一种电厂空冷岛增容切换系统的制作方法

1.本发明涉及电厂空冷技术领域，尤其涉及一种电厂空冷岛增容切换系统。


背景技术：

2.发电厂空气冷却技术大致分为两种形式，一是直接空冷，二是间接空冷。直接空冷是汽轮机的排汽直接用空气来冷却，空气与蒸汽之间进行热交换。空冷机组的干式冷却不需要大量的冷却水，发电厂干式冷却机组比湿冷机组节水60％以上。因此，在我国多煤少水的北方，有许多空冷发电厂。
3.发电厂直接空冷系统的主要任务是将汽轮机的排汽通过环境空气冷凝成凝结水，建立并保持符合汽轮机低压缸排汽口要求的真空度。直接空冷系统的主要设备为排汽(乏汽)管道、空冷风机、“a”屋顶型翅片管束、凝结水箱和抽真空装置等，其中，空冷风机和“a”屋顶型翅片管束的总称为空冷凝汽器(acc)。根据蒸汽和凝结水的流动方向，翅片管束分为顺流翅片管束和逆流翅片管束：蒸汽和凝结水流动方向均为从上至下的翅片管束称为顺流翅片管束；蒸汽流动方向从下至上，凝结水流动方向从上至下的翅片管束称为逆流翅片管束。
4.现有的直接空冷机组的排汽通过大直径的排汽管道流入蒸汽分配管，蒸汽分配管位于“a”屋顶型翅片管束的顶部，并与翅片管束焊接在一起，排汽通过蒸汽分配管进入顺流翅片管束。蒸汽在顺流翅片管束向下流动的过程中被空气冷却，部分蒸汽冷凝成水，凝结水和未冷凝的蒸汽通过翅片管束结构底部的大尺寸蒸汽
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凝结水联箱收集。未冷凝的蒸汽进入与蒸汽
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凝结水联箱底部连接的逆流翅片管束凝结成水。凝结水在通过逆流翅片管束的同时总能从蒸汽中获取热能，避免凝结水发生过冷现象。凝结水通过凝结水回水管道自流到汽轮机的排汽装置下的凝结水箱，再通过凝结水泵打入锅炉给水系统。不可冷凝气体在逆流翅片管束顶部附近汇集，然后被吸进与抽真空装置相连的空气集管内，最后被抽真空装置排入大气。
5.国内早期投产的300mw级亚临界直接空冷机组，设计方面均不太成熟，空冷系统散热面积都普遍偏小，与汽轮机设计不匹配，夏季汽轮机运行背压较高。各电厂虽然在夏季高温运行时段对空冷系统散热翅片管束表面采用了喷水降温办法，但毕竟喷水量有限，不能彻底解决机组背压高的问题，喷水降温还使得空冷散热翅片管束表面产生了一定程度的结垢现象，从而进一步降低了散热翅片管束的换热能力。特别是夏季运行时，由于散热面积偏小，背压很高，机组效率下降，不仅出现频繁限负荷情况，而且机组经济性严重下滑，煤耗远远高于同类机组供电煤耗。同时由于效率下降、煤耗升高，又造成厂用电率升高，供电煤耗呈现恶性循环趋势。
6.因此，现有技术中大多直接空冷机组在夏季高温运行时，对空冷系统表面采用了喷淋降温的办法来提高空冷系统的冷凝能力。但由于喷水量有限，只能起到临时缓解机组运行困难的作用，此外喷淋水需要消耗大量的除盐水或锅炉用水，费用成本较高。


技术实现要素：

7.(一)要解决的技术问题
8.本发明提供一种电厂空冷岛增容切换系统，旨在解决直接空冷机组在夏季高温运行时即使采用喷淋降温仍然冷却能力有限的问题。
9.(二)技术方案
10.为了达到上述目的，本发明的电厂空冷岛增容切换系统包括：
11.第一空冷机组，其包括多列第一空冷凝汽器，第一空冷凝汽器的乏汽入口通过第一乏汽管能与第一汽轮机组的排汽装置连通，第一空冷凝汽器的凝结水出口通过第一凝结水管能与第一凝结水箱连通，第一空冷凝汽器的抽真空出口通过第一抽真空管能与第一抽真空装置连通；
12.第二空冷机组，其包括多列第二空冷凝汽器，第一空冷凝汽器的数量与第二空冷凝汽器的数量相等；靠近第一空冷机组的一列第二空冷凝汽器为切换空冷凝汽器，切换空冷凝汽器的乏汽入口通过乏汽切换管与第一乏汽管连通，切换空冷凝汽器的凝结水出口通过凝结水切换管与第一凝结水管连通，切换空冷凝汽器的抽真空出口通过抽真空切换管与第一抽真空管连通；其余的第二空冷凝汽器的乏汽入口通过第二乏汽管能与第二汽轮机组的排汽装置连通，其余的第二空冷凝汽器的凝结水出口通过第二凝结水管能与第二凝结水箱连通，其余的第二空冷凝汽器的抽真空出口通过第二抽真空管能与第二抽真空装置连通；以及，
13.两列增容空冷凝汽器，增容空冷凝汽器的乏汽入口通过增容乏汽管与第二乏汽管连通，增容空冷凝汽器的凝结水出口通过增容凝结水管与第二凝结水管连通，增容空冷凝汽器的抽真空出口通过增容抽真空管与第二抽真空管连通；
14.其中，电厂空冷岛增容切换系统还包括控制器，控制器分别与第一汽轮机组、第一抽真空装置、第二汽轮机组和第二抽真空装置电连接。
15.可选地，所述切换空冷凝汽器的乏汽入口通过乏汽支管接入所述第二乏汽管的末端，所述第二乏汽管的末端与所述乏汽切换管连通，且所述第二乏汽管上靠近末端的位置设置有乏汽封堵阀；
16.所述切换空冷凝汽器的凝结水出口通过凝结水支管接入所述第二凝结水管的凝结水汇入端，所述第二凝结水管的凝结水汇入端与所述凝结水切换管连通，且所述第二凝结水管上靠近凝结水汇入端的位置设置有凝结水封堵阀；
17.所述切换空冷凝汽器的抽真空出口通过抽真空支管接入所述第二抽真空管的抽气汇入端，所述第二抽真空管的抽气汇入端与所述抽真空切换管连通，且所述第二抽真空管上靠近抽气汇入端的位置设置有抽真空封堵阀。
18.可选地，所述乏汽切换管上设置有乏汽切换阀，所述凝结水切换管上设置有凝结水切换阀，所述抽真空切换管上设置有抽真空切换阀。
19.可选地，所述增容乏汽管上设置有蒸汽真空隔离阀，所述增容凝结水管上设置有增容凝结水通断阀，所述增容抽真空管上设置有增容抽真空通断阀。
20.可选地，所述增容乏汽管的水平段上设置有压力平衡补偿器。
21.可选地，所述增容乏汽管的竖直段上设置有铰链式补偿器。
22.可选地，所述第一空冷凝汽器和所述第二空冷凝汽器均布置于空冷平台上，所述
电厂空冷岛增容切换系统还包括与所述空冷平台对接的增容平台，两列所述增容空冷凝汽器置于所述增容平台上，所述增容平台包括钢结构框架和设置于所述钢结构框架上的多根平行设置的连接钢杆。
23.可选地，所述增容乏汽管的水平段通过弹簧支吊架吊挂于所述增容平台的下方。
24.可选地，所述电厂空冷岛增容切换系统还包括位于所述增容平台下方的配电间，所述配电间的外围护结构和屋面均为双层保温彩钢板。
25.可选地，所述电厂空冷岛增容切换系统还包括用于对所述增容空冷凝汽器进行清洗的清洗装置。
26.(三)有益效果
27.本发明的有益效果是：上述技术方案中，采取对现有空冷机组进行增容(即增加换热面积)的改造措施，以降低汽轮机组的运行背压，提高发电厂机组运行经济性。本发明能够在不对现有冷却系统进行颠覆性改造的前提下，大幅提升直接空冷机组在夏季高温运行时的冷却能力。同时，改造后的系统对现有空冷机组进风的影响较小(即不会降低现有空冷机组的散热能力)；不需要新增大量管道，只需要对原管道简单改造，费用较低；同时乏汽管道的新增阻力较小；对厂区整体布局影响较小。
附图说明
28.图1为本发明的电厂空冷岛增容切换系统的原理示意图；
29.图2为本发明的电厂空冷岛增容切换系统的俯视示意图；
30.图3为图2的a
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a向放大视图。
31.【附图标记说明】
32.10：第一空冷机组；11：第一空冷凝汽器；12：第一乏汽管；13：第一凝结水管；14：第一抽真空管；
33.20：第二空冷机组；21：第二空冷凝汽器；22：第二乏汽管；221：乏汽封堵阀；23：第二凝结水管；231：凝结水封堵阀；24：第二抽真空管；241：抽真空封堵阀；
34.21a：切换空冷凝汽器；21a1：乏汽支管；21a2：凝结水支管；21a3：抽真空支管；
35.31：乏汽切换管；32：凝结水切换管；33：抽真空切换管；
36.40：增容空冷凝汽器；41：增容乏汽管；411：蒸汽真空隔离阀；41a：水平段；412：压力平衡补偿器；41b：竖直段；413：铰链式补偿器；42：增容凝结水管；421：增容凝结水通断阀；43：增容抽真空管；431：增容抽真空通断阀；
37.50：蒸汽分配管；
38.100：第一汽轮机组；200：第二汽轮机组；300：空冷平台；301：步梯；302：电梯；400：增容平台；401：弹簧支吊架；402：土建钢柱。
具体实施方式
39.为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
40.本发明提供一种电厂空冷岛增容切换系统，如图1和图2所示，其包括第一空冷机组10、第二空冷机组20和两列增容空冷凝汽器40。第一空冷机组10包括多列第一空冷凝汽
器11，第一空冷凝汽器11的乏汽入口通过第一乏汽管12能与第一汽轮机组100的排汽装置连通，第一空冷凝汽器11的凝结水出口通过第一凝结水管13能与第一凝结水箱连通，第一空冷凝汽器11的抽真空出口通过第一抽真空管14能与第一抽真空装置连通。
41.第二空冷机组20包括多列第二空冷凝汽器21，第一空冷凝汽器11的数量与第二空冷凝汽器21的数量相等；靠近第一空冷机组10的一列第二空冷凝汽器21为切换空冷凝汽器21a，切换空冷凝汽器21a的乏汽入口通过乏汽切换管31与第一乏汽管12连通，切换空冷凝汽器21a的凝结水出口通过凝结水切换管32与第一凝结水管13连通，切换空冷凝汽器21a的抽真空出口通过抽真空切换管33与第一抽真空管14连通；其余的第二空冷凝汽器21(图1中靠右侧的五个第二空冷凝汽器21)的乏汽入口通过第二乏汽管22能与第二汽轮机组200的排汽装置连通，其余的第二空冷凝汽器21(图1中靠右侧的五个第二空冷凝汽器21)的凝结水出口通过第二凝结水管23能与第二凝结水箱连通，其余的第二空冷凝汽器21(图1中靠右侧的五个第二空冷凝汽器21)的抽真空出口通过第二抽真空管24能与第二抽真空装置连通。
42.增容空冷凝汽器40的乏汽入口通过增容乏汽管41与第二乏汽管22连通，增容空冷凝汽器40的凝结水出口通过增容凝结水管42与第二凝结水管23连通，增容空冷凝汽器40的抽真空出口通过增容抽真空管43与第二抽真空管24连通。
43.本发明提供的一种电厂空冷岛增容切换系统能降低汽轮机运行的背压，提高发电厂机组运行的经济性。本发明能够在不对现有冷却系统进行颠覆性改造的前提下，大幅提升直接空冷机组在夏季高温运行时的冷却能力。同时，改造后的系统对现有空冷机组进风的影响较小(即不会降低现有空冷机组的散热能力)；不需要新增大量管道，只需要对原管道简单改造，费用较低；同时乏汽管道的新增阻力较小；对厂区整体布局影响较小。
44.其中，电厂空冷岛增容切换系统还包括控制器，控制器分别与第一汽轮机组100、第一抽真空装置、第二汽轮机组200和第二抽真空装置电连接，电连接可以是电信号连接也可以是线缆连接。通过控制器来实现对各个设备的统筹控制，可以增加整个系统的灵活性，更有助于适应不同的运行需求。
45.再次参见图1，在优选的实施方式中，切换空冷凝汽器21a的乏汽入口通过乏汽支管21a1接入第二乏汽管22的末端，第二乏汽管22的末端与乏汽切换管31连通，且第二乏汽管22上靠近末端的位置设置有乏汽封堵阀221。切换空冷凝汽器21a的凝结水出口通过凝结水支管21a2接入第二凝结水管23的凝结水汇入端，第二凝结水管23的凝结水汇入端与凝结水切换管32连通，且第二凝结水管23上靠近凝结水汇入端的位置设置有凝结水封堵阀231。而且，切换空冷凝汽器21a的抽真空出口通过抽真空支管21a3接入第二抽真空管24的抽气汇入端，第二抽真空管24的抽气汇入端与抽真空切换管33连通，且第二抽真空管24上靠近抽气汇入端的位置设置有抽真空封堵阀241。
46.在上述技术方案中，采取对现有空冷机组进行增容(即增加换热面积)的改造措施，以降低汽轮机组的运行背压，提高发电厂机组运行经济性。具体地，对现有的第一空冷机组10和第二空冷机组20进行增容与切换，并以第一空冷机组10、第二空冷机组20均包括六列空冷凝汽器为例进行说明，其中，由于图幅限制，图1中省略了前四个第一空冷凝汽器11。
47.首先，改造第二汽轮机组200所对应的第二空冷机组20，在第二空冷机组20的一侧
新增两列增容空冷凝汽器40。将原有第二空冷机组20的5行6列改造为5行8列，即，新增10个空冷凝汽器。其中，第二空冷机组20的第一列第二空冷凝汽器21为切换空冷凝汽器21a，切换空冷凝汽器21a通过新增切换联通管道和各个封堵结构(可以为封堵块或封堵阀等)，可切换到第一汽轮机组100所对应的第一空冷机组10，这样每台汽轮机组所对应的直接空冷机组均为5行7列。
48.然后，从第二空冷机组20原有的主排汽管道(即第二乏汽管22)上接出一支新增的增容乏汽管41至新增的增容空冷凝汽器40，在增容空冷凝汽器40的高位分为两支支管进入对应的蒸汽分配管50，由蒸汽分配管50将乏汽分配至对应的顺流翅片管束。
49.新增的增容凝结水管42随空冷岛新增的两列增容空冷凝汽器40，在空冷平台300双排布置(具体为对应布置在与空冷平台300对接的增容平台400上)，切换空冷凝汽器21a的乏汽凝结水，通过新增的凝结水切换管32和凝结水封堵阀231的配合，可切换到第一空冷机组10的凝结水箱，而增容凝结水管42接入第二空冷机组20原有的凝结水箱，第一空冷机组10和第二空冷机组20原有的凝结水总管管径维持不变。
50.新增的增容抽真空管43随空冷岛新增的两列增容空冷凝汽器40布置，切换空冷凝汽器21a的抽真空管道，通过新增的抽真空切换管33和抽真空封堵阀241的配合，可切换到第一空冷机组10原有的抽真空装置，而增容抽真空管43接入第二空冷机组20原有的抽真空装置，第一空冷机组10和第二空冷机组20原有的抽真空总管管径维持不变。其中，图1中各个管道上的梯形符号表示对应的管道为变径管道。
51.综上，改造后的系统在能够提升冷却能力的前提下，不需要新增大量乏汽管道、冷凝水管道和抽真空管道，只需要对原有的管道进行简单改造，费用较低；同时乏汽管道的新增阻力较小；对厂区整体布局影响较小；也无需将现有钢梯及电梯间拆除重建，大幅降低了改造成本。
52.进一步地，在上述实施方式的基础上，电厂空冷岛增容切换系统还可以在乏汽切换管31上设置有乏汽切换阀(未图示)，凝结水切换管32上设置有凝结水切换阀(未图示)，抽真空切换管33上设置有抽真空切换阀(未图示)，这些阀门均可以是电动闸阀且都分别与控制器电连接。另外，再次参见图1和图2，增容乏汽管41上设置有蒸汽真空隔离阀411，增容凝结水管42上设置有增容凝结水通断阀421，增容抽真空管43上设置有增容抽真空通断阀431，这些阀门均可以是电动闸阀且也优选与控制器电连接。其中，乏汽管道为真空状态，蒸汽真空隔离阀411起到关断作用，可以全开和全关，但不能调节流量。另外，乏汽封堵阀221、凝结水封堵阀231、抽真空封堵阀241也可以是电动闸阀且也优选与控制器电连接。
53.通过设置上述各个阀门，在冬季运行时可以将两列增容空冷凝汽器40关闭(即不增容模式)，而在夏季运行时可以将两列增容空冷凝汽器40全部打开(即增容模式)，以灵活地适应不同的运行需求。具体地，在夏季时采用增容模式运行以提升冷却能力，即，分别关闭乏汽封堵阀221、凝结水封堵阀231、抽真空封堵阀241，分别打开乏汽切换阀、凝结水切换阀和抽真空切换阀，并且分别打开蒸汽真空隔离阀411、增容凝结水通断阀421和增容抽真空通断阀431，以使每台汽轮机组所对应的直接空冷机组均为5行7列。而在冬季时采用不增容模式运行以降低能耗，即，分别打开乏汽封堵阀221、凝结水封堵阀231、抽真空封堵阀241，分别关闭乏汽切换阀、凝结水切换阀和抽真空切换阀，并且分别关闭蒸汽真空隔离阀411、增容凝结水通断阀421和增容抽真空通断阀431，以使每台汽轮机组所对应的直接空冷
机组均为5行6列。
54.再次参见图2，增容乏汽管41的水平段41a上设置有压力平衡补偿器412；增容乏汽管41的竖直段41b上设置有铰链式补偿器413。其中，补偿器是用于补偿管道系统中的轴向位移，保持内压推力自身平衡的现有工具，可用于不宜设置固定支架的高物位直管线或大直径管线中。在增容乏汽管41的不同位置上分别设置不同类型的补偿器可以保证管线的稳定运行。
55.如图2和图3所示，第一空冷凝汽器11和第二空冷凝汽器21均布置于空冷平台300上，电厂空冷岛增容切换系统还包括与空冷平台300对接的增容平台400，两列增容空冷凝汽器40置于增容平台400上，增容平台400包括钢结构框架和设置于钢结构框架上的多根平行设置的连接钢杆。空冷平台300的旁边设置有步梯301和电梯302，增容平台400能够共用步梯301和电梯302，以便于操作人员进行各项操作。增容平台400与现有的空冷平台300脱开一定距离并设置步道与空冷平台300相连，这样既不影响原有空冷支撑结构，又便于借用原系统的步梯301和电梯302对新增空冷系统进行的检修。
56.另外，为了方便对增容乏汽管41进行安装，再次参见图3，增容乏汽管41的水平段41a通过弹簧支吊架401吊挂于增容平台400的下方，弹簧支吊架401为常用的管道吊装机构。此外，在增容平台400的下方还设置有土建钢柱402，以提升增容平台400的安装强度。
57.电厂空冷岛增容切换系统还包括位于增容平台400下方的配电间(未图示)，结构上与空冷平台300的钢结构连为一体，配电间的外围护结构和屋面均为双层保温彩钢板，以用于对两列增容空冷凝汽器40及其附属部件的运行进行安全地供电。
58.电厂空冷岛增容切换系统还包括用于对增容空冷凝汽器40进行清洗的清洗装置(未图示)。清洗装置为高压水清洗系统，其可以通过电动机驱动而进行水平移动和垂直移动。清洗装置的高压冲洗水泵布置在空冷平台300下部的水泵间内。高压清洗水泵的出口依次连接的设备包括：管道、阀门、可移动的带有桁架和喷嘴的清洗头、活动软管和压力表等。支吊架及其预埋件能够对管道进行支撑安装，而清洗头能够通过电动机驱动而在导轨上移动，以实现对各个空冷凝汽器进行清洗。
59.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
60.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
61.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”，可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”，可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。
62.在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
63.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。