輪機(jī)排出，接著向上經(jīng)分配室進(jìn)入所謂的蒸汽-空氣交換器。在所述熱交換器的翅管中流動(dòng)的蒸汽被在熱交換器的翅管外側(cè)中流動(dòng)的冷空氣逐漸冷卻。由于這樣的冷卻和熱移除是在沒有傳送介質(zhì)存在下直接實(shí)現(xiàn)的，因此將其稱為直接干式冷卻。實(shí)際上，在技術(shù)上可行的安全且可控的直接空氣冷卻系統(tǒng)比上述方式要復(fù)雜得多。與常規(guī)的水冷卻工藝比較，干式冷卻工藝的溫度變化范圍要寬得多，在一年中，其隨著環(huán)境空氣溫度的變化而出現(xiàn)極大的溫度波動(dòng)。這意味著蒸汽側(cè)需極大地變化冷凝器的壓力，即需增大渦輪機(jī)的反壓。從經(jīng)濟(jì)角度考慮，這些溫度和壓力變化是不利的，因此需要優(yōu)化選擇和操作所述設(shè)備，以確保其穩(wěn)定地運(yùn)行。
最佳的已知且經(jīng)試驗(yàn)的直接空氣冷卻通過將冷卻工藝分成兩個(gè)容易分離的階段來實(shí)現(xiàn)上述要求。根據(jù)該方案，所采用的蒸汽-空氣熱交換器由兩部分構(gòu)成，即所謂的冷凝器部分和在專業(yè)文獻(xiàn)中稱為后冷卻器或分凝器的第二冷凝器。
蒸汽離開蒸汽分配管，隨后經(jīng)冷凝器部分的分配室進(jìn)入翅管熱交換器管。作為冷卻氣體的空氣以與翅管的縱軸呈直角的方向(即垂至于蒸汽流動(dòng)的方向)在翅管外側(cè)流動(dòng)。冷凝器可由按空氣流動(dòng)方向排列的多列管構(gòu)成，但也可由單根的延伸管(extended tube)構(gòu)成。由于空氣的冷卻作用，蒸汽在各管中被逐漸冷卻。冷凝物按蒸汽流動(dòng)的相同方向，在重力作用下向下游方向流動(dòng)，部分沿著管的內(nèi)壁，部分隨著蒸汽一起流向位于管的底端冷凝物收集室和蒸汽傳送室。在此處，冷凝物由各自的熱交換管束進(jìn)入冷凝物管。剩余的未冷凝蒸汽(占初始量的30-15％)以及蒸汽中的待廢棄的、未冷凝的氣體被輸送至進(jìn)一步的熱交換器部分，即所謂的后冷卻器或分凝器。
隨著時(shí)間推移和空間變化，在某些管中呈現(xiàn)出冷凝程度的極大差異并由此造成未冷卻氣體濃度的極大差異。隨著時(shí)間推移而發(fā)生變化可能是由外部空氣溫度、所裝載的蒸汽側(cè)的變化和氣流速率的變化引起。隨空間變化的變化由熱交換管的排列確定。由于蒸汽或空氣分配的不均，在垂直冷卻氣流方向平面的各單獨(dú)管會出現(xiàn)極大差異。隨著冷卻空氣被逐漸加熱，其所能冷凝的蒸汽量逐漸減少，因此在氣流方向上進(jìn)一步出現(xiàn)不均勻。這種現(xiàn)象不僅僅出現(xiàn)在列管冷凝器的流動(dòng)方向上，其也出現(xiàn)在沿氣流方向延伸的單流冷凝管中(但這種情況的程度較低)。未冷凝的氣體會在熱交換器的某個(gè)部位積聚，出現(xiàn)所謂的氣塞，使蒸汽無法流過，從而降低了給定的熱交換器的管部分的有效冷卻效果。除了性能降低外，在冷凍的溫度條件下，還會造成在熱交換器的凍結(jié)及嚴(yán)重的停工。這些直接空氣冷卻所存在的問題可參見相關(guān)的技術(shù)雜志(如Krger，D.G.，Air Cooled HeatExchangers and Cooling Towers，第8部分，8.2章，TECPRESS，1998)。
最為廣泛應(yīng)用的直接空氣系統(tǒng)通過引入稱為分凝器的熱交換器部分來解決不均勻冷凝所產(chǎn)生的問題，這種分凝器主要是起后冷卻的功能。與常規(guī)的設(shè)計(jì)比較，為了克服所述不均勻的問題，極大量的來自冷凝器部分的蒸汽被輸送至分凝器部分。分凝器部分使用與冷凝部分類似的熱交換器，最為不同的是蒸汽不是從上面進(jìn)料，而是從較低的分配室進(jìn)料，蒸汽從所述分配室出來后在熱交換器管中向上流動(dòng)，同時(shí)冷凝物由于重力作用，以相反的方向流向較低的蒸汽分配室和冷凝物收集室。在冷凝部分發(fā)生的不均勻現(xiàn)象同樣在此出現(xiàn)。這部分的一個(gè)典型問題為蒸汽側(cè)的過載，形成水塞而阻擋冷凝物在重力作用下的向下流動(dòng)，由此使管的剩余部分無法發(fā)揮作用。除了性能降低外，這還將造成其他的操作問題，如在寒冷氣候中的凍結(jié)問題等。為此，分凝器部分需要有超大的尺寸。Goldchagg，H.B.的研究分析了現(xiàn)有的各種最新的直接空氣冷卻系統(tǒng)(Lessons learntfrom the world′s largest force draft direct cooling condenser，EPRI Int.Symp.Improved Technology for Fossil Power Plants，Washington，1993年3月)。
必須采用真空泵將存在于蒸汽中的主要由空氣組成的待廢棄的、未冷凝氣體從所述空間排出。如果在蒸汽-氣體混合物中氣體所占的比例相當(dāng)高的情況下進(jìn)行空吸，則可減少泵的工作。此時(shí)，進(jìn)入位于分凝器上方的室的蒸汽包含10-50％的未冷凝氣體，因此，這種蒸汽-氣體混合物適合使用抽吸泵進(jìn)行的抽吸。由于在分凝器部分蒸汽流速較低，因此在此部分只能獲得較低的傳熱系數(shù)。這對于對流傳熱器相當(dāng)不利，因?yàn)槲蠢淠龤怏w的分壓不斷升高，使其工作負(fù)荷加重。除了傳熱系數(shù)外，由于未冷凝氣體的分壓的增加以及由于這樣所產(chǎn)生的不斷縮小的對數(shù)溫差而造成的飽和蒸汽壓和溫度的降低導(dǎo)致性能的進(jìn)一步降低?！斑^冷”現(xiàn)象的擴(kuò)大可能是凍結(jié)的另一個(gè)原因。這種危險(xiǎn)在1994年1月發(fā)表的POWER中有討論分析(Swanekamp，RProfit from latest experience with air-cooled condensers)。
在冷凝過程的直接空氣冷卻中發(fā)生的另一種現(xiàn)象為在冷凝器和分凝器的熱交換管中流動(dòng)的蒸汽(或蒸汽-氣體混合物)壓力的降低，這種降低同樣取決于流程的長度。這種由于摩擦而導(dǎo)致的壓力降低也減小了冷卻介質(zhì)(空氣)和被冷卻介質(zhì)(蒸汽)間的對數(shù)溫差(對數(shù)溫差是熱傳遞的驅(qū)動(dòng)力)。同時(shí)，由于給定尺寸的直接空氣冷凝器較大的比體積和降低的外部空氣溫度，當(dāng)由于流速順式增大時(shí)，將會發(fā)生如下狀況降低冷卻空氣的溫度不能進(jìn)一步提高冷卻性能(所謂的堵塞(chocking))。冷凝器和分凝器的熱交換器部分的管長在中等或較大發(fā)電裝置的情況下為10米，換句話說，總的管長為分凝器部分的雙倍長。
在冷凝器和分凝器中缺乏均勻性、操作的不穩(wěn)定問題以及控制困難基本上均來源于所謂的直接冷凝本身。在整個(gè)冷卻系統(tǒng)中，在延伸的空間中，在管內(nèi)部的冷凝決定了蒸汽和蒸汽-未冷凝氣體混合物(或相反)的量，減少或甚至阻斷流動(dòng)的堵塞降低或停止冷凝。在冷凝介質(zhì)側(cè)缺少強(qiáng)制循環(huán)使得難以進(jìn)行工藝控制，只能對熱交換器的外側(cè)(冷卻空氣側(cè))進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。這解釋了為什么迄今為止只構(gòu)建出帶風(fēng)扇的直接空氣冷卻的冷凝器。冷卻空氣的強(qiáng)制循環(huán)至少可以調(diào)節(jié)氣流。在自然氣流直接冷凝器的情況下，兩種介質(zhì)側(cè)的流動(dòng)均是“自然的”，即流動(dòng)是由工藝本身引起，因此工藝幾乎是不可控制的，這也解釋了為何自然氣流的直接空氣冷卻系統(tǒng)從沒有被構(gòu)建過。
還存在其他直接空氣冷卻系統(tǒng)，其中分凝器部分不是位于分離的熱交換管束中，而是將其中一根在空氣流動(dòng)方向的管構(gòu)建為分凝器，或在所謂的“準(zhǔn)單管”體系中，用壁將所述單管中的一部分隔離成分凝器。在這些情況下，各單獨(dú)管間的不平衡進(jìn)一步增大，而且與現(xiàn)有的使用獨(dú)立的冷凝器-分凝器熱交換器管束的冷凝系統(tǒng)比較，越發(fā)難于對整個(gè)工藝進(jìn)行控制。所有這些均沒有改變已知的可操作的直接空氣冷卻技術(shù)方案，仍是需要冷凝部分和緊接著的所謂的分凝器部分(實(shí)際上為相似的直接蒸汽-空氣熱交換器，其中繼續(xù)進(jìn)行冷凝工藝)。
可確定直接空氣冷卻中效率最低(成本最高)的部分為分凝器，但由于各種原因，其又是可接受的操作穩(wěn)定性和控制性所要求的。
還值得一提是通過用水噴射空氣冷卻翅管的冷卻表面，或通過在所述表面上構(gòu)建連續(xù)水膜來提高空氣冷卻性能。這些方案可參見前述Swanekamp的公開文獻(xiàn)(POWER，1994年6月)。
3.本發(fā)明本發(fā)明的目標(biāo)是構(gòu)建一種空氣冷卻系統(tǒng)，與已知的直接空氣冷卻方案比較，該系統(tǒng)提高了成本效率，同時(shí)極大提高了它們的操作穩(wěn)定性，包括操作容易性，使得即使在極端的操作條件下也能夠?qū)ζ溥M(jìn)行操作，此外，當(dāng)開始操作時(shí)，提高啟動(dòng)的穩(wěn)定性。
本發(fā)明的空氣冷卻系統(tǒng)包括蒸汽-空氣熱交換器，所述熱交換器由外側(cè)翅管構(gòu)成，所述外側(cè)翅管適合用環(huán)境空氣部分直接冷凝蒸汽態(tài)的介質(zhì)，所述熱交換器接收來自位于上端的分配室的蒸汽，末端為位于下端的室，該室收集冷凝物(其量取決于待冷凝的蒸汽)和未冷凝的蒸汽。所述空氣冷卻系統(tǒng)具有至少一個(gè)直接接觸式冷凝器，在其中來自蒸汽-空氣熱交換器的下端收集室的剩余的未冷凝的蒸汽在于水-空氣熱交換器中冷卻并通過噴射器噴射的冷卻水的作用下冷凝；同時(shí)，未冷凝的氣體經(jīng)合適構(gòu)造的塔板式或填充式后冷凝器從上述直接接觸式冷凝器排出。
熱交換器的翅管采用冷卻空氣進(jìn)行冷卻，所述冷卻空氣在風(fēng)扇或提供自然氣流的冷卻塔的作用流動(dòng)。通過一共同的風(fēng)扇使其中的冷卻空氣流動(dòng)的熱交換器管束通常稱為一個(gè)單元(cell)和一系列單元“組(bay)”。
如同已知的直接空氣冷卻系統(tǒng)，所述翅管與下端的蒸汽和管束末端的冷凝物收集室相連?？諝饫鋮s系統(tǒng)的蒸汽-空氣段的剩余的未冷凝蒸汽的冷凝在一個(gè)或多個(gè)直接接觸式冷凝器中，用經(jīng)水-空氣熱交換器冷卻的冷卻水進(jìn)行；所述直接接觸式冷凝器或多個(gè)直接接觸式冷凝器與所述水-空氣熱交換器或多個(gè)熱交換器串聯(lián)連接，且彼此間直接相連。冷凝物在重力作用下直接流入冷凝物收集管。
流入直接接觸式冷凝器的蒸汽在冷卻水的作用下冷凝，所述冷卻水在水-空氣熱交換器中冷卻，經(jīng)冷凝器噴射器噴射，并與受熱后的冷卻水一起進(jìn)入直接接觸式冷凝器的儲存部分(熱水井)。未冷凝氣體的抽吸也發(fā)生于直接接觸式冷凝器空間中。
因此，本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)通過除去了在前述現(xiàn)有技術(shù)中使用的最低效率的分凝器部分并用更高效、更易控制和更穩(wěn)定的技術(shù)方案，即本發(fā)明的水-空氣冷卻部分實(shí)現(xiàn)了既定目標(biāo)。因此，剩余蒸汽在比分凝器小得多的空間中，在小型的(compact)直接接觸式冷凝器中實(shí)現(xiàn)冷凝，這種冷凝器與分凝器比較還以近乎理想的條件除去了未冷凝的氣體。在環(huán)境溫度水平下除去熱在上述強(qiáng)制水-空氣熱交換器中發(fā)生，僅有不顯著量的未冷凝氣體(與水流比較)流入所述熱交換器。由于這樣，在熱交換器中，部分由于強(qiáng)制循環(huán)和部分由于不存在未冷凝氣體，熱交換可以比分凝器顯著有效、更加可控且較不易受操作條件影響的方式運(yùn)作。同時(shí)，本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)還保留了更為有效的冷凝部分。當(dāng)然，這并非是指機(jī)械地替換目前使用的分凝器部分，而是要求根據(jù)給定的應(yīng)用優(yōu)化冷凝部分和代替分凝器的方案的比例。根據(jù)應(yīng)用條件，可能縮小冷凝部分原始尺寸的30-40％，但同時(shí)也有可能超過“冷凝器-分凝器”方案的比例。
在本發(fā)明的空氣冷卻系統(tǒng)的方案中，直接將冷凝器部分的未冷凝蒸汽輸送至直接接觸式冷凝器的壓縮蒸汽空間，這樣可以省去現(xiàn)有技術(shù)中使用的其他蒸汽分配系統(tǒng)。同樣，不需要將蒸汽或含蒸汽的增加量的未冷凝氣體輸送至另外的長且窄的熱交換管中，進(jìn)行后續(xù)的冷凝。所有這些顯著減少了蒸汽側(cè)的壓力降低，以及由此引起的溫度降低。在存在蒸汽和未冷凝氣體混合物的情況下，在水-空氣熱交換器中存在待冷卻的作為介質(zhì)的水。采用強(qiáng)制循環(huán)可將熱交換器管內(nèi)部的介質(zhì)完全均勻分布。同時(shí)還可避免發(fā)生在現(xiàn)有技術(shù)方案中由于空氣分壓增加所導(dǎo)致的過冷。管內(nèi)側(cè)的換熱系數(shù)也明顯優(yōu)于含高含量的未冷凝氣體的蒸汽冷凝的情況。所有這些的結(jié)果是可采用具有更小表面積的更有效的熱交換器，這也意味著成本更低。由于減少了過冷，發(fā)電裝置循環(huán)體系的效率也得到顯著的提高。由于未冷凝氣體從直接接觸式冷凝器的去除在更為有利的條件下、在單一的空間中實(shí)現(xiàn)，需要抽吸的量顯著降低，從而可使用更小的抽吸泵和更少的輔助能量。去除使用分凝器部分還有助于確保在較低的外部空氣溫度情況時(shí)避免冷卻系統(tǒng)“堵塞”而得到更好的真空狀態(tài)，換句話說，得到更高的渦輪機(jī)性能。去除了冷凝蒸汽和未冷凝氣體混合物的表面熱交換器部分得到的另外的非常有益的優(yōu)勢是避免了各種可能出現(xiàn)的操作狀態(tài)問題(各種尺寸的氣塞或甚至是形成了水塞，從而導(dǎo)致隨后的“堵塞”)。這樣可以避免各種操作問題，從而使得操作更為穩(wěn)定和可控。
在較大的空氣冷卻系統(tǒng)中，來自渦輪機(jī)的膨脹的蒸汽被輸送至數(shù)個(gè)平行連接的蒸汽-空氣熱交換器(即冷凝器)中。在這樣的情況下，不僅可使用一個(gè)直接接觸式冷凝器來冷凝剩余的蒸汽，而是可將數(shù)個(gè)直接接觸式冷凝器各自直接連接至蒸汽-空氣冷凝器的熱交換器管束之一上，隨后連接到水側(cè)以縮短蒸汽途徑。
由熱交換器翅管組成的蒸汽-空氣和水-空氣熱交換器管束不僅可置于彼此分離的單元中，而且可組合在相同的單元中(因而它們具有共同的風(fēng)扇)。在這里也可以將蒸汽-空氣熱交換器管束各自直接連接到各自分離的直接接觸式冷凝器空間上。
在蒸汽側(cè)的空氣冷卻系統(tǒng)的兩個(gè)串聯(lián)連接部分，用本發(fā)明更可控的方案代替“后面的”分凝器部分幫助整個(gè)工藝的可控性。因此，在本發(fā)明的方案中，除了提供冷卻空氣流動(dòng)的風(fēng)扇外，也可使用引導(dǎo)自然氣流的冷卻空氣流動(dòng)塔而不會對操作穩(wěn)定性造成不利影響(這在單純的直接空氣冷卻冷凝器的情況下是不可能實(shí)現(xiàn)的，如我們在對現(xiàn)有技術(shù)的描述中所述)。
本發(fā)明的另一方面不僅將未冷凝的剩余蒸汽輸送至直接接觸式冷凝器中，也可從延伸的主蒸汽管的閥門引出的支管或直接接觸式冷凝器的支管直接將蒸汽輸送至所述直接接觸式冷凝器中，從而繞過了所述冷凝器。這樣由于優(yōu)化了蒸汽-空氣熱交換器和水-空氣熱交換器間的載荷分布，從而可根據(jù)操作要求而更容易地控制系統(tǒng)及選擇最有效的操作模式，在較低的環(huán)境溫度下，打開旁路管道，通過所述旁路管道將所裝載的蒸汽輸送至直接接觸式冷凝器中，水-空氣熱交換器將“堵塞”現(xiàn)象推向較低的渦輪機(jī)反壓之處，這樣進(jìn)一步提高了發(fā)電裝置的性能。將暴露于冷卻空氣流的水-空氣熱交換器的熱交換器翅管的表面用水噴射，或通過連續(xù)供應(yīng)水而在其上形成水膜，則可使本發(fā)明的空氣冷卻系統(tǒng)的性能達(dá)到最佳。這時(shí)，打開上述旁路管道閥，可將移除的熱從蒸汽-空氣熱交換器部分部分轉(zhuǎn)移至潤濕的水-空氣熱交換器部分，這樣提高了冷卻系統(tǒng)的整體性能，從而也提高了發(fā)電裝置的整體性能。
還可安裝蒸汽截止裝置，使其與所述旁路管支管后的主蒸汽管部分的蒸汽側(cè)旁路管道結(jié)合。最所周知，當(dāng)使用直接空氣冷卻系統(tǒng)，在低于凝固點(diǎn)的溫度下啟動(dòng)發(fā)電裝置時(shí)，只有達(dá)到一定含量的蒸汽(5-10％)才允許被輸送至直接空氣冷卻冷凝器中，以避免冷凍危險(xiǎn)。在達(dá)到該極限值之前，必須將蒸汽吹入空氣中。本發(fā)明的方案且甚至可在零蒸汽量的情況下啟動(dòng)工藝。開啟蒸汽旁路管道而關(guān)閉主蒸汽管道閥使得可以通過串聯(lián)連接的冷卻系統(tǒng)的“后面的”部分(直接接觸式冷凝器和水-空氣熱交換器)來啟動(dòng)工藝。開啟水循環(huán)旁路閥可以通過直接接觸式冷凝器來加熱冷卻水。這時(shí)，水-空氣熱交換器沒有裝滿水，因此循環(huán)冷卻水的泵將冷卻水循環(huán)通過經(jīng)旁路通過熱交換器的管道(在裝配好水側(cè)的旁路閥后，將其打開)。將經(jīng)該方式受熱的水填充水-空氣熱交換器，這些熱交換器在此后才開始進(jìn)行工作。蒸汽-空氣熱交換器(冷凝器)僅在開啟主蒸汽管道閥后(在蒸汽流顯著超過安全閥值的情況下)才進(jìn)行工作。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，在空氣冷卻系統(tǒng)的第一部分的蒸汽-空氣熱交換器(冷凝器)的下端的冷凝物和蒸汽收集室可如下進(jìn)行改變不將剩余的蒸汽從下端的收集室輸送至獨(dú)立的直接接觸式冷凝器中，而是通過將在水-空氣熱交換器中冷卻的水輸送至所述室的噴射器(位于所述室的整個(gè)長度位置上或僅位于某部分上)，將所述室本身用作直接接觸式冷凝器空間。這樣，剩余蒸汽幾乎在離開冷凝器管而進(jìn)入下端收集室的同時(shí)開始冷凝。未冷凝氣體在室的合適部位除去，該部位優(yōu)選包含塔板式后冷卻器。為了限制以這種方式制作的實(shí)現(xiàn)這種組合任務(wù)的室(冷凝物和剩余蒸汽收集室，直接接觸式冷凝器空間和適合于除去未冷凝氣的空間)的尺寸，需要在一處或多處安裝用作裝載受熱的冷卻水和蒸汽冷凝物的直接接觸式冷凝器儲存部分(熱井)的容器。該方案明顯縮短了剩余蒸汽冷凝的途徑，通過這樣減少了由于蒸汽摩擦造成的壓力降低和由此引起的溫度降低，以及由此產(chǎn)生的不平衡。還可以將蒸汽-空氣和水-空氣熱交換器置于相同的管束中。
另一個(gè)有利的方案是將蒸汽-空氣和水-空氣熱交換器集成化。這不僅可在一根熱交換器管中，而是可在各單獨(dú)的具有進(jìn)行蒸汽-空氣熱交換和水-空氣熱交換等部分的熱交換器管中實(shí)現(xiàn)。這要求在空氣流動(dòng)方向上拉伸的熱交換器管，以及完成多任務(wù)的下端的多功能室。所述下端的室收集冷凝物以及來自蒸汽-空氣熱交換器部分的剩余的蒸汽，并用作剩余蒸汽的直接接觸式冷凝器空間。在同一空間中包含塔板式或填充式后冷卻器，以助于除去未冷凝氣體。下端室空間的一部分還用作水-空氣熱交換器的水分配室，通過該室將冷卻的水輸送至噴射器的噴嘴。在所述集成熱交換器管內(nèi)，用與空氣流動(dòng)方向垂直平面的內(nèi)壁將從下端收集室開始，優(yōu)選至冷空氣入口側(cè)的部分與所述管的剩余部分隔離，因此形成水-空氣熱交換器管部分。還可以使所述部分在熱交換器管長度中點(diǎn)處結(jié)束，由位于與管軸線垂直的平面的密封部件限定。按照這種方式形成的水-空氣熱交換器管部分可由一個(gè)或多個(gè)內(nèi)隔離壁分隔成多個(gè)通道。只使用一個(gè)內(nèi)隔離壁(延伸至上述密封部件前結(jié)束)，可形成兩通道的逆流水-空氣熱交換器，以空氣的流動(dòng)方向?yàn)閰⒄?，受熱的冷卻水在內(nèi)通道中向上流動(dòng)，隨后在隔離壁的末端繞回，在外通道向下流動(dòng)，空氣進(jìn)入外通道，隨即同時(shí)在熱交換器翅管表面的冷卻作用下冷卻。來自渦輪機(jī)的蒸汽經(jīng)熱交換器管的整個(gè)橫截面通過位于上端的蒸汽分配室進(jìn)入蒸汽-空氣熱交換器管。蒸汽在用于蒸汽-空氣熱交換的部分中部分冷凝，在此過程，不僅蒸汽流動(dòng)減緩，而且由于從某個(gè)位置開始出現(xiàn)水-空氣熱交換器部分而使可用于流動(dòng)的橫截面變小。冷凝物和剩余的蒸汽進(jìn)入熱交換器管束的下端室，在此實(shí)施如上所述的組合任務(wù)。在外通道部分冷卻的冷卻水通過位于下端室的噴射器噴嘴噴射進(jìn)入下端室的混合冷凝器空間。在此處所述水與來自以其整個(gè)長度作為蒸汽-空氣熱交換器的通道的剩余蒸汽匯合并將大部分的蒸汽冷凝。在下端室或在接近其的空間，可構(gòu)建逆流塔板式或填充式后冷卻冷凝器部分，未冷凝氣經(jīng)過該部分后可輸送至適合狀態(tài)下的抽吸泵中。
該方案的另一個(gè)變體是用隔離壁將所述外部熱交換器翅管沿空氣流動(dòng)方向分隔成數(shù)個(gè)通道。來自渦輪機(jī)的蒸汽同樣進(jìn)入熱交換器的整個(gè)橫截面，即經(jīng)所有的通道進(jìn)入熱交換器管。這些蒸汽-冷凝通道中的一些從上端的分配室至下端的收集室，并終止于該處；剩余的通道起始于上端蒸汽分配室而終止于熱交換器管長的中點(diǎn)。在這些通道的終點(diǎn)前，存在穿過所述隔離壁進(jìn)入相鄰的蒸汽冷凝通道的通道開口。在另一個(gè)可行的方案中，在用于冷凝蒸汽的通道間的隔離壁上重復(fù)出現(xiàn)孔或開口，由于這些孔的存在，所述冷凝部分變成了準(zhǔn)單通道(類似于專利申請WO98/33028)。所述多通道熱交換器管的兩個(gè)或多個(gè)通道與起始于下端并上至一定高度的蒸汽空間分離(優(yōu)選在冷空氣入口側(cè))并用于形成水-空氣熱交換器部分。
在本說明書中描述的方案及其各種通過組合或集成得到的變體，及其結(jié)構(gòu)單元通過免除使用較長的介質(zhì)流程和工藝途徑而使得效率更高和成本更低。正如我們所述，蒸汽可進(jìn)入所有形成熱交換器的管的整個(gè)管橫截面。當(dāng)然，需要將所述蒸汽-空氣熱交換器密封。同樣也需將集成一體的均勻的水-空氣熱交換器和蒸汽-空氣部分真空密封。這使得可以再循環(huán)受熱的冷卻水并可根據(jù)在熱交換器管間分配的需要將壓力提高至克服循環(huán)摩擦需要的程度，從而可以使得水-空氣熱交換器的某些部分處于環(huán)境壓力下。在按照這樣的方式形成的熱交換器中，在單一的熱交換器體中通過四步進(jìn)行冷凝部分在蒸汽-空氣熱交換器部分中冷凝，沿著單獨(dú)的熱交換器管的隔離蒸汽和水流的壁發(fā)生降低程度的冷凝，在用作直接接觸式冷凝器空間的下端的收集室中注入經(jīng)冷卻的冷卻水進(jìn)行冷凝，以及最后在相同的空間中在塔板后冷卻部分(除去空氣)中冷凝。
一個(gè)較為有利的結(jié)構(gòu)是使用部分與前述類似的集成熱交換器，當(dāng)在單獨(dú)的管中時(shí)，使用奇數(shù)的通道、甚至就一根通道作為水-空氣熱交換器。到達(dá)收集室時(shí)，該通道又用直接接觸式冷凝器，受熱的冷卻水進(jìn)入儲存空間，并由該處用泵將其輸送至外部的分配冷卻水管中。若將所述分配冷卻水管安置于以A形式排列的熱交換器管束間也是可行的，這樣，在各形成熱交換器管束中間部分的通道的相對于空氣流動(dòng)方向的入口側(cè)存在支管。在該通道部分的來自其引入處的冷卻水均向下流動(dòng)，再次被冷卻并經(jīng)適合形成噴射的噴嘴注入同樣用作直接接觸式冷凝器空間的下端的收集室中。
在所述集成熱交換器的另一種結(jié)構(gòu)形式中，受熱的冷卻水的分配再次在形成于下端收集室的分配部分進(jìn)行，并從該處起，待冷卻的水在一個(gè)通道向上流動(dòng)至所述通道整個(gè)長度的中點(diǎn)部分。經(jīng)冷卻的冷卻水通過在所述通道的上部的孔或噴嘴注射至相鄰的通道中，其再次將來自下端收集室經(jīng)冷凝器通道進(jìn)入所述混合空間的剩余蒸汽冷凝。將橫截面比所述通道的橫截面小得多的管通入每個(gè)用作與水冷卻通道“相鄰”的混合空間的通道中，上至其末端。通過這些管道，將在所述混合空間的上端部分中聚集的未冷凝氣體抽吸出，并輸送至抽吸系統(tǒng)的收集管中。在蒸汽-空氣冷凝在熱交換中相對于水-空氣熱交換起主要作用的條件下，該方案可得到有利的結(jié)果。
4.根據(jù)附圖，對實(shí)施本發(fā)明的可行方案的描述借助于附圖，在以下實(shí)施例中詳細(xì)描述了本發(fā)明一些有利的構(gòu)造，其中

圖1顯示包括蒸汽-空氣熱交換器、水-空氣熱交換器和直接接觸式冷凝器的空氣冷卻系統(tǒng)圖2顯示自然氣流的空氣冷卻系統(tǒng)圖3顯示一種空氣冷卻系統(tǒng)，其中除了蒸汽-空氣熱交換器的剩余蒸汽外，直接接觸式冷凝器還可直接冷凝部分經(jīng)渦輪機(jī)膨脹的蒸汽圖4顯示一種空氣冷卻系統(tǒng)，其中蒸汽-空氣熱交換器的下端收集室還用作直接接觸式冷凝器圖5a顯示一種集成熱交換器管的空氣冷卻系統(tǒng)，其中所述集成熱交換器管包括蒸汽-空氣熱交換器管部分和雙通道逆流水-空氣熱交換器管部分，所述水-空氣熱交換器管在所述集成熱交換器管的中點(diǎn)終止圖5b顯示圖5a的A-A截面圖5c顯示圖5b的B-B截面圖6a顯示集成熱交換器管的空氣冷卻系統(tǒng)，所述集成熱交換器管包括由隔離壁分隔成多個(gè)通道的蒸汽-空氣熱交換器部分，在所述集成熱交換器管長中點(diǎn)處的通道終點(diǎn)具有通道開口，它們還包含雙通道逆流水-空氣熱交換器管部分圖6b顯示圖6a的A-A的截面圖6c顯示圖6b的B-B的截面圖7a顯示集成熱交換器管的空氣冷卻系統(tǒng)，所述集成熱交換器管包括具有連續(xù)穿孔的隔離壁的蒸汽-空氣熱交換器管部分，以及雙通道逆流水-空氣熱交換器管部分，該部分在所述集成熱交換器管長中點(diǎn)處終止圖7b顯示圖7a的A-A的截面圖7c顯示圖7b的B-B的截面圖8a顯示集成熱交換器管的空氣冷卻系統(tǒng)，所述集成熱交換器管包括蒸汽-空氣熱交換器管部分，和單通道水-空氣流動(dòng)管部分，水由外部水分配管供應(yīng)，所述水分配管分布于以A型排列的熱交換器管束之間圖8b顯示圖8a的B-B截面圖9a顯示集成熱交換器管的空氣冷卻系統(tǒng)，所述集成熱交換器管包括蒸汽-空氣熱交換器管部分，單通道水-空氣流動(dòng)管部分，水由下端室供應(yīng)，以及位于前述兩個(gè)單元間的管部分，用作直接接觸式冷凝器空間圖9b顯示圖9a的B-B截面圖1的空氣冷卻系統(tǒng)顯示了蒸汽-空氣熱交換器管束，水-空氣熱交換器管束，直接接觸式冷凝器以及它們相互連接的方式。待冷凝的蒸汽1在渦輪機(jī)中膨脹后，經(jīng)上端蒸汽分配室24進(jìn)入蒸汽-空氣熱交換器管束3。從上端蒸汽分配室24出來后，待冷凝的蒸汽流21進(jìn)入上述蒸汽-空氣熱交換器管束的各翅管中，這些翅管用作空氣冷卻冷凝器2。在蒸汽-空氣熱交換器管2中流動(dòng)時(shí)，部分蒸汽在由風(fēng)扇5(或其他的一些空氣驅(qū)動(dòng)裝置)驅(qū)動(dòng)的環(huán)境溫度冷卻空氣4的冷卻下被冷凝。冷凝物8以及剩余的蒸汽流22由蒸汽-空氣熱交換器管2進(jìn)入下端收集室25。收集的剩余蒸汽23沒有進(jìn)入另外的蒸汽-空氣熱交換器管進(jìn)行冷凝，而是進(jìn)入與下端收集室25連接的小型直接接觸式冷凝器9。冷卻水經(jīng)噴嘴10噴射進(jìn)入所述直接接觸式冷凝器，形成一個(gè)表面實(shí)現(xiàn)對收集的剩余蒸汽23的冷凝。冷卻水(在冷凝過程中被升溫)和在直接接觸式冷凝器9中冷凝的蒸汽的混合物收集于儲存部分15(熱井)中。用于去除未冷凝氣體的塔板式或填充式后冷卻器37位于直接接觸式冷凝器9的適當(dāng)部位。未冷凝氣體采用抽吸泵，經(jīng)空氣去除管道11抽吸出后冷卻器37。從直接接觸式冷凝器15的儲存部分出來后，水(其量與冷凝的蒸汽成正比)和來自蒸汽-空氣熱交換器3的下端收集室25的冷凝物8進(jìn)入冷凝物管。從直接接觸式冷凝器9的儲存部分15出來后，受熱的冷卻水13經(jīng)冷卻水抽吸循環(huán)泵14進(jìn)入水-空氣熱交換器管束7中。受熱的冷卻水流13通過冷卻空氣4被再次冷卻，所述冷卻空氣4由水-空氣熱交換器7的翅管6的風(fēng)扇5驅(qū)動(dòng)。所述再冷卻也可在雙通道逆流熱交換器中實(shí)現(xiàn)。在水-空氣熱交換器7中再冷卻的冷卻水流12經(jīng)上述噴嘴10噴射入直接接觸式冷凝器9空間中。由于循環(huán)工藝以這樣的方式結(jié)束，因此不再需要現(xiàn)有的技術(shù)方案所用的分凝器。
在需要去除大量熱的情況下，須修改圖1的空氣冷卻系統(tǒng)，使得來自渦輪機(jī)20的膨脹蒸汽1被分配到數(shù)個(gè)蒸汽-空氣熱交換器3中，這些蒸汽-空氣熱交換器為冷凝器，彼此以平行的方式連接。在這種情況下，不僅可只使用一個(gè)直接接觸式冷凝器9，而且可將各蒸汽-空氣冷凝器3的熱交換器管束間接連接一個(gè)直接接觸式冷凝器9，將這些直接接觸式冷凝器的水側(cè)連接，以縮短蒸汽的流程。
在圖1中，蒸汽-空氣熱交換器管束3和水-空氣熱交換器管束7被顯示為彼此分離，因此它們具有各自的風(fēng)扇5。同時(shí)，還可將蒸汽-空氣熱交換器管束3和水-空氣熱交換器管束7彼此結(jié)合在單一個(gè)室中，這樣它們將具有共同的風(fēng)扇5。
圖2顯示了類似于圖1所示的一個(gè)技術(shù)方案，不同之處在于將圖1中用于驅(qū)動(dòng)冷卻空氣4的風(fēng)扇5用引導(dǎo)自然氣流5a的冷卻塔結(jié)構(gòu)代替。代替空氣的強(qiáng)制循環(huán)使得可以使用自然氣流，因此在介質(zhì)側(cè)在最為苛刻的條件下，存在強(qiáng)制循環(huán)水-空氣熱交換器管束7和直接接觸式冷凝器9；剩余蒸汽23的冷凝和未冷凝氣體的去除在直接接觸式冷凝器空間9中實(shí)現(xiàn)或從該處去除，該裝置可認(rèn)為是小型的裝置。結(jié)果外界環(huán)境(空氣溫度、風(fēng)速等)的影響被減小，工藝仍是可控的。
圖3的結(jié)構(gòu)實(shí)施例顯示如下的一種結(jié)構(gòu)，其中待冷凝的蒸汽1可通過蒸汽-空氣熱交換器管束3得到剩余蒸汽23，也可經(jīng)旁路蒸汽管26及位于其間的蒸汽閥27，直接進(jìn)入直接接觸式冷凝器空間9。這樣顯著提高了整個(gè)冷卻系統(tǒng)的可控性以及優(yōu)選操作方式的選擇性。如果在主蒸汽分配管中還裝有截止閥28，關(guān)閉該閥使得即使在低于0度的溫度下發(fā)電裝置開始堵塞時(shí)也可確保有利的狀態(tài)，可安全地啟動(dòng)冷卻系統(tǒng)并保存水。在這樣的情況下，在串聯(lián)連接的冷卻系統(tǒng)的后面部分，即直接接觸式冷凝器9和水-空氣熱交換器7進(jìn)行啟動(dòng)。當(dāng)發(fā)電裝置開始堵塞時(shí)，水-空氣熱交換器沒有填充，冷卻水流僅在旁路管道中流動(dòng)，直至加熱至適當(dāng)?shù)臏囟?。只有被加熱至適當(dāng)溫度后，水-空氣熱交換器7才開始填充冷卻水并投入運(yùn)行。當(dāng)蒸汽流1明顯超出解凍操作的閥值時(shí)，通過開啟截止閥28啟動(dòng)蒸汽-空氣熱交換器3的運(yùn)行。
圖4顯示另一個(gè)有利的結(jié)構(gòu)實(shí)施例，其中蒸汽-空氣熱交換器管束3下端的冷凝物和剩余的蒸汽收集室29也提供直接接觸式冷凝器的冷凝空間。在這種方式下，與前面圖1、2和3中所示的結(jié)構(gòu)實(shí)施例不同，不需要獨(dú)立的直接接觸式冷凝器9。相反，冷卻的水流12通過位于選段收集室29的一系列噴嘴10噴射。在這種方式下，從蒸汽-空氣熱交換器管2排放出的剩余蒸汽流22的冷凝和未冷凝氣體11的去除不是簡單地在獨(dú)立的小型直接接觸式冷凝器中進(jìn)行，而是不需移動(dòng)，在組合的下端收集室29和直接接觸式冷凝器空間中進(jìn)行，進(jìn)一步減少了由于移動(dòng)引起的損失。為了限制室29的尺寸，必須構(gòu)建用作直接接觸式冷凝器15的熱井的容器以接受受熱的冷卻水13和蒸汽冷凝物8a。
圖5a、b、c、6a、b、c以及7a、b和c顯示了所述工藝的功能和實(shí)現(xiàn)手段更為集成化的方案。這些技術(shù)方案最重要的特征是蒸汽-空氣熱交換器3和水-空氣熱交換器7的組合，因此，它們不僅僅集成于一個(gè)熱交換器管束內(nèi)，而是集成于熱交換器管束的各熱交換器翅管內(nèi)。因此，所述集成的空氣冷卻熱交換器管束的管集成熱交換器翅管39具有實(shí)現(xiàn)蒸汽-空氣熱交換的管部分35a以及實(shí)現(xiàn)水-空氣熱交換的管部分35b。
進(jìn)一步提高蒸汽-空氣和水-空氣冷卻裝置的集成和組合的重要部件是組合功能的下端室30，在其中收集來自蒸汽-空氣部分35a的剩余蒸汽22以及冷凝物8a；由于經(jīng)冷卻的冷卻水通過位于該處的噴嘴10注入，因此該室還用作直接接觸式冷凝器空間；幫助去除未冷凝氣體的后冷卻器37也位于該處(或位于緊鄰該處的空間中)；以及水-空氣熱交換器管部分35b的冷卻水分配空間36。所述后冷卻器37可以是適合于逆流傳熱和傳質(zhì)的塔板式或填充式裝置。集成的熱交換器管39的兩個(gè)部分具有相同幾何類型的熱交換器表面，因此，與蒸汽-空氣熱交換器管部分35a類似，所述水-空氣熱交換器部分35b也可以被制備真空密封的形式。這樣，率與循環(huán)受熱的冷卻水的泵14a可以為簡單的循環(huán)泵，而不需為所謂的抽吸循環(huán)泵。
在集成的熱交換器管39中構(gòu)建水-空氣熱交換器管部分35b，該部分(可以在冷卻空氣4進(jìn)入的那一側(cè))自組合的下端室30起，并由所述管的其他部分的側(cè)壁32限定，該部分位于垂直于空氣4流動(dòng)方向的平面上。此外，所述水-空氣部分35b可在集成熱交換器管39長的中點(diǎn)處終止，其頂端可由位于與所述集成熱交換器管39的軸線垂直的平面的密封件限定。這樣，至上端蒸汽分配室24起，蒸汽流21可經(jīng)集成熱交換器管39的整個(gè)橫截面進(jìn)入蒸汽-空氣熱交換器管部分。
在熱交換器翅管內(nèi)，可通過將所述熱交換器翅管沿冷卻空氣流動(dòng)方向延伸以及通過在提供的39的十字部分安置隔離壁來構(gòu)建通道來提高獨(dú)立但集成的蒸汽-空氣熱交換器部分39和水-空氣熱交換器部分35b的構(gòu)造的效率，其中所述通道將熱交換器管分隔成各部分，在通道中，根據(jù)在結(jié)構(gòu)實(shí)施例中提出的功能，分別流動(dòng)蒸汽-空氣冷卻部分的蒸汽介質(zhì)和水-空氣冷卻部分的冷卻水介質(zhì)。
在圖5a、b、c和下述圖所示的結(jié)構(gòu)實(shí)施例中，本發(fā)明的熱交換器管被分隔成如上所述的多個(gè)通道。
可用隔離壁將如上構(gòu)建的水-空氣熱交換器管部分35b進(jìn)一步分隔成多個(gè)通道。如果存在一個(gè)內(nèi)隔離壁34(該隔離壁在其接觸到密封部件33前終止)，則可構(gòu)建出雙通道逆流水-空氣熱交換器，從而相對于空氣4的流動(dòng)方向而言，受熱的冷卻水13在內(nèi)通道中向上流動(dòng)，接著在隔離壁34和密封部件33的終止處折回，在空氣進(jìn)入側(cè)的外通道向下流動(dòng)。在集成熱交換器翅管39的表面冷卻作用下，冷卻水被冷卻。
通過安裝另外的隔離壁34，可將水-空氣熱交換器部分35b分隔成更多偶數(shù)個(gè)通道。
根據(jù)上述圖5a、b和c所示的冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)實(shí)施例，其集成熱交換器管39包含由密封部件33和側(cè)壁32限定的蒸汽-空氣熱交換器部分35a和水-空氣熱交換器部分35b。水-空氣熱交換器部分35b由一個(gè)隔離壁34分隔成兩個(gè)通道。待冷卻的水相對于冷卻空氣的流動(dòng)方向在內(nèi)通道向上流動(dòng)，在外通道向下流動(dòng)(在圖5c中，水介質(zhì)由線條標(biāo)志，流動(dòng)方向相對于勾畫的平面向上流動(dòng)，標(biāo)記為“-”，相對于勾畫的平面向下流動(dòng)，標(biāo)記為“+”)。集成熱交換器管39的剩余空間35a為蒸汽-空氣熱交換器管部分，其中待冷凝蒸汽向下流動(dòng)。(在圖5c中，通道中的蒸汽介質(zhì)沒有用線條標(biāo)志，流動(dòng)方向相對于勾畫的平面向下流動(dòng)，標(biāo)記為“+”)。如上所述，來自上端蒸汽分配室24的蒸汽21經(jīng)集成熱交換器管39的整個(gè)橫截面進(jìn)入蒸汽-空氣熱交換器管部分35a。流經(jīng)整個(gè)橫截面，蒸汽21被逐漸冷凝，在水-空氣熱交換器部分35b的頂點(diǎn)(為密封部件33)，蒸汽-空氣熱交換器部分35a的橫截面明顯縮小，但在此處蒸汽的體積流速明顯降低。離開蒸汽-空氣冷卻部分35a的剩余蒸汽被來自水-空氣部分35b并經(jīng)噴嘴10被注入蒸汽中的經(jīng)冷卻的水進(jìn)一步冷凝，來自蒸汽-空氣冷卻部分并經(jīng)注入形成的冷卻水-冷凝水混合物到達(dá)也用作直接接觸式冷凝器30的組合收集室并進(jìn)入儲存空間15。未冷凝氣體通過后冷卻器37進(jìn)入真空密封室30。從室30及其儲存空間15所收集的冷卻水-冷凝物混合物收集的一定量的冷卻水經(jīng)循環(huán)泵泵入分配空間36，在該處其被輸送回水-空氣熱交換器部分35b。
圖5a、b和c描述方案的變體在圖6a、b和c中顯示，蒸汽-空氣熱交換器管部分35a被多個(gè)隔離壁31進(jìn)一步分割成多個(gè)平行的通道，置于與冷卻空氣流動(dòng)方向垂直的平面上。蒸汽-空氣熱交換器管部分35a的某些通道沒有在通道的整個(gè)長度上流動(dòng)，而是在水-空氣熱交換器管部分35b的上端密封部件33處終止。在這些通道的隔離壁31的終端存在開孔41。在這些通道中流動(dòng)的蒸汽和冷凝物可經(jīng)這些開孔進(jìn)入鄰近的通道。
在圖7a、b和c中顯示了圖5a、b和c描述的結(jié)構(gòu)實(shí)施例的變體，其中包含蒸汽-空氣和水-空氣部分的集成熱交換器管39的內(nèi)部空間被隔離壁31a在冷卻空氣流動(dòng)方向上分割成多個(gè)平行通道，這些通道處于與冷卻空氣流動(dòng)方向垂直的平面上，其中隔離所述蒸汽-空氣熱交換器管部分35a的某些通道的隔離壁31a被連續(xù)刺穿和穿孔以使所述冷凝空間稱為一個(gè)單通道空間。
圖8a和8b顯示一種有利的結(jié)構(gòu)實(shí)施例，其中類似于圖5a、b、c、6a、b、c和7a、b和c，熱交換器管束40及其各熱交換器管39a為實(shí)現(xiàn)集成蒸汽冷凝和水冷卻的部件。同時(shí)，將受熱的冷卻水13至冷卻水分配管42輸送至位于熱交換器管39a的外部通道的水-空氣熱交換器管部分35b，其中所述冷卻水分配管42分布于以A型排列的熱交換器管束40間，與管束的平面平行并位于上端蒸汽分配室24的中心線。冷卻水向下流動(dòng)，在水-空氣熱交換器管部分35b中被再次冷卻，并經(jīng)噴嘴10注射入組合的下端收集室和直接接觸式冷凝器空間29a。這樣，就蒸汽-空氣和水-空氣間的熱交換比率而言，該方案在實(shí)踐中適合更大比例的情況。需要指出的是，可用兩個(gè)或多個(gè)隔離板將水-空氣熱交換器管部分35b隔離成偶數(shù)個(gè)通道，在最后的通道中冷卻水如上所述向下流動(dòng)，在通道的終點(diǎn)，其經(jīng)噴嘴10被注入組合的下端收集室29a。
圖9a和b顯示了類似于圖5a、b、c、6a、b、c、7a、b、c和8a、b、c的其他結(jié)構(gòu)實(shí)施例，應(yīng)用了集成的蒸汽-空氣和水-空氣熱交換器管束40，所述熱交換器管束由集成功能的熱交換器管39b構(gòu)成。與圖8a、b類似，在熱交換器管39b中，水-空氣熱交換器部分35b僅僅使用一個(gè)水冷卻通道35b。該通道也是位于冷卻水進(jìn)入側(cè)的熱交換器管39b的外部通道。此外，在這種情況下，所述水-空氣熱交換器部分35b沒有占據(jù)整個(gè)熱交換器管的長度，而是在中點(diǎn)高度時(shí)在上端由蒸汽-空氣熱交換器部分35a的密封部件33限定。但是，沒有使受熱的冷卻水13流經(jīng)熱交換器管束外的分配管，而是借助于由下端收集室25a構(gòu)成的水分配空間部分36a。與圖8描述的方案不同，在這種情況下，冷卻水向上流動(dòng)，當(dāng)水到達(dá)水-空氣熱交換器部分35b的上端部分時(shí)，再冷卻工藝結(jié)束。從該處冷卻水經(jīng)噴嘴10注入熱交換器管部分(形成鄰接的組合蒸汽-空氣冷凝器和直接接觸式冷凝器空間35c)。在該部分的頂部用作組合的蒸汽冷凝器和混合冷凝器空間35c，其同樣由上端密封部件33限定，在一側(cè)其與水-空氣熱交換器管部分35b間隔有隔離壁32，在另一側(cè)其與蒸汽-空氣熱交換器管部分35a間隔有另一個(gè)隔離壁43。剩余的蒸汽經(jīng)蒸汽-空氣熱交換器管部分35a的通道(冷凝器部分)的整個(gè)長度進(jìn)入下端收集室25a，隨后其改變方向，在該用作組合的蒸汽冷凝器和直接接觸式冷凝器空間35c的部分中向上流動(dòng)，直至被來自水-空氣熱交換器部分35b并經(jīng)噴嘴注射入的冷卻水冷凝。未冷凝氣體在形成冷凝空間35c的熱交換器管部分的上端部分聚集。這些氣體經(jīng)沿形成冷凝空間35c的較小直徑的空氣去除管44除去。這些空氣去除管接入位于組合功能的下端室25a的空氣去除收集管45，并從該處它們經(jīng)空氣去除11進(jìn)入抽吸系統(tǒng)。
5.總結(jié)本發(fā)明的空氣冷卻系統(tǒng)包括有熱交換器翅管構(gòu)成的蒸汽-空氣冷卻部分和有熱交換器翅管構(gòu)成的串聯(lián)連接的水-空氣冷卻部分，所述空氣冷卻系統(tǒng)與僅含共同的蒸汽-空氣熱交換器的直接空氣冷卻比較，具有如下顯著的優(yōu)點(diǎn)-適應(yīng)外部環(huán)境-可以省去分凝器-提高操作的適應(yīng)性和安全性-提高可控性-可能降低構(gòu)建成本。
在本發(fā)明的空氣冷卻系統(tǒng)中，將蒸汽-空氣冷卻部分和水-空氣冷卻部分集成于熱交換器翅管中導(dǎo)致進(jìn)一步顯著提高上述優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種空氣冷卻系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括蒸汽-空氣熱交換器，所述熱交換器由外側(cè)翅管構(gòu)成，所述外側(cè)翅管適合用環(huán)境空氣部分直接冷凝蒸汽態(tài)的介質(zhì)，所述熱交換器接收來自位于上端分配室的蒸汽，末端為位于下端的室，該室收集冷凝物和未冷凝的蒸汽，所述冷凝物的量取決于待冷凝的蒸汽，其特征在于所述空氣冷卻系統(tǒng)具有至少一個(gè)直接接觸式冷凝器(9)，在其中來自蒸汽-空氣熱交換器(3)的下端收集室(25)的剩余的未冷凝的蒸汽(23)在于水-空氣熱交換器(7)中冷卻并通過噴嘴(10)噴射的冷卻水(12)的作用下冷凝；同時(shí)，所述未冷凝的氣體(11)經(jīng)合適構(gòu)造的塔板式或填充式后冷凝器(37)從上述直接接觸式冷凝器(9)排出。
2.權(quán)利要求1的空氣冷卻系統(tǒng)，其特征在于所述剩余的未冷凝蒸汽(23)的冷凝在一個(gè)或多個(gè)直接接觸式冷凝器(9)中，用經(jīng)水-空氣熱交換器(7)冷卻的冷卻水(12)進(jìn)行；所述直接接觸式冷凝器或多個(gè)直接接觸式冷凝器(9)與所述水-空氣熱交換器或多個(gè)熱交換器串聯(lián)連接，且彼此間直接相連(圖1)。
3.權(quán)利要求1或2的空氣冷卻系統(tǒng)，其特征在于所述蒸汽-空氣熱交換器(3)和水-空氣熱交換器(7)包括由熱交換器翅管(2，6)構(gòu)成的管束(3，7)，且所述管束被置于位于冷卻空氣流(4)系統(tǒng)中的單元內(nèi)。
4.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的空氣冷卻系統(tǒng)，其特征在于所述蒸汽-空氣熱交換器管束(3)和所述水-空氣熱交換器管束(7)彼此組合在相同的單元中，且所述蒸汽-空氣熱交換器管束(3)直接連接到各自分離的直接接觸式冷凝器空間(9)上。
5.權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的空氣冷卻系統(tǒng)，其特征在于在形成所述蒸汽-空氣熱交換器(3)和所述水-空氣熱交換器(7)的熱交換器翅管(2)的外側(cè)，冷卻空氣(4)在風(fēng)扇(5)或引導(dǎo)自然氣流的塔結(jié)構(gòu)(5a)的驅(qū)動(dòng)下流動(dòng)。
6.權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)的空氣冷卻系統(tǒng)，其特征在于在蒸汽-空氣熱交換器(3)后的直接接觸式冷凝器或多個(gè)直接接觸式冷凝器(9)中，除了來自下端收集室(25)的剩余的蒸汽流(23)外，一部分經(jīng)渦輪機(jī)(20)膨脹的蒸汽流(1)也可通過開啟實(shí)用構(gòu)建的旁路管道(26)的閥門(27)進(jìn)行直接冷凝。
7.權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)的空氣冷卻系統(tǒng)，其特征在于所述蒸汽-空氣熱交換器(3)裝備有一個(gè)還起直接接觸式冷凝器功能的擴(kuò)大的下端收集室(29)，其中具有適合于噴射經(jīng)水-空氣熱交換器(7)冷卻的冷卻水(12)的噴嘴(10)，所述噴嘴(10)分段分布或連續(xù)分布，這樣，剩余蒸汽(22)在其離開熱交換器管(2)后立即被冷凝，未冷凝氣體(11)從所述擴(kuò)大并具有組合功能的下端收集室-直接接觸式冷凝器空間(29)除去(圖4)。
8.權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的空氣冷卻系統(tǒng)，其特征在于為了提高所述空氣冷卻系統(tǒng)的最高性能，所述與蒸汽-空氣熱交換器(3)串聯(lián)連接的水-空氣熱交換器(7)的表面用噴射到冷卻空氣(4)中的水濕潤，或在其上形成連續(xù)水膜。
9.權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)的空氣冷卻系統(tǒng)，其特征在于所述空氣冷卻系統(tǒng)包括空氣冷卻熱交換器(40)，其集成的熱交換器翅管(39)具有實(shí)現(xiàn)蒸汽-空氣熱交換的部分(35a)和實(shí)現(xiàn)水-空氣熱交換的部分(35b)，并且它們各自直接連接到一個(gè)用作直接接觸式冷凝器的空間(30)。
10.權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)的空氣冷卻系統(tǒng)，其特征在于形成蒸汽-空氣熱交換器部分和水-空氣熱交換器部分的集成熱交換器管(39)由沿冷卻空氣流動(dòng)方向被隔離成多個(gè)通道部分的翅管構(gòu)成。
11.權(quán)利要求9或10的空氣冷卻系統(tǒng)，其特征在于位于所述集成熱交換器翅管(39)中的實(shí)現(xiàn)水-空氣熱交換的部分(35b)自組合的下端收集室空間(30)開始，僅僅延伸至所述集成熱交換器管(39)管長的中點(diǎn)高度，其中一部分被隔離成多個(gè)通道，所述部分(35b)由位于與所述熱交換器管軸線的垂直平面的密封部件(33)限定，且在冷卻空氣流動(dòng)的方向上，所述部分(35b)僅占據(jù)了所述集成熱交換器翅管(39)的整個(gè)寬度的一部分，由置于與外部空氣流動(dòng)方向垂直的平面上的隔離板(32)限定，這樣，待冷凝蒸汽(21)經(jīng)所述集成熱交換器管(39)的整個(gè)橫截面進(jìn)入實(shí)現(xiàn)蒸汽-空氣熱交換的部分(35a)，而到達(dá)中點(diǎn)后，其僅經(jīng)一部分橫截面流向組合的收集室-直接接觸式冷凝器(30)空間(圖5a、b和c)。
12.權(quán)利要求9-11中任一項(xiàng)的空氣冷卻系統(tǒng)，其特征在于所述集成的熱交換器翅管(39)中的水-空氣熱交換器部分(35b)被隔離壁(34)隔離成兩個(gè)通道，這樣進(jìn)入所述水-空氣熱交換器部分(35b)的冷卻水在內(nèi)通道中向上流動(dòng)，而在外通道中向下流動(dòng)，所述外通道位于冷卻空氣進(jìn)入側(cè)(4)；通過安置另外的隔離壁(34)可將所述水-空氣熱交換器部分(35b)隔離成甚至更多偶數(shù)個(gè)通道(圖5b、c)。
13.權(quán)利要求9-11中任一項(xiàng)的空氣冷卻系統(tǒng)，其特征在于所述空氣冷卻系統(tǒng)具有一個(gè)具組合功能的下端室(30)，起直接接觸式冷凝器的作用，在其中來自蒸汽-空氣部分(35a)的剩余蒸汽(22)在來自水-空氣部分(35b)并經(jīng)位于下端室(30)中的噴嘴(10)注射的冷卻水(12a)的作用下冷凝，并收集冷凝物(8a)；幫助去除未冷凝氣體的后冷卻器(37)和所述水-空氣熱交換器管部分(35b)的冷卻水分配空間(36)也位于相同的下端室(30)中(圖5b)。
14.權(quán)利要求9或10的空氣冷卻系統(tǒng)，其特征在于所述集成熱交換器翅管(39)的內(nèi)部空間在冷卻空氣流動(dòng)方向上被隔離壁(31)隔離成多個(gè)平行的通道，這些通道位于與流動(dòng)方向垂直的平面上，并且在中點(diǎn)位置終止的蒸汽-空氣熱交換器部分(35a)的通道末端處具有開孔(41)，通過這些開孔，蒸汽和冷凝物可自由流入沿?zé)峤粨Q器管(39)整個(gè)長度分布的通道(圖6b、c)。
15.權(quán)利要求9或10的空氣冷卻系統(tǒng)，其特征在于所述集成熱交換器管(39)的內(nèi)部空間在冷卻空氣流動(dòng)方向上被隔離壁(31)隔離成多個(gè)平行的通道，這些通道位于與流動(dòng)方向垂直的平面上，其中隔離所述蒸汽-空氣熱交換器管部分(35a)的某些通道的隔離壁(31)被連續(xù)刺穿和穿孔(圖7b、c)。
16.權(quán)利要求9或10的空氣冷卻系統(tǒng)，其特征在于所述空氣冷卻系統(tǒng)具有延伸的冷卻水分配管(42)，所述分配管分布于由以A型排列的集成熱交換器翅管(39a)形成的管束(40)間，與所述蒸汽分配室(24)的中心線平行，在用作直接接觸式冷凝器(29a)的空間中受熱的冷卻水從所述分配管(42)進(jìn)入位于空氣流動(dòng)側(cè)的水-空氣熱交換器部分(35b)的上端部分，從所述上端部分水向下流動(dòng)并被冷卻，隨后水經(jīng)位于所述水-空氣熱交換器部分(35b)的末端的噴嘴(10)噴射進(jìn)入組合的收集室-直接接觸式冷凝器空間(29a)(圖8a、b)。
17.權(quán)利要求9或10的空氣冷卻系統(tǒng)，其特征在于所述集成熱交換器翅管(39b)具有三個(gè)被隔離壁隔離成的部分蒸汽-空氣熱交換器管部分(35a)；水-空氣熱交換器管部分(35b)，其中冷卻水自下端的組合收集-分配功能的室(25a)的水分配室部分(36a)出來后，向上流動(dòng)，并經(jīng)位于所述水-空氣熱交換器管部分的噴嘴(10)噴射進(jìn)入鄰接的用作混合冷凝器空間的第三個(gè)熱交換器管部分(35c)；一條細(xì)的除去管(44)自用作直接接觸式冷凝器空間(35c)的部分的上末端開始，沿著所述部分的整個(gè)長度分布，直至進(jìn)入具組合功能的下端室(25a)，以除去未冷凝氣體(圖9a、b)。
全文摘要
本發(fā)明涉及空氣冷卻冷凝器系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括由外側(cè)翅管(2)構(gòu)成的蒸汽－空氣熱交換器(3)，用于經(jīng)環(huán)境空氣(4)將蒸汽(1)直接部分冷凝。熱交換器(3)接收來自上端分配室(24)的蒸汽(1)并在下端室(25)處終止，所述下端室(25)收集冷凝物(8)和未冷凝的蒸汽(27)，在蒸汽－空氣熱交換器(3)中未冷凝的蒸汽(22)在空氣冷卻冷凝器的蒸汽－空氣部分，在用作直接接觸式冷凝器(9)的空間中，由來自空氣冷卻的冷凝器的水－空氣冷卻部分(7)的噴射水冷凝，在該處同時(shí)還除去了未冷凝氣體。在直接接觸式冷凝器(9)中受熱的水(13)在水－空氣熱交換器(7)中被再次冷卻。
文檔編號F28B3/04GK1777786SQ03826353
公開日2006年5月24日 申請日期2003年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月24日
發(fā)明者佐爾坦·斯扎博 申請人:Egi-合約工程有限公司