全焊接板壳式不锈钢凝汽器及其应用

摘要

全焊接板壳式不锈钢凝汽器及其应用，是发电厂热力系统中的关键设备。在蒸汽乏汽部分为高真空、呈负压式的矩形箱体内，采用凸凹多点形不锈钢板片，两板片有纵焊缝，其间凸槽与凸槽顶部相对，构成蒸汽乏汽流道，为单流程；另两板片有横焊缝，其间凹槽与凹槽底部相对，构成循环冷却水流道，由箱体隔板将该流道隔成2个相等流程；凸槽高度＝凹槽深度，且≥6mm；凸槽与凸槽之间有小凸槽，凹槽与凹槽之间有小凹槽。蒸汽乏汽与循环冷却水经板片两侧流道自上而下“顺流错流”热交换后，凝结成水，以珠状向下流动，汇聚到聚汽室和聚水室的水，经热井冷凝水出口流出。本发明结构紧凑、节省原材料、重量轻、造价低、投资回收期短，值得大力推广应用。

权利要求

1.全焊接板壳式不锈钢凝汽器，包括壳体、热交换板束组，其特征在于：

壳体，蒸汽乏汽部分为高真空，呈负压式矩形箱体；矩形箱体顶部设有与汽轮机排汽缸的排汽口口径相应的凝汽器喉部，喉部左侧设有人孔，矩形箱体左端上方与前后两个循环冷却水入口相接；对应凝汽器喉部的矩形箱体底部，与聚汽室相接，聚汽室前后两侧均设置抽气口；聚汽室底部与聚水室相接，聚水室左侧设有人孔；聚水室底部通过管道与热井相接，热井左下部设有冷凝水出口；矩形箱体左端下方与前后两个循环冷却水出口相接；矩形箱体中部设有隔板，将箱体隔成上水室和下水室；

热交换板束组，由不锈钢薄板片组成，其上有≧6㎜的凸槽和凹槽，凸槽的高度=凹槽的深度，凸槽与凸槽之间有两个小凸槽，凹槽与凹槽之间有两个小凹槽，所述板片亦称凸凹多点形不锈钢板片；两个板片纵向边缘相叠有纵向全焊接焊缝，其中间部分凸槽顶部与凸槽顶部相对作为支撑点，构成蒸汽乏汽流道，亦称汽侧；蒸汽乏汽流道为自上而下单流程，即箱体上水室与下水室的蒸汽乏汽流道是相通的；另两个板片横向边缘相叠有横向全焊接焊缝，其中间部分凹槽底部与凹槽底部相对作为支撑点，构成循环冷却水流道，亦称水侧；

所述箱体隔板将循环冷却水流道自上而下隔成2个相等流程，所述上水室的循环冷却水流道为第1流程，下水室的循环冷却水流道为第2流程；一个蒸汽乏汽流道和一个循环冷却水流道构成一个板束，两个以上板束构成板束组，通过连接板竖向固定在矩形箱体内。

2.根据权利要求1所述的全焊接板壳式不锈钢凝汽器的应用，其特征在于：

汽侧：蒸汽乏汽通过汽轮机排汽缸的排汽口、与其对接的凝汽器喉部进入矩形箱体上水室的蒸汽乏汽流道，自上而下由上水室一直流入相通的下水室的蒸汽乏汽流道；在热交换板束组内，蒸汽乏汽与循环冷却水在凸凹多点形不锈钢板片两侧，经过“顺流错流”热交换后，完成饱和蒸汽乏汽的潜热放热，蒸汽乏汽凝结成一颗颗水珠依附在凸凹多点形不锈钢板片的壁面上，并以珠状形式向下流动，直到离开板束组，汇聚到聚汽室和聚水室的水，经热井，由冷凝水出口流出，为锅炉提供低焓冷凝水再利用；

水侧：循环冷却水由矩形箱体左端上方的前后两个循环冷却水入口进入箱体上水室的循环冷却水流道，自上而下流经第1流程后，流到箱体隔板上部，再横向流到箱体右端折回进入箱体隔板下部下水室的循环冷却水流道，自上而下流经第2流程后，流到箱体底板上部，再横向流到箱体左端下方的前后两个循环冷却水出口流出；在热交换板束组内循环冷却水与蒸汽乏汽在凸凹多点形不锈钢板片两侧，经过自上而下的“顺流错流”热交换后，完成吸收蒸汽乏汽释放的潜热后，离开板束组，进入冷却设备，冷却后再循环；

蒸汽乏汽在凝汽器热交换板束组内完成潜热放热后，余下混合气体进入聚汽室及聚水室，由聚汽室前后两侧设置的抽气口抽出不凝结的混合气体，蒸汽乏汽部分的矩形箱体成为高真空的负压状态，汽轮机排汽压力和排汽温度降低，使热力系统循环热效率提高；

利用人孔检查凝汽器运行情况或进行维修。

说明书

全焊接板壳式不锈钢凝汽器及其应用

技术领域

[0001] 本发明涉及发电厂热力系统的凝汽器及其应用，特别是涉及凝汽式汽轮机的主要辅助设备，全焊接板壳式不锈钢凝汽器及其应用。

背景技术

[0002] 随着能源供应日趋紧张，环境日趋恶化，人类要求可持续发展的愿望日趋强烈。我国在“十一五”规划中，首次把节能降耗作为主要的阶段性任务，突出了节能降耗的重要性。对于发电厂，凝汽器是汽轮机组中热力系统冷源的关键换热设备，若是能降低汽轮机排汽压力和排汽温度，即可提高循环热效率。由此可见，凝汽器是发电厂热力系统节能降耗的核心。最近几年，国内除了凝汽器设计生产厂引进仿制国外的大型电站凝汽器，一些院校和研究机构也开展了对凝汽器性能数值模拟研究，使新设计的凝汽器得到很大改进。但现有运行中凝汽器的换热结构和流体流动方式还是存在不少问题。比如设备严密性不好，大量空气从汽轮机的负压部分漏入凝汽器，导致凝汽器传热性能恶化；凝汽器的管束设计和布置造成主凝结区出现空气聚集，使凝汽器有效冷却面积不足，导致汽阻增大，凝结水过冷；排汽缸与凝汽器喉部结构不匹配，凝汽器喉部出口流场分布严重不均匀，使凝汽器有效传热面积减少，降低热力性能。

[0003] 鉴于以上缺陷亟待解决，联系本案发明人曾于2005年7月29日申请的实用新型专利，专利号为20052114926X。该专利产品全焊接板式烟气换热器已经运行多年，换热效果一直很好，不但减少了能源和水源消耗，还减少了大气热污染，到目前为止未发现泄漏现象。本案发明人又于2010年9月13日申请的实用新型专利，专利号为2010205264200。该专利是用板壳式换热方式，作为凝汽器换热中的冷、热流体呈“错流”和“逆流”进行热交换，虽然换热效率有提高，但还不够理想，没有达到预期目的。

[0004] 通过不断的实践，将专利产品卧式焊接板壳式不锈钢凝汽器做了进一步改进，从装置的结构上改进，从热交换方式上改进，变“错流”和“逆流”热交换为“顺流错流”热交换，提高传热系数，才能做到节能降耗，利国利民。

发明内容

[0005] 针对上述存在的问题，本发明的目的是用热交换板束组替代管壳式换热应用在凝汽器中，解决设备严密性不好，因泄漏导致凝汽器传热性能恶化；还解决凝汽器的管束设计和壳侧空间布置凭经验，常常出现主凝结区空气聚集，使凝汽器有效冷却面积不足，导致汽阻增大，凝结水过冷等问题；另外，将循环冷却水下进上出改为上进下出，与蒸汽乏汽上进下出同向流动，研发了全焊接板壳式凝汽器及其应用，为国内发电厂在役真空度较差的凝汽器改造提供了方向，改善了凝汽器的传热性能，做到了节能降耗。

[0006] 本发明采用以下技术方案：

[0007] 全焊接板壳式不锈钢凝汽器，包括壳体、热交换板束组。

[0008] 壳体，蒸汽乏汽部分为高真空，呈负压式矩形箱体。矩形箱体顶部设有与汽轮机排汽缸的排汽口口径相应的凝汽器喉部，喉部左侧设有人孔，矩形箱体左端上方与前后两个循环冷却水入口相接；对应凝汽器喉部的矩形箱体底部，与聚汽室相接，聚汽室前后两侧均设置抽气口；聚汽室底部与聚水室相接，聚水室左侧设有人孔；聚水室底部通过管道与热井相接，热井左下部设有冷凝水出口；矩形箱体左端下方与前后两个循环冷却水出口相接；矩形箱体中部设有隔板，将箱体隔成上水室和下水室。

[0009] 热交换板束组，由不锈钢薄板片组成，其上有≧6㎜的凸槽和凹槽，凸槽的高度=凹槽的深度，凸槽与凸槽之间有两个小凸槽，凹槽与凹槽之间有两个小凹槽，所述板片亦称凸凹多点形不锈钢板片；两个板片纵向边缘相叠有纵向全焊接焊缝，其中间部分凸槽顶部与凸槽顶部相对作为支撑点，构成蒸汽乏汽流道，亦称汽侧；蒸汽乏汽流道为自上而下单流程，即箱体上水室与下水室的蒸汽乏汽流道是相通的；另两个板片横向边缘相叠有横向全焊接焊缝，其中间部分凹槽底部与凹槽底部相对作为支撑点，构成循环冷却水流道，亦称水侧；所述箱体隔板将循环冷却水流道自上而下隔成2个相等流程，所述上水室的循环冷却水流道为第1流程，下水室的循环冷却水流道为第2流程；一个蒸汽乏汽流道和一个循环冷却水流道构成一个板束，两个以上板束构成板束组，通过连接板竖向固定在矩形箱体内。 [0010] 全焊接板壳式不锈钢凝汽器的应用

[0011] 汽侧：蒸汽乏汽通过汽轮机排汽缸的排汽口、与其对接的凝汽器喉部进入矩形箱体上水室的蒸汽乏汽流道，自上而下由上水室一直流入下水室的蒸汽乏汽流道。在热交换板束组内，蒸汽乏汽与循环冷却水在凸凹多点形不锈钢板片两侧，经过自上而下“顺流错流”热交换后，完成饱和蒸汽乏汽潜热放热后，凝结成一颗颗水珠依附在凸凹多点形不锈钢板片的壁面上，并以珠状形式向下流动，直到离开板束组，汇聚到聚汽室和聚水室的水，经热井，由冷凝水出口流出，为锅炉提供低焓冷凝水再利用；

[0012] 水侧：循环冷却水由矩形箱体左端上方的前后两个循环冷却水入口进入箱体上水室的循环冷却水流道，自上而下流经第1流程后，流到箱体隔板上部，再横向流到箱体右端折回进入箱体隔板下部下水室的循环冷却水流道，自上而下流经第2流程后，流到箱体底板上，再横向流到箱体左端下方的前后两个循环冷却水出口流出。在热交换板束组内，循环冷却水与蒸汽乏汽在凸凹多点形不锈钢板片两侧，经过自上而下的“顺流错流”热交换后，完成吸收蒸汽乏汽释放的潜热后，离开板束组，进入冷却设备，冷却后再循环。 [0013] 蒸汽乏汽在凝汽器热交换板束组内完成潜热放热后，余下混合气体进入聚汽室及聚水室，由聚汽室前后两侧设置的抽气口抽出不凝结的混合气体，使蒸汽乏汽部分的矩形箱体成为高真空的负压状态，以降低汽轮机排汽压力和排汽温度，提高热力系统循环热效率。

[0014] 利用人孔检查凝汽器运行情况或进行维修。

[0015] 本发明具有以下有益效果：

[0016] 1.在冷凝器中使用热交换板束组替代管壳式换热，克服了设备严密性不好，大量空气从汽轮机的负压部分漏入凝汽器，导致凝汽器传热性能恶化；也克服了凝汽器的管束设计和布置，造成主凝结区出现空气聚集，使凝汽器有效冷却面积不足，导致汽阻增大，凝结水过冷；同时克服了因冷却管泄漏而堵管过多，导致冷却面积减少等诸多问题。热交换板束组的应用，减少了传热面积，提高了传热效率，降低了设备投资。

[0017] 2.将不锈钢薄板片冲压成凸凹多点形板片，其上的凸槽与凹槽≥6mm，且凸槽与凸槽之间有两个小凸槽，凹槽与凹槽之间有两个小凹槽，不但符合蒸汽乏汽和循环冷却水对流道截面的要求，而且这种波纹状流道具有三维扰动作用。循环冷却水在较低的流速下形成湍流，强化传热；换热面积缩小了，却增加了换热量。凸槽的高度＝凹槽的深度，适应高真空蒸汽乏汽与循环冷却水换热焓降低的要求，以此确保发电系统的经济运行。 [0018] 3.热交换板束组在凝汽器中采取竖式安装，板束组的蒸汽乏汽流道自上而下相通，单流程设置，有利于蒸汽乏汽由低温汽态逐渐变成低温液态释放潜热，凝结水以珠状形式向下流动。所以，传热效率高，流体压降小。板束组的循环冷却水流道自上而下由隔板隔成双流程设置，使循环冷却水与蒸汽乏汽在板片两侧的通道中自上而下呈“顺流错流”流动方式，顺流时，入口处循环冷却水与蒸汽乏汽换热，温差较大，蒸汽乏汽很快凝结，压降较小，减小了汽侧流动阻力，提高了传热系数。解决了蒸汽乏汽上进下出，而循环冷却水下进上出的“错流逆流”流动方式，逆流时，循环冷却水入口与蒸汽乏汽的冷凝水换热及循环冷却水出口与蒸汽乏汽入口温差小，不利于蒸汽乏汽冷凝或冷凝水过冷的问题。 [0019] 4.由两个以上板束构成板束组的纵焊缝和横焊缝均为全焊接，并通过连接板将板束组竖向固定在矩形箱体内，不但防止板束组变形，也解决了凝汽器泄漏的问题。 [0020] 5.改进后的凝汽器喉部与汽轮机排汽缸的排汽口口径相应，解决了喉部出口流场不均匀的问题，使凝汽器有效传热面积大大增加。

[0021] 6.聚汽室两侧均设置抽气口，可以抽出蒸汽乏汽在热交换板束组内完成潜热放热后余下的混合气体，蒸汽乏汽部分的矩形箱体成为高真空的负压状态，汽轮机排汽压力和排汽温度降低，使热力系统循环热效率提高，符合发电系统节能降耗，经济运行要求，且确保汽轮机的安全运行。

附图说明

[0022] 图1全焊接板壳式不锈钢凝汽器整体结构示意图；

[0023] 图2图1的A-A剖视图；

[0024] 图3不锈钢板片结构图；

[0025] 图4热交换板束示意图；

[0026] 图5热交换板束组纵焊缝和横焊缝示意图。

[0027] 图中：1-凝汽器喉部；2-人孔；3、4-循环冷却水入口；5-聚汽室；6-聚水室；7-人孔；8-热井；9-冷凝水出口；10、11-循环冷却水出口；12-隔板；13-上水室；14-下水室；15-板片；16-凸槽；17-凹槽；18-小凸槽；19-小凹槽；20-纵焊缝；21-横焊缝；22-板束；
23-蒸汽乏汽流道；24-循环冷却水流道；25-抽气口；26-连接板。

具体实施方式

[0028] 通过以下实施例可以进一步理解本发明的具体实施方式，但并不以任何方式限制本发明。

[0029] 如图1和图2所示。

[0030] 全焊接板壳式不锈钢凝汽器整体结构，有蒸汽乏汽部分为高真空、呈负压式矩形箱体；矩形箱体顶部设有与汽轮机排汽缸的排汽口口径相应的凝汽器喉部1，喉部1左侧设有人孔2，矩形箱体左端上方与循环冷却水入口3和循环冷却水入口4相接；对应凝汽器喉部的矩形箱体底部，与聚汽室5相接，聚汽室5前后两侧均设置抽气口25；聚汽室5底部与聚水室6相接，聚水室6左侧设有人孔7；聚水室6底部通过管道与热井8相接，热井8左下部设有冷凝水出口9；矩形箱体左端下方与循环冷却水出口10和循环冷却水出口11相接；矩形箱体中部设有隔板12，将箱体隔成上水室13和下水室14。

[0031] 如图3所示。

[0032] 不锈钢薄板片15，其上冲压有≥6mm的凸槽16与凹槽17，凸槽16的高度＝凹槽17的深度；凸槽16与凸槽16之间冲压有两个小凸槽18，凹槽17与凹槽17之间冲压有两个小凹槽19，所述板片15亦称凸凹多点形不锈钢板片15。

[0033] 如图4和图5所示。

[0034] 两个板片15纵向边缘相叠有纵向全焊接焊缝20，其中间部分凸槽16顶部与凸槽16顶部相对作为支撑点，构成蒸汽乏汽流道23，亦称汽侧23；蒸汽乏汽流道23为自上而下单流程，即上水室13与下水室14的蒸汽乏汽流道23是相通的；另两个板片15横向边缘相叠有横向全焊接焊缝21，其中间部分凹槽17底部与凹槽17底部相对作为支撑点，构成循环冷却水流道24，亦称水侧24；所述箱体隔板12将循环冷却水流道24自上而下隔成2个相等流程，所述上水室13的循环冷却水流道24为第1流程，下水室14的循环冷却水 流道
24为第2流程。

[0035] 一个蒸汽乏汽流道23与一个循环冷却水流道24构成一个板束22，两个以上板束22构成板束组，通过连接板26竖向固定在矩形箱体内。

[0036] 如图1-5所示。

[0037] 汽侧23：40℃左右的蒸汽乏汽由汽轮机排汽缸的排汽口，通过与其对接的凝汽器喉部1进入矩形箱体上水室13的蒸汽乏汽流道23，自上而下由上水室13一直流入相通的下水室14的蒸汽乏汽流道23。在热交换板束组内，40℃左右的蒸汽乏汽与28℃左右的循环冷却水在凸凹多点形不锈钢板片15两侧，经过自上而下“顺流错流”热交换后，完成饱和蒸汽乏汽潜热放热后，凝结成一颗颗水珠依附在凸凹多点形不锈钢板片15的壁面上，并以珠状形式向下流动，直到离开板束组，汇聚到聚汽室5和聚水室6的水，经热井8，温度为40℃左右的冷凝水由冷凝水出口9流出，为锅炉提供40℃左右的冷凝水再利用。 [0038] 水侧24：温度为28℃左右的循环冷却水由矩形箱体左端上方的循环冷却水入口3和循环冷却水入口4进入箱体上水室13的循环冷却水流道24，自上而下流经第1流程后，流到箱体隔板12上部，再横向流到箱体右端折回进入箱体隔板12下部下水室14的循环冷却水流道24，自上而下流经第2流程后，流到箱体底板上部，再横向流到箱体左端下方的循环冷却水出口10和循环冷却水出口11流出。在热交换板束组内，28℃左右的循环冷却水与40℃左右的蒸汽乏汽在凸凹多点形不锈钢板片15两侧，经过自上而下的“顺流错流”热交换后，完成吸收蒸汽乏汽释放的潜热后，约34℃左右的循环冷却水离开板束组，进入冷却设备，冷却后再循环。

[0039] 蒸汽乏汽在压力约为8.0kPa的凝汽器热交换板束组内，完成潜热放热后，余下混合气体进入聚汽室5及聚水室6，由聚汽室5抽气口25抽出不凝结的混合气体，蒸汽乏汽部分的矩形箱体成为高真空的负压状态，汽轮机排汽压力和排汽温度降低，使热力系统循环热效率提高。

[0040] 利用人孔2和人孔7检查凝汽器运行情况或进行维修。

[0041] 本发明的实施，实现了国内凝汽器产品更新换代，特别是为国内中小企业在役真空度较差的电站凝汽器改造提供了方向，改善了凝汽器传热性能。本发明具有结构紧凑、节省原材料、重量轻、造价低、投资回收期短等优点，值得大力推广应用。