一种间接蒸发冷却式蒸汽轮机乏汽冷却的系统及方法.pdf

本发明属于蒸发冷却技术领域，特别涉及一种间接蒸发冷却式蒸汽轮机乏汽冷却的系统及方法。该系统由间接蒸发冷水机组和蒸汽动力循环系统组成；填料塔从上到下依设置排风机、喷淋系统、填料区、储液区，在填料塔的储液区外壁上设置空气-水表面式冷却器；储液区通过系统循环泵及管道与蒸汽动力循环系统中的冷凝器连接，储液区的冷水将蒸汽动力循环系统中的汽轮机的乏汽冷却成饱和水，然后返回填料塔的喷淋系统。蒸汽轮机的乏汽在冷凝器中被间接蒸发冷水机组制备的冷水而冷却，间接蒸发冷水机组制备冷水的极限温度可以达到环境的露点温度。与常规的水冷系统相比，进一步降低了冷却的温度，提高了蒸汽轮机的发电效率。

权利要求书
1.  一种间接蒸发冷却式蒸汽轮机乏汽冷却的系统，由间接蒸发冷水机组(1) 和蒸汽动力循环系统(2)组成，其特征在于，
所述间接蒸发冷水机组(1)由空气-水表面式冷却器(5)、冷水循环泵(8)、 填料塔(6)和排风机(7)组成；填料塔(6)从上到下依设置排风机(7)、喷 淋系统、填料区、储液区，在填料塔(6)的储液区外壁上设置空气-水表面式冷 却器(5)；储液区通过系统循环泵(4)及管道与蒸汽动力循环系统(2)中的冷 凝器(3)连接，储液区的冷水将蒸汽动力循环系统(2)中的汽轮机(11)的乏 汽冷却成饱和水，然后返回填料塔(6)的喷淋系统。

2.  根据权利要求1所述的一种间接蒸发冷却式蒸汽轮机乏汽冷却的系统， 其特征在于，所述填料塔(6)的储液区通过冷水循环泵(8)和管道与空气-水 表面式冷却器(5)连接，再接入喷淋系统；冷凝器(3)的出水口直接与填料塔 (6)的喷淋系统连接。

3.  根据权利要求1所述的一种间接蒸发冷却式蒸汽轮机乏汽冷却的系统， 其特征在于，所述冷凝器(3)的出水口与填料塔(6)的空气-水表面式冷却器 (5)连接，再接入喷淋系统。

4.  一种基于权利要求2所述系统的乏汽冷却方法，其特征在于，在间接蒸 发冷水机组(1)中，进风通过空气-水表面式冷却器(5)等湿冷却后，进入填 料塔(6)，与塔顶向下喷淋的冷水进行蒸发冷却过程，最终作为排风排出；塔顶 喷淋的水在填料塔(6)中经过蒸发冷却被降温后，落入填料塔(6)的储液区； 储液区出水的一部分在系统循环泵(4)的作用下，进入蒸汽动力循环系统(2) 的冷凝器(3)中冷却汽轮机(11)的乏汽，另一部分在冷水循环泵(8)的作用 下进入空气-水表面式冷却器(5)，冷却进风；之后这两部分水返回填料塔顶， 进行喷淋，完成冷水的循环；
蒸汽动力循环系统(2)中汽轮机(11)的乏汽，在冷凝器(3)中被冷却水 冷却为饱和水后，继续压缩升压，接着进入锅炉中被加热，之后高温高压的水蒸 气进入汽轮机(11)中膨胀做功。

5.  一种基于权利要求3所述系统的乏汽冷却方法，其特征在于，在间接蒸 发冷水机组(1)中，进风通过空气-水表面式冷却器(5)等湿冷却后，进入填 料塔(6)，与塔顶向下喷淋的冷水进行蒸发冷却过程，最终作为排风排出；塔顶 喷淋的水在填料塔(6)中经过蒸发冷却被降温后，落入填料塔(6)的储液区； 储液区出水作为制备的冷水在系统循环泵(4)的作用下，首先进过蒸汽动力循 环系统(2)的冷凝器(3)冷却汽轮机(11)的乏汽，然后进入空气-水表面式冷 却器(5)冷却进风，最后回到填料塔顶准备喷淋，完成冷水的循环；
蒸汽动力循环系统(2)中汽轮机(11)的乏汽，在冷凝器(3)中被冷却水 冷却为饱和水后，继续压缩升压，接着进入锅炉中被加热，之后高温高压的水蒸 气进入汽轮机(11)中膨胀做功；
冬季工况，自冷凝器(3)的回水通过空气-水表面式冷却器(5)对间接蒸 发冷水机组(1)的进风加热，在间接蒸发冷水机组(1)内部填料塔(6)内的 空气和水的热湿交换过程中，空气和水的温度均高于0℃，通过调整背压，使得 空气‐水直接接触的热湿交换过程空气和水的温度均高于10℃，避免冷却塔的结 冰现象。

说明书一种间接蒸发冷却式蒸汽轮机乏汽冷却的系统及方法
技术领域
本发明属于蒸发冷却技术领域，特别涉及一种间接蒸发冷却式蒸汽轮机乏汽 冷却的系统及方法。
背景技术
蒸汽轮机由水泵、锅炉、汽轮机和冷凝器等几大主要部分组成。由蒸汽动力 循环可知，提高汽轮机入口蒸汽的温度或者压力，可以提高发电效率，但是较高 的初参数对设备的耐高温耐高压的能力也有较高的要求；降低乏汽压力也可以提 高发电效率，终压力取决于作为冷凝器冷源的温度，因此有效降低冷凝器冷源的 温度，对提高发电效率有重要的意义。
目前冷却蒸汽轮机乏汽的系统包括水冷却系统(湿冷系统)和空气冷却系统 (空冷系统)两大类。
空冷系统是指用空气冷却汽轮机排气的冷却系统，可以大致分为两类：直接 空冷系统和间接空冷系统。其中间接空冷系统包括混合式凝汽器的间接空冷系统 和表面式凝汽器间接空冷系统。
直接空冷系统是利用空气直接冷却汽轮机排汽的冷却系统，比如：(1)专利 CN101430168A“提高电站直接空冷系统的冷却能力的方法及冷却系统”，将冷却 塔风机电机的变压器接入电网电压，提高电机的输出扭矩，增大风机的调节范围。 (2)专利CN202216572“带有尖峰冷却装置的直接空冷系统”，通过增设尖峰凝 汽器达到降低直接空冷机组夏季满发背压的目的。总体来说直接空冷系统具有设 备少、系统简单的优点，但是这种系统维持真空困难，受环境影响大。
混合式凝汽器的间接空冷系统中，汽轮机排汽与凝集器与空冷塔之间的循环 水混合，小部分重新进入汽轮机组的回热系统，大部分流入空冷塔被空气冷却。 表面式凝汽器的间接空冷系统包括循环水和凝结水两个系统。汽轮机乏汽在表面 式凝汽器上被循环水冷却，循环水在空冷塔中被空气冷却。比如：(3)专利 CN101063595A“SCAL间接空冷系统”，换热形式与表面式凝汽器的间接空冷系 统相同，兼具混合式凝汽器的间接空冷系统空冷塔体型小、占地省和基建投资少 的优点。(4)专利CN102914180A“间接空冷系统及其防冻预暖方法”，在空冷 塔周围设置散热器，在启动锅炉中设有空气预热器，以达到空冷系统防冻的目的。
整体来说，直接空冷系统的冷却效果受环境影响大，间接空冷系统冷却效果 相比直接空冷系统受环境的影响小，但是存在设备多、系统复杂等问题。
水冷系统与具有表面式凝汽器的间接空冷系统相似，不同之处在于它的循环 水与空气直接接触换热，而不是在空冷塔中间接换热。水冷系统是目前火电厂广 泛采用的冷却系统，它的冷却效果优于空冷系统，受环境影响小。但是由于它的 工作原理是通过直接蒸发冷却的方式降温，其冷却的极限温度是环境的湿球温 度，冷却能力有限。因此希望存在一种冷却方法，在继承水冷系统优势的前提下 进一步降低冷却的温度，提高蒸汽轮机的循环热效率。
发明内容
本发明提出了一种间接蒸发冷却式蒸汽轮机乏汽冷却的系统及方法，进一步 降低了冷却的温度，提高了蒸汽轮机的发电效率。
本发明所述的系统采用的技术方案为：
该系统由间接蒸发冷水机组和蒸汽动力循环系统组成；所述间接蒸发冷水机 组由空气-水表面式冷却器、冷水循环泵、填料塔和排风机组成；填料塔从上到 下依设置排风机、喷淋系统、填料区、储液区，在填料塔的储液区外壁上设置空 气-水表面式冷却器；储液区通过系统循环泵及管道与蒸汽动力循环系统中的冷 凝器连接，储液区的冷水将蒸汽动力循环系统中的汽轮机的乏汽冷却成饱和水， 然后返回填料塔的喷淋系统。
第一种连接方式为：所述填料塔的储液区通过冷水循环泵和管道与空气-水 表面式冷却器连接，再接入喷淋系统；冷凝器的出水口直接与填料塔的喷淋系统 连接。
第二种连接方式为：所述冷凝器的出水口与填料塔的空气-水表面式冷却器 连接，再接入喷淋系统。
针对上面所述的第一种连接方式，乏汽冷却方法为：在间接蒸发冷水机组中， 进风通过空气-水表面式冷却器等湿冷却后，进入填料塔，与塔顶向下喷淋的冷 水进行蒸发冷却过程，最终作为排风排出；塔顶喷淋的水在填料塔中经过蒸发冷 却被降温后，落入填料塔的储液区；储液区出水的一部分在系统循环泵的作用下， 进入蒸汽动力循环系统的冷凝器中冷却汽轮机的乏汽，另一部分在冷水循环泵的 作用下进入空气-水表面式冷却器，冷却进风；之后这两部分水返回填料塔顶， 进行喷淋，完成冷水的循环；
蒸汽动力循环系统中汽轮机的乏汽，在冷凝器中被冷却水冷却为饱和水后， 继续压缩升压，接着进入锅炉中被加热，之后高温高压的水蒸气进入汽轮机中膨 胀做功。
针对上面所述的第二种连接方式，乏汽冷却方法为：在间接蒸发冷水机组中， 进风通过空气-水表面式冷却器等湿冷却后，进入填料塔，与塔顶向下喷淋的冷 水进行蒸发冷却过程，最终作为排风排出；塔顶喷淋的水在填料塔中经过蒸发冷 却被降温后，落入填料塔的储液区；储液区出水作为制备的冷水在系统循环泵的 作用下，首先进过蒸汽动力循环系统的冷凝器冷却汽轮机的乏汽，然后进入空气 -水表面式冷却器冷却进风，最后回到填料塔顶准备喷淋，完成冷水的循环；
蒸汽动力循环系统中汽轮机的乏汽，在冷凝器中被冷却水冷却为饱和水后， 继续压缩升压，接着进入锅炉中被加热，之后高温高压的水蒸气进入汽轮机中膨 胀做功；
冬季工况，自冷凝器的回水通过空气-水表面式冷却器对间接蒸发冷水机组 的进风加热，在间接蒸发冷水机组内部填料塔内的空气和水的热湿交换过程中， 空气和水的温度均高于0℃，通过调整背压，使得空气‐水直接接触的热湿交换过 程空气和水的温度均高于10℃，避免冷却塔的结冰现象。
本发明的有益效果为：
蒸汽轮机的乏汽在凝气器中被间接蒸发冷水机组制备的冷水而冷却，间接蒸 发冷水机组制备冷水的极限温度可以达到环境的露点温度。与常规的水冷系统相 比，进一步降低了冷却的温度，提高了蒸汽轮机的发电效率。
冬季工况时，由于蒸汽轮机的背压对应的饱和温度维持在20～40℃，冷水回 水温度较高，间接蒸发冷水机组制备的冷水出水温度高于室外进风温度，冷水通 过表面式冷却器对间接蒸发冷水机组的进风加热，从而能够保证发生在间接蒸发 冷水机组内部填料塔内的空气和水的热湿交换过程中，空气和水的温度均高于 0℃，通过调整背压，还可以使得空气-水直接接触的热湿交换过程空气和水的温 度均高于10℃，从而彻底避免冷却塔的结冰问题，可以全年可靠运行。
附图说明
图1为本发明的第一种连接方式的结构示意图；
图2为本发明的第二种连接方式的结构示意图。
图中标号：
1-间接蒸发冷水机组；2-蒸汽动力循环系统；3-冷凝器；4-系统循环泵；5- 空气-水表面式冷却器；6-填料塔；7-排风机；8-冷水循环泵；9-锅炉；10-过热器； 11-汽轮机；12-发电机；13-给水泵。
具体实施方式
本发明提出了一种间接蒸发冷却式蒸汽轮机乏汽冷却的系统和方法，下面结 合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
实施例1
系统的组成和连接如图1所示。
该系统由间接蒸发冷水机组1和蒸汽动力循环系统2组成。
蒸汽动力循环系统2由依次串联并组成回路的锅炉9、过热器10、汽轮机11、 冷凝器3、给水泵13组成，汽轮机11与发电机12连接。
间接蒸发冷水机组1由空气-水表面式冷却器5、冷水循环泵8、填料塔6和 排风机7组成；填料塔6从上到下依设置排风机7、喷淋系统、填料区、储液区， 在填料塔6的储液区外壁上设置空气-水表面式冷却器5；储液区通过系统循环泵 4及管道与蒸汽动力循环系统2中的冷凝器3的入水口连接。
填料塔6的储液区通过冷水循环泵8和管道与空气-水表面式冷却器5连接， 再接入喷淋系统；冷凝器3的出水口直接与填料塔6的喷淋系统连接。
工作时，在间接蒸发冷水机组1中，进风通过空气-水表面式冷却器5等湿 冷却后，进入填料塔6，与塔顶向下喷淋的冷水进行蒸发冷却过程，最终作为排 风排出；塔顶喷淋的水在填料塔6中经过蒸发冷却被降温后，落入填料塔6的储 液区；储液区出水的一部分在系统循环泵4的作用下，进入蒸汽动力循环系统2 的冷凝器3中冷却汽轮机11的乏汽，另一部分在冷水循环泵8的作用下进入空 气-水表面式冷却器5，冷却进风；之后这两部分水返回填料塔顶，进行喷淋，完 成冷水的循环。
蒸汽动力循环系统2中汽轮机11的乏汽，在冷凝器3中被冷却水冷却为饱 和水后，继续压缩升压，接着进入锅炉中被加热，之后高温高压的水蒸气进入汽 轮机11中膨胀做功。
实施例2
系统的组成和连接如图2所示。
与实施例1不同的是，填料塔6的储液区不直接与空气-水表面式冷却器5 连接，冷凝器3的出水口与填料塔6的空气-水表面式冷却器5连接，再接入喷 淋系统。
工作时，在间接蒸发冷水机组1中，进风通过空气-水表面式冷却器5等湿 冷却后，进入填料塔6，与塔顶向下喷淋的冷水进行蒸发冷却过程，最终作为排 风排出；塔顶喷淋的水在填料塔6中经过蒸发冷却被降温后，落入填料塔6的储 液区；储液区出水作为制备的冷水在系统循环泵4的作用下，首先进过蒸汽动力 循环系统2的冷凝器3冷却汽轮机11的乏汽，然后进入空气-水表面式冷却器5 冷却进风，最后回到填料塔顶准备喷淋，完成冷水的循环；
蒸汽动力循环系统2的工作模式与实施例1相同。
结合上面两个实施例可以看出，由于间接蒸发冷水机组1的结构和工艺上不 同于一般的水冷系统，因此可以解决冬季结冰的问题，以实现全年运行。