一种回收冷却水水蒸气的冷却系统及方法.pdf

本发明涉及一种回收冷却水水蒸气的冷却系统，包括采用冷却循环水排除废热的工业热交换器、负压蒸发室(2)和直接空冷系统(7)，所述采用冷却循环水排除废热的工业热交换器的循环水进口接循环水泵(1)，循环水出口采用管道连接负压蒸发室；所述负压蒸发室上部设有循环水进口，下部设有循环水出口，顶部设有与直接空冷系统的配汽管道连接的排汽管道(6)，所述直接空冷系统主要设置有气—汽热交换冷却单元组、冷凝水收集系统和抽真空系统。本发明还提供了一种回收冷却水水蒸气的方法。本冷却系统和方法既具有现有湿冷、空冷方式的优点，又避免了现有湿冷、空冷方式的缺点；具有做功乏汽冷凝、劣质水净化、节能节水的效能。

权利要求书
1.  一种回收冷却水水蒸气的冷却系统，其特征在于：包括采用冷却循环水排除废热的工业热交换器、负压蒸发室(2)和直接空冷系统 (7)，所述采用冷却循环水排除废热的工业热交换器的循环水进口接循环水泵(1)，采用冷却循环水排除废热的工业热交换器的循环水出口采用管道连接负压蒸发室(2)；所述负压蒸发室(2)上部设有循环水进口，下部设有循环水出口，顶部设有与直接空冷系统(7)相通的排汽管道(6)，所述直接空冷系统(7)设置有气—汽热交换冷却单元组、冷凝水收集系统和抽真空系统。

2.  如权利要求1所述的回收冷却水水蒸气的冷却系统，其特征在于：所述负压蒸发室(2)为密闭空间，其下部为水室，设有循环水出口；负压蒸发室上部为蒸发腔，设有循环水进口，蒸发腔内设置与湿式冷却塔功能相同的配水系统、淋水填料和除水器；负压蒸发室(2)顶部设有多根排汽管道(6)与直接空冷系统(7)的气—汽热交换冷却单元组的配汽管道相连接。

3.  如权利要求2所述的回收冷却水水蒸气的冷却系统，其特征在于：所述排汽管道(6)内装置有强化传热风机。

4.  如权利要求1或2或3所述的回收冷却水水蒸气的冷却系统，其特征在于：所述采用冷却循环水排除废热的工业热交换器为表面式凝汽器(3)。

5.  一种回收冷却水水蒸气的冷却方法，其特征在于包括如下的步骤：
1)从冷却水水源(8)或负压蒸发室(2)泵送冷却循环水到采用冷却循环水排除废热的工业热交换器；
2)离开工业热交换器的冷却循环水进入密闭的负压蒸发室(2)，通过蒸发冷却后大部分冷却循环水进入负压蒸发室(2)的水室，经由循环水出口排出；少部分冷却循环水吸热汽化为水蒸气，通过负压蒸发室(2)顶部的多根排汽管道(6)进入到直接空冷系统(7)的各个气—汽热交换冷却单元的翅片管散热器；
3)经过空气冷却凝结后的冷凝水由直接空冷系统(7)的冷凝水收集系统出口排出；
4)冷却系统的不凝结气体由直接空冷系统(7)的抽真空系统排出。

6.  如权利要求5所述的回收冷却水水蒸气的冷却方法，其特征在于：从直接空冷系统 (7)的冷凝水收集系统排出的冷凝水进入负压蒸发室(2)的水室；从负压蒸发室(2)的循环水出口排出的冷却循环水经由循环水泵(1)泵送到采用冷却循环水排除废热的工业热交换器。

7.  如权利要求5所述的回收冷却水水蒸气的冷却方法，其特征在于：冷却循环水由外部水源(8)经由循环水泵(1)泵入到采用冷却循环水排除废热的工业热交换器内；从负压蒸发室(2)的循环水出口排出的冷却循环水直接排出到外部水源(8)；从直接空冷系统 (7)的冷凝水收集系统排出的冷凝水汇集在水蒸气凝结水箱(9)内，再送往工业民用净化水系统(10)。

8.  如权利要求5所述的回收冷却水水蒸气的冷却方法，其特征在于：从负压蒸发室(2)的循环水出口排出的冷却循环水与外部水源(8)的补给水都经由循环水泵(1)送到采用冷却循环水排除废热的工业热交换器内；从直接空冷系统 (7)的冷凝水收集系统排出的冷凝水汇集在水蒸气凝结水箱(9)内，再送往工业民用净化水系统(10)。

9.  如权利要求5~8任意一项所述的回收冷却水水蒸气的冷却方法，其特征在于：所述采用冷却循环水排除废热的工业热交换器为表面式凝汽器(3)。

10.  如权利要求9所述的回收冷却水水蒸气的冷却方法，其特征在于：所述排汽管道(6)内装置强化传热风机。

说明书一种回收冷却水水蒸气的冷却系统及方法
技术领域
本发明属于工业循环水冷却技术领域，涉及湿式冷却与干式冷却技术，具体是一种回收冷却水水蒸气的冷却系统及方法。
背景技术
当今工业用水主要是用于冷却方面，又以汽轮机凝汽设备的冷却为主，主要分为湿式冷却（湿冷）、干式冷却（空冷）、干湿联合冷却三类方式。
以江、河、湖、海、水库的水作为冷却水的为湿式开式冷却（直流供水）方式，该方式对水源产生热污染，水蒸发导致水资源枯竭，生态平衡易受到破坏。
采用湿式冷却塔，冷却水在凝汽器与冷却塔之间进行循环的为湿式闭式冷却方式，该方式冷却水蒸发损失约占电厂耗水量的65%以上，过度耗水导致区域性水资源供需矛盾突出，甚至使生态环境遭到永久性破坏。
采用翅片管式散热器，直接或间接用环境空气冷凝汽轮机排汽的为空气冷却方式，该方式既具有节约湿冷电厂总耗水量65%以上的显著节水效果的优点，又存在汽轮机背压高，煤耗率高，冷却效果受风（风温、风速、风向）的影响大，高温期易使机组出力不足的缺点。
国外的一些发电厂采用了干湿联合（复合式）冷却方式，该类方式型式多种多样，但其共有的缺点是开放式的湿冷部分仍存在水的蒸发损失。
国民经济发展用水需求导致江河、湖泊、水库水资源日益枯竭，海水、苦咸水、灌溉排水、城市中水等劣质水净化及循环水余热利用要求日益迫切，具有汽轮机背压低、煤耗率低、受自然环境因素影响小等优点的湿式冷却方式的应用由于耗水量大等受到了限制 ；为节约用水，采用空气冷却方式已成为发展趋势，而空气冷却方式又需解决前述存在的诸多缺点；一些已建湿冷电厂也有改造为空气冷却方式的要求，但存在汽轮机改造或更换、凝汽设备系统更换，投资大、场地限制及前述空气冷却方式缺点等问题。目前还没有一种既可保留湿式冷却方式前述优点，又可克服空气冷却方式前述缺点，同时可全部回收冷却水水蒸气、使部分劣质冷却水得到净化利用的冷却方式。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种回收冷却水水蒸气的冷却系统及方法，是一种由负压蒸发室将湿冷系统与直接空冷系统有机连接构成的回收冷却水水蒸气的冷却系统及方法，具有做功乏汽冷凝、余热利用、劣质水净化、节能节水的效能。
 本发明提供一种回收冷却水水蒸气的冷却系统及方法，目的是回收湿式冷却方式循环冷却水蒸发产生的全部水蒸气，并且能够避免湿式开式冷却方式对水源产生热污染、以及湿冷方式水蒸发导致的水资源枯竭问题；能够解决空气冷却方式汽轮机背压高、煤耗率高、冷却效果受风的影响大、高温期机组出力不足问题；解决干湿联合（复合式）冷却方式湿冷部分水蒸发损失问题；解决湿冷机组改造为空冷机组汽轮机、凝汽器改造技术难度大、工期长、投资大、场地限制等问题；同时能够净化与锅炉蒸发量几乎相等的劣质循环冷却水，使循环水余热得到一次再利用。
本发明所采用的技术方案：一种回收冷却水水蒸气的冷却系统，包括采用冷却循环水排除废热的工业热交换器、负压蒸发室和直接空冷系统，所述采用冷却循环水排除废热的工业热交换器的循环水进口接循环水泵，采用冷却循环水排除废热的工业热交换器的循环水出口采用管道连接负压蒸发室；所述负压蒸发室上部设有循环水进口，下部设有循环水出口，顶部设有与直接空冷系统相通的排汽管道，所述直接空冷系统设置有气—汽热交换冷却单元组、冷凝水收集系统和抽真空系统。
进一步地，所述负压蒸发室为密闭空间，其下部为水室，设有循环水出口；负压蒸发室上部为蒸发腔，设有循环水进口，蒸发腔内设置与湿式冷却塔功能相同的配水系统、淋水填料和除水器；负压蒸发室顶部设有多根排汽管道与直接空冷系统的气—汽热交换冷却单元组的配汽管道相连接。
进一步地，所述排汽管道内装置有强化传热风机。可以进一步降低蒸发室内压力，同时提高进入空冷系统翅片管散热器的水蒸气压力，实现强化冷却系统换热效果的目的。
进一步地，所述采用冷却循环水排除废热的工业热交换器为表面式凝汽器。尤其适用于热电厂汽轮机的排汽冷凝。
本发明提供一种回收冷却水水蒸气的冷却方法，包括如下的步骤：
1)从冷却水水源或负压蒸发室泵送冷却循环水到采用冷却循环水排除废热的工业热交换器；
2)离开工业热交换器的冷却循环水进入密闭的负压蒸发室，通过蒸发冷却后大部分冷却循环水进入负压蒸发室的水室，经由循环水出口排出；少部分冷却循环水吸热汽化为水蒸气，通过负压蒸发室顶部的多根排汽管道进入到直接空冷系统的各个气—汽热交换冷却单元的翅片管散热器；
3)经过空气冷却凝结后的冷凝水由直接空冷系统的冷凝水收集系统出口排出；
4)冷却系统的不凝结气体由直接空冷系统的抽真空系统排出。
可选择地，从直接空冷系统的冷凝水收集系统排出的冷凝水进入负压蒸发室的水室；从负压蒸发室的循环水出口排出的冷却循环水经由循环水泵泵送到采用冷却循环水排除废热的工业热交换器。由此形成冷却水闭合循环方式。
可选择地，冷却循环水由外部水源经由循环水泵泵入到采用冷却循环水排除废热的工业热交换器内；从负压蒸发室的循环水出口排出的冷却循环水直接排出到外部水源；从直接空冷系统的冷凝水收集系统排出的冷凝水汇集在水蒸气凝结水箱内，再送往工业民用净化水系统。由此完成一次直流循环。
可选择地，从负压蒸发室的循环水出口排出的冷却循环水与外部水源的补给水都经由循环水泵送到采用冷却循环水排除废热的工业热交换器内；从直接空冷系统的冷凝水收集系统排出的冷凝水汇集在水蒸气凝结水箱内，再送往工业民用净化水系统。由此完成一次半闭合循环。
进一步地，所述采用冷却循环水排除废热的工业热交换器为表面式凝汽器。
进一步地，所述排汽管道内装置强化传热风机。可以进一步降低蒸发室内压力，同时提高进入空冷系统翅片管散热器的水蒸气压力，实现强化冷却系统换热效果的目的。

本发明的有益效果：
1、本发明冷却方式，汽轮机排汽冷凝采用湿式冷却，乏汽凝结放热最终经直接空冷系统转换为热空气排放，保留了湿式冷却方式汽轮机背压低、煤耗率低、受自然环境风因素影响小、节能，以及干式冷却方式节水显著等优点；克服了湿式冷却方式循环水蒸发损失大、干式冷却方式汽轮机背压高，煤耗率高，冷却效果受风的影响大，高温期机组出力不足等缺点；
2、循环冷却水若为劣质水，可得到约和锅炉蒸发量等量的净化凝结水，相当于循环水余热得到一次再利用；由于水蒸气全部被捕集冷凝为凝结水回收，和空气冷却方式节水效果等同，可节约常规湿式冷却方式热电厂总耗水量的65%以上；
3、既可用于新建电厂，又可用于已建湿冷电厂的节水技术改造，同时也适应非热力发电工业热交换节水冷却与余热利用场合；负压蒸发室可布置在直接空冷系统的下部，占地面积少，布置灵活，可远离厂房布置；可利用厂址小山丘布置负压蒸发室与空冷岛，降低工程投资等；原湿冷塔可改造为空冷塔使用；
4、在湿冷电厂节水技术改造场合，汽轮机、凝汽器不需改动，只需建造负压蒸发室和空冷系统即可，在建造蒸发室和空冷系统施工期间，原机组仍可正常运行，改造过程影响机组运行时间极短；
5、若以城市自来水或地下水为冷却水源，可供给管网或用户与取水量近似等量的净化凝结热水，改善工业民用供水质量，节能节水；
6、负压蒸发室排汽管中若装置变频调速风机，可调节系统换热效果，解决冷却效果受风影响大的问题，也可提高水蒸气凝结水的温度；
7、若以水量较充沛的江、河、湖、海、水库的水作为循环冷却水，在极端高温气象条件下，用提高循环水流量等方法调节换热效果，可获得提高运行经济性与降低系统设备投资的效应；
8、取消了直接空冷系统汽轮机排汽装置及粗大排汽管道与歧管，仅在负压蒸发室顶部设置与各个冷却单元组的配汽管对应的小直径的排汽管道即可，节约的投资可抵消部分负压蒸发室投资；
9、循环水水质没有特殊要求，随表面式凝汽器要求而定，可以是纯度较高的除盐水，也可以是海水、苦咸水、城市中水等劣质水；
10、由于汽轮机排汽仍为湿式冷却，其背压对环境风（风温、风速、风向）变化的敏感度较小；若排汽管装置强化传热风机，为直接空冷系统又增加了一种强化传热的手段；此外，没有湿式冷却方式的雾气团，循环冷却水汽化潜热以热空气形式排向大气，无不利环境影响；
11、冷却系统设备较少，构成较为简单，布置灵活，对场地无特殊要求，占地面积较小，自动控制较简单。
附图说明
图1为冷却水闭合循环方式工作流程图。
图2为冷却水直流循环方式工作流程图。
图3为冷却水半闭合循环方式工作流程图。
附图标记说明：1－循环水泵；2－负压蒸发室；3－表面式凝汽器；4－汽轮机；5－机组热力系统；6－排汽管道；7－直接空冷系统；8－水源；9－水蒸气凝结水箱；10－工业民用净化水系统；11－补给水泵。
具体实施方式
以下通过附图详细地描述本发明几种应用场合的工作流程，本发明的工作流程及优点将变得更加清楚。
本发明的一种回收冷却水水蒸气的冷却系统，包括采用冷却循环水排除废热的工业热交换器、负压蒸发室2和直接空冷系统7，该采用冷却循环水排除废热的工业热交换器的循环水进口接循环水泵1，采用冷却循环水排除废热的工业热交换器的循环水出口采用管道连接负压蒸发室2；负压蒸发室2上部设有循环水进口，顶部设有与直接空冷系统7相通的排汽管道6，直接空冷系统7主要设置有气—汽热交换冷却单元组、冷凝水收集系统和抽真空系统。
负压蒸发室2为密闭空间，其下部为水室，设有循环水出口，负压蒸发室2上部为蒸发腔，设有循环水进口，蒸发腔内设置与湿式冷却塔功能相同的配水系统、淋水填料和除水器；负压蒸发室2顶部设有多根排汽管道6与直接空冷系统7的冷却单元组的配汽管道相连接。
可选地，排汽管道6内装置有强化传热风机，这样可以进一步降低负压蒸发室2内的压力，同时提高进入直接空冷系统7的水蒸气压力，实现强化冷却系统换热效果的目的。
采用冷却循环水排除废热的工业热交换器可以是表面式凝汽器3，尤其适用于热电厂汽轮机的排汽冷凝。
本发明的设计思路是将常规湿式闭式冷却方式的冷却塔用一个密闭的负压蒸发室2取代，并与直接空冷系统连接构成一个全部回收冷却水水蒸气的冷却系统；保留常规的湿冷汽轮机4及表面式凝汽器3，采用取消汽轮机排汽装置及粗大排汽管道与歧管的直接空冷系统，增设联系干湿两个系统的密闭负压蒸发室2。负压蒸发室2下部为水室，设有循环水出口；负压蒸发室2上部为蒸发腔，设有循环水进口，蒸发腔内设置与湿式冷却塔功能相同的配水系统、淋水填料和除水器；顶部设有多根排汽管道6与直接空冷系统冷却单元组配汽管道相连接。由此本发明提供一种回收冷却水水蒸气的冷却方法，包括如下的步骤：
1)从冷却水水源8或负压蒸发室2泵入冷却循环水到采用冷却循环水排除废热的工业热交换器；
2) 离开工业热交换器的冷却循环水进入密闭的负压蒸发室2，通过蒸发冷却后大部分冷却循环水进入负压蒸发室2的水室，经由循环水出口排出；少部分冷却循环水吸热汽化为水蒸气，通过负压蒸发室2顶部的多根排汽管道6进入到直接空冷系统7的各个冷却单元的翅片管散热器；
3) 经过空气冷却凝结后的冷凝水由直接空冷系统7的冷凝水收集系统出口排出；
4) 系统内的不凝结气体由空冷系统的抽真空系统排出。
该冷却方法根据不同使用场合，大体可分为冷却水闭合循环、直流循环和半闭合循环三种方式，工作流程如下。在以下一些例子中，采用冷却循环水排除废热的工业热交换器是表面式凝汽器3。
冷却水闭合循环方式工作流程如图1所示。循环水泵1将负压蒸发室2的冷却水泵送入表面式凝汽器3，与汽轮机4做功乏汽进行表面式换热后，乏汽冷凝为凝结水，回到机组热力系统5；吸热冷却水进入负压蒸发室2蒸发冷却后由循环水泵1再送回表面式凝汽器3；蒸发室水蒸气通过排汽管6（可装置强化传热风机），进入直接空冷系统7的各个冷却单元的翅片管散热器，与环境空气进行表面式换热冷凝为凝结水后再送回负压蒸发室2，完成一次闭合循环。
冷却水直流循环方式工作流程如图2所示。循环水泵1由水源8取水送入表面式凝汽器3，与汽轮机4做功乏汽进行表面式换热后，乏汽冷凝为凝结水，回到机组热力系统5；吸热冷却水进入负压蒸发室2蒸发冷却后直接排入水源8；负压蒸发室2的水蒸气通过排汽管道6（可装置强化传热风机），进入直接空冷系统7的各个冷却单元翅片管散热器，与环境空气进行表面式换热冷凝为凝结水，通过冷凝水回收系统在水蒸气凝结水箱9汇集，再送往工业民用净化水系统10，完成一次直流循环。
冷却水半闭合循环方式工作流程如图3所示。循环水泵1将负压蒸发室2的冷却水送入表面式凝汽器3与汽轮机4做功乏汽进行表面式换热后，乏汽冷凝为凝结水，回到机组热力系统5；吸热冷却水进入负压蒸发室2蒸发冷却后由循环水泵1再送回表面式凝汽器3；负压蒸发室2的水蒸气通过排汽管6（可装置强化传热风机），进入直接空冷系统7的各个冷却单元的翅片管散热器，与环境空气进行表面式换热冷凝为凝结水，通过冷凝水回收系统在水蒸气凝结水箱9汇集，再送往工业民用净化水系统10，系统蒸发的冷却水由补给水泵11取水源8的低温水补入循环水泵1入口或负压蒸发室2，完成一次半闭合循环。
上述三种方式的表面式凝汽器3是以热电厂汽轮机排汽冷凝为例说明的，但本发明不仅仅限于表面式凝汽器，可以是采用冷却循环水排除废热的一切工业热交换器；此外，排汽管道6分为装置或不装置强化传热风机两种方式，若装置强化传热风机，可以进一步降低蒸发室内压力，同时提高进入直接空冷系统的冷却单元散热器的水蒸气压力，实现强化冷却系统换热效果的目的。
以下是本发明一种回收冷却水水蒸气的冷却系统及方法的具体应用例子。
 具体实施例1：在水资源紧缺条件下，新建电厂或湿冷电厂节水改造，可采用图1所示的冷却水闭合循环方式，该方式循环水闭合工作，无水量损失，采用纯度较高的除盐水对凝汽器换热更为有利。
具体实施例2：以自来水或地下水为水源，新建电厂或湿冷电厂节水改造，可采用图3所示的冷却水半闭合循环方式，该方式补给系统的水温度较低，有利于换热，水蒸气凝结水为温度较高的纯净水，供给工业民用，有节能、节水、改善用水质量的特殊价值。冷却系统无水蒸发损失，仅存在定期排污损失，但采用有关技术仍可回收利用。
具体实施例3：以水体较大的江河、湖泊、水库、海洋等为水源，新建电厂或湿冷电厂节水改造，可采用图2所示的冷却水直流循环方式，该方式通过表面式凝汽器3的水均为由水源直接取水，换热的水经负压蒸发室2冷却后直接排入水体，冷却水系统不存在盐分积累问题，汽轮机排汽潜热最终由空气换热排除，对水体几乎无污染，可得到与锅炉蒸发量几乎相等的水蒸气凝结纯净水供给工业与民用。该方式受环境风因素的影响最小，汽轮机排汽冷却效果等同于现有的湿式开式冷却方式，负压蒸发室2的排汽管道6中不必要装置强化传热风机。
具体实施例4：对海水、苦咸水、灌溉排水、城市中水等劣质水净化要求迫切的新建电厂或湿冷电厂节水改造，可根据具体情况，在图2与图3所示的两种循环方式中选择。
具体实施例5：采用冷却循环水排除废热的其它工业热交换器，可根据具体情况，在图1、图2、图3所示的3种循环方式中选择，只是图中的设备3、4、5相应发生变化而已。