專利名稱：用于自然通風(fēng)的空氣冷卻式冷凝器的冷卻塔的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用空氣冷卻式冷凝器的自然通風(fēng)冷卻塔。上述冷卻塔通過自然通風(fēng)而運作，并實現(xiàn)兩種流體(例如一般的大氣和通常為蒸汽的另一流體)之間的換熱。上述冷卻塔通過利用經(jīng)由高風(fēng)筒的浮力作用的自然通風(fēng)而運作。熱空氣由于密度差而自然地升高到周圍空氣外部的冷卻器。實際上，熱空氣在相同壓力下密度明顯小于較冷的周圍空氣。
背景技術(shù)：
冷卻塔為廣泛用于將低等級的熱散發(fā)到大氣的一種類型的換熱器，且典型地用于發(fā)電、空調(diào)裝置等。在用于前述應(yīng)用的自然通風(fēng)冷卻塔中，氣流通過進入塔的底部的冷空氣與離開頂部的熱空氣之間的密度差經(jīng)由中空的風(fēng)筒狀的塔而誘發(fā)。該差由于來自穿過塔內(nèi)部的正被冷卻的流體的熱傳遞而產(chǎn)生。冷卻塔可為濕式或干式。干式冷卻塔可為“直接接觸式干燥(direct dry)”，其中蒸汽由經(jīng)過包含該蒸汽的換熱器介質(zhì)的空氣直接冷凝，或者干式冷卻塔可為“間接接觸式干燥(indirect dry) ”型自然通風(fēng)冷卻塔，其中蒸汽首先經(jīng)過由流體冷卻的表面冷凝器，該加熱流體被傳送到冷卻塔換熱器，其中該流體保持與空氣隔離，類似于汽車的散熱器。干式冷卻具有蒸發(fā)的水不會損失的優(yōu)點。兩種類型的干式冷卻塔通過傳導(dǎo)和對流散發(fā)熱，且兩種類型的干式冷卻塔目前都在使用。濕式冷卻塔提供將空氣與正被冷卻的流體直接接觸。濕式冷卻塔受益于蒸發(fā)潛熱，該蒸發(fā)潛熱提供非常有效的熱傳遞，但蒸發(fā)掉小百分比的循環(huán)流體。除了上述冷卻塔設(shè)計類型以外，冷卻塔可進一步被分為橫流式或逆流式。典型地， 在橫流式冷卻塔中，隨著待冷卻的流體向下移動，空氣水平移動通過填充器或填料。相反， 在逆流式冷卻塔中，空氣向上行進通過填充器或填料，與待冷卻的流體的向下運動相反。在直接接觸式干式冷卻塔中，渦輪回汽在空氣冷卻冷凝器中被直接冷凝。需要約五到十倍的機械通風(fēng)蒸發(fā)塔所需的空氣用于干式冷卻塔。這種類型的冷卻通常在水很少或沒有水可用的情況下使用。這種類型的系統(tǒng)耗費非常少的水且不會發(fā)射水蒸汽羽流。為了實現(xiàn)所需的冷卻，冷凝器要求大的表面區(qū)域以散發(fā)氣體或蒸汽中的熱能，并對設(shè)計工程師提出若干問題。由于系統(tǒng)管道壓力損失和速度分布造成的蒸汽輸送中的不均勻性，難以有效且有力地將蒸汽引導(dǎo)到冷凝器的所有內(nèi)部表面區(qū)域上。因此，均勻的蒸汽分布在空氣冷卻冷凝器中是希望的，且對于獲得最佳性能是關(guān)鍵的。因此，希望具有一種帶有戰(zhàn)略布局的管道和冷凝器表面的冷凝器，其會確保蒸汽在整個冷凝器中的均勻分布，并允許最大量的冷卻氣流直穿且橫貫冷凝器表面。目前的空氣冷卻冷凝器的另一問題是由溫度差引起的管道和冷卻表面的膨脹和收縮。管膨脹接頭可在關(guān)鍵區(qū)域使用，以補償熱運動。典型類型的用于管系統(tǒng)的膨脹接頭為波紋管，其可由金屬(最普遍的是不銹鋼)制造。波紋管由一系列的一個或多個褶合組成，且該褶合的形狀被設(shè)計為經(jīng)受管的內(nèi)部壓力，但柔性足以接受軸向、側(cè)向和/或角變形。在所有但最少的應(yīng)用中，蒸汽管道的分支被需要用于將蒸汽分配到冷凝器的各個盤管區(qū)段中。分支的本質(zhì)在于將蒸汽流分布到不同方向，這必然沿不同方向引入熱膨脹。這些膨脹吸納裝置很昂貴。因此，還希望具有一種冷凝器裝置，其中熱膨脹和收縮被簡單且低廉
地管理。自然通風(fēng)冷卻塔典型地具有中空的頂部敞口的鋼筋混凝土的殼體，其具有直立的對稱軸線和圓形橫截面。薄壁殼體結(jié)構(gòu)在從子午橫截面觀看時通常包括頸縮的雙曲線形狀，或者該殼體可具有圓柱形或圓錐形形狀。在塔結(jié)構(gòu)基底處的開口使周圍空氣能夠進入， 以幫助從流體向空氣的換熱。強制通風(fēng)(forced draft)冷卻塔也是已知的，其中氣流由風(fēng)扇產(chǎn)生。由于風(fēng)扇取代自然通風(fēng)冷卻塔的風(fēng)筒效果，因此這些設(shè)備通常不會包含自然通風(fēng)殼體。然而，強制通風(fēng)風(fēng)扇可被包含在自然通風(fēng)設(shè)計中，以補充上述密度差不足以產(chǎn)生希望的氣流處的氣流。已知改進冷卻塔性能(即，吸取給定表面中的增加量的廢熱的能力)可導(dǎo)致蒸汽廠的換熱對電能的總效率提高，和/或增大特定條件下的功率輸出。成本有效方法的改進是希望的。本發(fā)明致力于該希望。相同的考慮措施可應(yīng)用于使用大型自然通風(fēng)冷卻塔的工業(yè)中。另外，大型自然通風(fēng)冷卻塔為高資本成本、長使用壽命的固定裝置，希望能夠在沒有大幅改動(特別是對主塔結(jié)構(gòu))的情況下實現(xiàn)改進。本發(fā)明的方法和設(shè)備可應(yīng)用于現(xiàn)有自然通風(fēng)冷卻塔的改進以及應(yīng)用于新型冷卻塔。在較冷氣候下，流體從冷卻塔的返回溫度和/或凍結(jié)換熱器中的流體是主要關(guān)注焦點。當(dāng)氣流比希望的換熱具有更大的換熱能力時，氣流必須減小。氣流阻尼器已知用于與換熱器串聯(lián)。阻尼器可節(jié)流以限制氣流。然而，即使在全開的位置，也會發(fā)生通過阻尼器的壓力損失。該壓力損失減少總氣流并因而減小塔的冷卻能力。另外，由于溫度和濕度極值，自然通風(fēng)冷卻塔可從加熱流體中吸取過多的熱能，或使待冷卻的液體被凍結(jié)。例如，干式冷卻塔可從加熱的液體冷凝物中吸取過多的熱能，這會要求來自鍋爐或熱源的額外的加熱能量，以將液體重新加熱到其最佳溫度，因而降低系統(tǒng)的效率。另一方面，濕式塔易于在寒冷的氣候下形成冰。特別是冰可在填充器中形成和積聚，并對填充器和/或支撐結(jié)構(gòu)造成結(jié)構(gòu)損壞。因此，希望具有經(jīng)濟、有效的自然通風(fēng)冷卻塔，其中冷卻氣流也可得到控制，并將冷凝器和管道的熱膨脹和收縮的影響保持最小，由此簡化和減小成本維護。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的各實施例有利地提供一種流體(通常為蒸汽)管道系統(tǒng)和用于直接接觸式干燥冷卻塔的方法，以及一種能夠應(yīng)用于直接或間接接觸式冷卻塔的空氣旁通系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的一實施例包括一種冷卻工業(yè)流體的自然通風(fēng)冷卻塔，其具有空氣冷卻式蒸汽冷凝器和外部殼體，該外部殼體具有圍繞豎直軸線豎直延伸的周界，其中所述空氣冷卻式蒸汽冷凝器被設(shè)置在該外部殼體中。該實施例進一步具有接納待加熱的所述工業(yè)流體的水平管道；與所述水平管道流體連通的中心提升管道；與由中心固定點結(jié)構(gòu)支撐的所述中心提升管道流體連通的徑向歧管；和從所述徑向歧管徑向延伸的至少一個徑向管道。 其進一步包括與所述至少一個徑向管道流體連通的終端管道；與所述終端管道流體連通的外圍歧管；和與所述外圍歧管流體連通的至少一個肋片管束。另一實施例為一種用于使用自然通風(fēng)冷卻塔冷卻工業(yè)流體的方法，該方法包括 使待冷卻的所述工業(yè)流體流動通過水平管道；使待冷卻的所述工業(yè)流體流動通過由固定點支撐的中心提升管道；以及使待冷卻的所述工業(yè)流體流動通過徑向歧管。該方法進一步包括使待冷卻的所述工業(yè)流體流動通過至少一個徑向管道和終端管道到達(dá)外圍歧管；使待冷卻的所述工業(yè)流體流動通過該外圍歧管到達(dá)至少一個肋片管束；以及使氣流經(jīng)過該肋片管束并經(jīng)由所述氣流誘發(fā)對所述工業(yè)流體的換熱。另一實施例為一種冷卻工業(yè)流體且包括空氣冷卻式冷凝器的干式自然通風(fēng)冷卻塔，具有外圍的外部殼體，該外部殼體具有圍繞豎直軸線豎直延伸的周界，其中該空氣冷卻式蒸汽冷凝器被設(shè)置在該外部殼體中；接納待冷卻的所述工業(yè)流體的水平管道；和與所述水平管道流體連通的中心提升管道。其進一步包括與所述中心提升管道流體連通的徑向歧管；從所述徑向歧管徑向延伸的至少一個徑向管道；與所述至少一個徑向管道流體連通的終端管道；以及與所述至少一個徑向管道流體連通的外圍歧管。其還包括與所述外圍歧管流體連通的至少一個肋片管束和冷卻塔支撐結(jié)構(gòu)，進一步包括風(fēng)筒區(qū)段和基底區(qū)段， 其中所述基底區(qū)段包括位于第一豎直位置的第一氣流入口和位于在所述第一豎直位置下方的第二豎直位置的第二氣流入口，其中所述第二氣流包括位于打開位置與關(guān)閉位置之間的空氣調(diào)節(jié)機構(gòu)。本發(fā)明的另一實施例為一種系統(tǒng)，包括用于使待冷卻的工業(yè)流體流動通過水平管道的裝置；用于使待冷卻的所述工業(yè)流體流動通過中心提升管道的裝置；用于使待冷卻的所述工業(yè)流體流動通過徑向歧管的裝置；用于使待冷卻的所述工業(yè)流體流動通過至少一個徑向管道和終端管道到達(dá)外圍歧管的裝置。該實施例進一步包括用于使待冷卻的所述工業(yè)流體從外圍歧管流動到至少一個肋片管束的裝置，以及用于使氣流經(jīng)過肋片管束并經(jīng)由所述氣流誘發(fā)對所述工業(yè)流體的換熱的裝置。因而，已相當(dāng)廣泛地概述了本發(fā)明的某些實施例，以便于可更好理解本發(fā)明在此的詳細(xì)描述，并且以便于可更好地認(rèn)識對現(xiàn)有技術(shù)作出的當(dāng)前貢獻。當(dāng)然，本發(fā)明另外的實施例將在下文中描述并將構(gòu)成所附權(quán)利要求的主題。關(guān)于這一點，在詳細(xì)解釋本發(fā)明的至少一個實施例之前，應(yīng)理解，本發(fā)明在其應(yīng)用方面不限于在以下描述中闡釋的或者在附圖中圖示的構(gòu)造的細(xì)節(jié)和各部件的布置結(jié)構(gòu)。本發(fā)明可具有除了那些描述之外的實施例，并可以各種方式實踐和實現(xiàn)。而且，應(yīng)理解，在此采用的措辭術(shù)語以及摘要僅用于描述的目的，不應(yīng)視為限制。同樣，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，本公開內(nèi)容所基于的概念可易于被采用作為設(shè)計用于實現(xiàn)本發(fā)明若干目的其他結(jié)構(gòu)、方法和系統(tǒng)的基礎(chǔ)。因此，重要的是，權(quán)利要求應(yīng)被視為包括這種等同構(gòu)造，只要它們不脫離本發(fā)明的精神和范圍即可。


通過參照以下結(jié)合附圖對本公開內(nèi)容的不同實施例的描述，本公開內(nèi)容的上述和其他特征和優(yōu)點以及獲得它們的方式將變得更為明顯，并且本公開內(nèi)容自身將被更好地理解。圖1是簡化的發(fā)電裝置的蒸汽/水環(huán)路的示意圖，其中本發(fā)明的實施例可被使用在該發(fā)電裝置中。圖2圖示出本發(fā)明實施例的簡單示意圖，其中蒸汽渦輪的輸出直接聯(lián)接到冷凝器 +
-tB。圖3是本發(fā)明實施例的俯視圖，其圖示出連接徑向管道臂和管束的蒸汽管道。圖4A和圖4B是圖示出本發(fā)明實施例的管道方位和本系統(tǒng)的徑向運動的夸大描述的實施例的側(cè)視圖。圖5圖示出根據(jù)本發(fā)明實施例的徑向管道臂歧管。圖6A圖示出根據(jù)本發(fā)明實施例的分叉管道和冷卻環(huán)狀環(huán)區(qū)段的一部分，并且還圖示出系統(tǒng)的徑向運動。圖6B圖示出用于將徑向臂連接到冷卻環(huán)狀環(huán)區(qū)段的可替代裝置。圖7圖示出根據(jù)本發(fā)明實施例的包括基層區(qū)段、冷卻環(huán)狀環(huán)區(qū)段、角形屋頂區(qū)段和風(fēng)筒區(qū)段的冷卻結(jié)構(gòu)。圖8是本發(fā)明的層區(qū)段和冷卻環(huán)狀環(huán)的側(cè)視方位。圖9圖示出單一組的肋片管束，其將外圍歧管附接到根據(jù)本發(fā)明實施例定位的蒸汽箱，并且還非常夸大地圖示出本系統(tǒng)的徑向和角運動。圖10圖示出根據(jù)本發(fā)明的肋片管束的下部區(qū)段和收集器。圖IlA圖示出根據(jù)本發(fā)明實施例的冷卻塔，其中空氣入口旁通關(guān)閉，并且通過換熱器的空氣被最大化。圖IlB圖示出根據(jù)本發(fā)明實施例的冷卻塔，其中位于結(jié)構(gòu)內(nèi)的空氣入口旁通關(guān)閉，并且通過換熱器的空氣被最大化。圖12A圖示出根據(jù)本發(fā)明實施例的冷卻塔，其中空氣入口打開，并且通過換熱器的空氣被減少。圖12B圖示出根據(jù)本發(fā)明實施例的冷卻塔，其中位于結(jié)構(gòu)內(nèi)的空氣入口旁通打開，并且通過換熱器的空氣被減少。圖13圖示出根據(jù)本發(fā)明實施例的冷卻塔，其中空氣旁通關(guān)閉，并且通過換熱器的空氣被最大化，其中換熱器位于塔殼體結(jié)構(gòu)外。圖14圖示出根據(jù)本發(fā)明實施例的冷卻塔，其中空氣旁通打開，并且通過換熱器的空氣被減少，其中換熱器位于塔外。
具體實施例方式在以下詳細(xì)描述中將參照附圖，附圖構(gòu)成該詳細(xì)描述的一部分并通過圖示顯示可實踐本發(fā)明的具體實施例。這些實施例被描述得足夠詳細(xì)，以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`這些實施例，并且將理解的是可以采用其他實施例并可以進行結(jié)構(gòu)、邏輯、加工和電變化。 應(yīng)認(rèn)識到，材料或元件的布置結(jié)構(gòu)的任何列舉僅用于舉例，絕非意在窮舉。所描述的過程加工步驟的進展僅為示例，然而，各步驟的次序不限于在此所闡釋的次序，并且可如本領(lǐng)域已知的那樣進行變化，除了必須以某一順序發(fā)生的步驟之外。圖1是極度簡化的發(fā)電裝置的蒸汽/水環(huán)路1的示意圖。鍋爐2產(chǎn)生蒸汽，該蒸汽經(jīng)由管道3行進到驅(qū)動發(fā)電機5的蒸汽渦輪4。鍋爐2可利用諸如煤的化石燃料或天然氣的燃燒來提供熱，或者熱源可為核反應(yīng)堆(未顯示)。離開蒸汽渦輪4的濕蒸汽在換熱器6中冷凝，并作為水離開，該水作為給水經(jīng)由給水泵7重新循環(huán)到鍋爐2。單獨的冷卻水供給通過冷卻水泵10泵抽而經(jīng)由管道8提供給換熱器并經(jīng)由管道9 在高溫下離開。在一些裝置中，大型水供給可從湖、河或者用作冷卻水的人工冷卻池獲得。 然而，在無法獲得供給的情況下，冷卻水可如圖1所示直接重新循環(huán)，在經(jīng)由管道8返回?fù)Q熱器6之前經(jīng)過冷卻塔11以降低其溫度。該布置結(jié)構(gòu)無需大型冷卻水的自然供給。應(yīng)理解的是，環(huán)路1僅用于例示目的。在實際發(fā)電廠中，可存在另外的部件(未顯示)，例如節(jié)約器、過熱器和(通常)多個鍋爐和渦輪以及用于容納它們的管道。濕式或蒸發(fā)式冷卻塔為下述類型的換熱器，其中如圖1所示的液體為冷卻水，該冷卻水被傳送到氣態(tài)大氣流過的空間，并在該空間中通過與較冷的空氣直接接觸以及通過部分蒸發(fā)而被冷卻。為了提供足夠長的液體停留時間和氣體/液體分界區(qū)域，液體經(jīng)常被噴射到該空間中，向下降落或濺射到位于塔的基底的大表面區(qū)域的固定結(jié)構(gòu)(已知例如為 “填料”)上，最后聚集在該填料下方的盆池中。在使用在空氣調(diào)節(jié)和類似應(yīng)用中的小型冷卻塔中，氣體流動通常通過典型地與冷卻塔自身整體形成的風(fēng)扇產(chǎn)生。然而，在代表發(fā)電應(yīng)用的最大型冷卻塔中，通常依賴于自然通風(fēng)來提供氣流。圖2圖示出本發(fā)明實施例的簡單示意圖，其中蒸汽渦輪的輸出直接聯(lián)接到空氣冷卻的冷凝器。鍋爐2加熱流體，例如水，直到其變?yōu)闅怏w(蒸汽)。蒸汽經(jīng)由蒸汽管道3離開鍋爐2并進入蒸汽渦輪4，該蒸汽渦輪4為從受壓蒸汽吸取熱能并將其轉(zhuǎn)化成旋轉(zhuǎn)運動的機械設(shè)備。該旋轉(zhuǎn)運動例如可使發(fā)電機5轉(zhuǎn)動以發(fā)電。在該示例中，蒸汽渦輪為冷凝式渦輪。這種類型的蒸汽渦輪在遠(yuǎn)低于大氣的壓力下將處于部分冷凝狀態(tài)的典型為近似90%質(zhì)量的蒸汽經(jīng)由管道12排放到空氣冷卻式冷凝器的塔14。空氣冷卻式冷凝器的塔14從蒸汽中進一步吸取熱能，以產(chǎn)生正好低于沸點溫度的液體，該液體被收集并經(jīng)由泵16通過回水管道18泵送返回至鍋爐2?，F(xiàn)在參照圖3至圖6，其顯示發(fā)電機30通過蒸汽渦輪32而運作。蒸汽可通過眾多方式產(chǎn)生，例如燒煤鍋爐或核反應(yīng)堆。隨著廢蒸汽離開渦輪32，廢蒸汽進入水平管道34 的第一端。水平管道34的另一端固定到位于塔中央并終止于徑向歧管38的中心提升管道 36。四個徑向管道40從徑向歧管38發(fā)散。每個徑向管道都連接到如圖6A中的被顯示為 Y形管道42的終端管道。Y形管道42的其他側(cè)連接到外圍歧管46，該外圍歧管46連續(xù)圍繞塔的周界。外圍歧管46經(jīng)由管束管道連接到肋片管束48。管束系統(tǒng)產(chǎn)生循環(huán)模式，用于產(chǎn)生環(huán)狀環(huán)52。應(yīng)指出，根據(jù)冷卻系統(tǒng)的性能需求和尺寸，徑向管道可為任意數(shù)量。例如， 在另外的實施例中，可存在六個或八個從中心提升管道36發(fā)散到外圍歧管的徑向管道。圖 6B圖示出用于將徑向管道40連接到外圍歧管46的可替代實施例，其采用寬松式T字形管道(eased tee duct)430圖3圖示出支撐殼體62的一系列支柱53。在該實施例中，管道系統(tǒng)從殼體的底部懸垂，并未從下方得到支撐。圖6A為圖3的邊緣部分。徑向臂管道40從塔殼體62的底部懸垂。轉(zhuǎn)向圖4A和圖4B，其描繪出用于支撐水平管道34的管道支撐件35。管道在塔的中心被剛性固定到支撐件并由附圖標(biāo)記37表示。這些附圖還圖示出本系統(tǒng)的任一夸大的徑向運動。在優(yōu)選實施例中，盤管、管道和管件材料均為碳鋼，從而對更為昂貴的材料提供經(jīng)濟替代方案。如同經(jīng)歷溫度變化的任何物體一樣，其將根據(jù)其溫度而膨脹或收縮。在具有固定點中心提升布置結(jié)構(gòu)的大型回路中使用外圍歧管的優(yōu)點在于，其熱擴張純粹為徑向，并且不需要波紋管。最大的徑向膨脹為約1英寸。這種運動在盤管的頂部被引入，該盤管根據(jù)徑向運動在頂部故意不受約束，這是因為管束的頂部僅連接到蒸汽箱和外圍管道。由于盤管很高，徑向運動將僅誘發(fā)盤管的輕微傾斜。這不僅由于不再采用波紋管而節(jié)省構(gòu)造成本， 而且波紋管將不會變?yōu)橄到y(tǒng)的失效點且將不必以規(guī)定的維護間隔來進行更換。以上布置結(jié)構(gòu)的另外的優(yōu)點在于，允許工程師設(shè)計簡單且低廉的清洗系統(tǒng)，其可懸垂在位于冷卻環(huán)狀環(huán)的周界上和管束上方的軌道上，這是因為管束與折疊狀或鋸齒形布置結(jié)構(gòu)相反沿圓周向外朝向地布置。轉(zhuǎn)向圖7，冷卻結(jié)構(gòu)56包括具有環(huán)狀環(huán)區(qū)段52的基底區(qū)段M、角形屋頂區(qū)段60 和風(fēng)筒區(qū)段62?；讌^(qū)段M的環(huán)狀環(huán)區(qū)段52由多個肋片管束48組成，多個肋片管束48 如圖3所示被放置為連續(xù)圍繞周界的圓形布置結(jié)構(gòu)。角形屋頂區(qū)段60實質(zhì)上是肋片管束 48與風(fēng)筒區(qū)段62之間的熱空氣引導(dǎo)器，并可為鋼包覆層或任何其他冷卻結(jié)構(gòu)建筑材料。由此可見，基層區(qū)段M的底部處于地面水平，并具有其中安裝有氣流調(diào)節(jié)器的空氣入口。在該示例中，氣流調(diào)節(jié)器被顯示為百葉窗55，其在打開與關(guān)閉位置之間轉(zhuǎn)換，以控制通過冷卻結(jié)構(gòu)56的氣流。貫穿本申請論述的百葉窗可被替換成任何氣流調(diào)節(jié)設(shè)備。例如，百葉窗可被替換成卷簾門、鉸鏈門、滑動門或者任何用于限制通過開口的氣流的可用結(jié)構(gòu)?？蛇x的檢修門59也被顯示。圖示的風(fēng)筒區(qū)段為圓柱形；然而，其可以是任何允許空氣有效橫穿風(fēng)筒區(qū)段的形狀。例如，風(fēng)筒區(qū)段可以是雙曲面形狀，其為大多數(shù)人同核能發(fā)電站聯(lián)系起來的形狀。圖8為本發(fā)明的另外的側(cè)視圖，其更好地圖示出基層區(qū)段M和環(huán)狀環(huán)區(qū)段52。圖 9為肋片管束48其中一片的側(cè)視圖。肋片管束48經(jīng)由管束管道50附接到外圍歧管46。蒸汽箱51可位于肋片管束48的頂部，以有助于蒸汽的運動。該具體實施例中的蒸汽箱可將廢蒸汽分布到該組肋片管束48的整個頂部，以有助于蒸汽的冷凝。為了更好地認(rèn)識本實施例的尺寸，測量值A(chǔ)A表示肋片管束48的高度，并且也圖示在圖7中。圖9為了例示清楚也非?？浯蟮貓D示出本系統(tǒng)的徑向和角運動。隨著蒸汽橫穿肋片管束48，蒸汽冷卻并恢復(fù)到其液體形式。該液體到達(dá)肋片管束 48的底部而進入到收集器49，液體然后經(jīng)由回水64離開，如圖10所示。在圖9中還顯示基層區(qū)段M的其中一片，其描繪出在本發(fā)明的一個實施例中百葉窗55可被定位的位置。如圖8所示，百葉窗55位于肋片管束48下方，以提供第二空氣路徑并使空氣能夠繞過管束，從而控制系統(tǒng)的冷卻能力。百葉窗55被豎直安裝，并在位于管束下方的豎直密封包覆層57中形成“窗戶”。當(dāng)百葉窗關(guān)閉時，塔的冷卻能力被最大化，并且所有的冷卻空氣流過管束，并且通風(fēng)位于其最大極限。當(dāng)百葉窗處于打開位置時，干式冷卻塔的能力由于兩個作用而被減小。第一個作用是由于流過肋片管束的冷卻空氣的減少。第二個是由于與塔區(qū)段中的通風(fēng)(風(fēng)筒作用)的減少相關(guān)的總氣流的減少，而通風(fēng)的減少是由于由經(jīng)過管束的空氣的熱產(chǎn)生的熱空氣與經(jīng)過百葉窗的冷空氣一同混合而在塔內(nèi)形成較低的溫度所引起。這反過來允許使用者控制干式冷卻塔的速率和能力，因而使用者可控制蒸汽渦輪的背壓。本發(fā)明具有許多優(yōu)點。例如，百葉窗提供低廉的控制系統(tǒng)。百葉窗比必須安裝在蒸汽管道上以通過隔斷或分割來中和換熱表面的隔離閥更為低廉。本發(fā)明需要相對少量的百葉窗，管束的表面區(qū)域的約50%需要覆蓋有百葉窗才更為有效。另外，百葉窗的致動器處于地面水平，從而實現(xiàn)簡單的維護。然而，空氣旁通可位于管束上方，并具有類似的氣流調(diào)節(jié)特性?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖IlA和圖12A，每一個都圖示出可替代實施例中的用于逆流式自然通風(fēng)冷卻塔的百葉窗功能。例如，圖IlA圖示出具有處于關(guān)閉位置的一組空氣旁通百葉窗66a 的氣流入口，并且通過換熱器76的氣流因而被最大化。換熱器76經(jīng)常由濕式塔構(gòu)造中的蒸發(fā)冷卻填充器組成。周圍空氣70通過氣流入口進入塔65的基底，并且所有周圍空氣70 通過換熱器76。換熱器76可以為任意類型的加熱流體分配系統(tǒng)，該系統(tǒng)中的熱能由被加熱的液體移除。被加熱的空氣72由于對流上升。熱表面上方的對流由于熱空氣膨脹而發(fā)生， 密度變小，并如理想氣體定律描述的那樣上升?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖IlB和圖12B，在可替代實施例中，氣流入口的一組空氣旁通百葉窗 66a(圖11A)可被替換成內(nèi)部氣流旁通百葉窗66b，其位于塔65內(nèi)。該設(shè)計不太可能受不利天氣(例如冰雪或凍雨)的影響。第一氣流入口的旁通百葉窗66a和內(nèi)部氣流旁通百葉窗66b通常為在打開與關(guān)閉位置之間轉(zhuǎn)換的百葉窗。所有實施例的百葉窗可直接安裝在冷卻塔支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)，與冷卻塔換熱器齊平，或者安裝在冷卻塔換熱器外。在另外實施例中，百葉窗可被更換為門類型的入口控制。在圖12A和圖12B中，氣流入口的一組空氣旁通百葉窗66a或66b打開，并且通過換熱器76的空氣被減少。周圍空氣70在塔65的基底進入，并且周圍空氣70經(jīng)過換熱器 76并變成被加熱的空氣73。另外，周圍空氣70在換熱器76上方進入塔65，并稍微與被加熱的空氣73混合，然后離開塔65的頂部，因而流過塔的空氣的量被減少。在圖12中，第一空氣旁通百葉窗66a(或66b)打開，并且通過換熱器76的空氣被減少。周圍空氣70在塔65的基底進入，并且周圍空氣70經(jīng)過換熱器76并變成被加熱的空氣73。另外，周圍空氣70在換熱器76上方進入塔65，并稍微與被加熱的空氣73混合， 且離開塔65的頂部，因而流過塔的空氣的量被減少?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖13和圖14，每一個都圖示出在可替代實施例中的用于自然通風(fēng)冷卻塔的百葉窗功能，其中可使用位于塔外的換熱器74。例如，圖13圖示出第一空氣旁通百葉窗78a關(guān)閉，并且通過換熱器74的空氣被最大化。周圍空氣70經(jīng)過換熱器74進入塔中。 被加熱的空氣72上升并離開塔65的頂部。在可替代實施例中，第一空氣旁通百葉窗78a 可被替換成位于塔65與換熱器74之間的第二空氣旁通百葉窗78b。在圖14中，第一空氣旁通78a打開，并且通過換熱器74的空氣被減少。周圍空氣 70在塔65的基底進入，并且周圍空氣70經(jīng)過換熱器74并變成被加熱的空氣72。另外，利用第二空氣旁通百葉窗78b，周圍空氣70越過換熱器74進入塔65，并與被加熱的空氣72 混合，然后離開塔65的頂部，因而流過塔的空氣的量被減少。在上述描述和附圖中描述的百葉窗可被替換成其他裝置以調(diào)節(jié)氣流，例如但不限于卷簾門、鉸鏈門、滑動門或蝶閥。上述描述和附圖中的過程和設(shè)備僅圖示出一些方法和設(shè)備的示例，其可被使用和生產(chǎn)以實現(xiàn)在此描述的各實施例的目標(biāo)、特征和優(yōu)點，并且本發(fā)明的各實施例可應(yīng)用于間接接觸式干燥、直接接觸式干燥和濕型換熱器。因而，它們不應(yīng)被視為受到各實施例的前述描述的限制，而是應(yīng)受到所附權(quán)利要求的限制。任何權(quán)利要求或特征可與本發(fā)明范圍內(nèi)的任何其他權(quán)利要求或特征組合。 本發(fā)明的許多特征和優(yōu)點根據(jù)該詳細(xì)的說明書是明顯的，因此，意在由所附權(quán)利要求覆蓋本發(fā)明的落入在本發(fā)明的純粹精神和范圍內(nèi)的所有這種特征和優(yōu)點。進一步，由于對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言可容易進行眾多修改和變化，不希望將本發(fā)明限制于所示和所述的精確構(gòu)造和操作，并且相應(yīng)地，所有適當(dāng)?shù)男薷暮偷韧O(shè)置可受益于落入本發(fā)明范圍內(nèi)的那些修改和等同設(shè)置。
權(quán)利要求
1.一種冷卻工業(yè)流體且包括空氣冷卻式蒸汽冷凝器的自然通風(fēng)冷卻塔，包括具有圍繞豎直軸線豎直延伸的周界的殼體，其中所述空氣冷卻式蒸汽冷凝器鄰近所述殼體設(shè)置；接納待加熱的所述工業(yè)流體的水平管道； 與所述水平管道流體連通的中心提升管道； 與所述中心提升管道流體連通的徑向歧管； 從所述徑向歧管徑向延伸的至少一個徑向管道； 與所述至少一個徑向管道流體連通的終端管道； 與所述終端管道流體連通的外圍歧管；以及與所述外圍歧管流體連通的至少一個肋片管束。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述終端管道為Y形管道。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述終端管道為寬松式T字形管道。
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述中心提升管道由中心固定結(jié)構(gòu)支撐。
5.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述外圍歧管環(huán)繞所述中心提升管道，并連續(xù)圍繞所述周界。
6.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中蒸汽箱位于所述外圍歧管與所述至少一個肋片管束之間，并與所述外圍歧管和所述至少一個肋片管束流體連通。
7.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中管道材料為碳鋼。
8.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述冷卻塔殼體具有圓柱形幾何結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述徑向歧管被四分成四個徑向管道。
10.一種用于使用自然通風(fēng)冷卻塔冷卻工業(yè)流體的方法，該方法包括 使待冷卻的所述工業(yè)流體流動通過水平管道；使待冷卻的所述工業(yè)流體流動通過由固定點支撐的中心提升管道； 使待冷卻的所述工業(yè)流體流動通過徑向歧管；使待冷卻的所述工業(yè)流體流動通過至少一個徑向管道和終端管道到達(dá)外圍歧管； 使待冷卻的所述工業(yè)流體流動通過所述外圍歧管到達(dá)至少一個肋片管束；以及使氣流經(jīng)過所述肋片管束并經(jīng)由所述氣流誘發(fā)對所述工業(yè)流體的換熱。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，進一步包括 使所述流體流入到所述徑向歧管的入口；使所述流體流出所述徑向歧管流入到所述至少一個徑向管道；以及使所述流體流入到所述終端管道。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，進一步包括使所述流體經(jīng)由所述終端管道流入到所述外圍歧管。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，進一步包括使所述流體經(jīng)由管束管道流入到所述外圍歧管并到達(dá)所述至少一個肋片管束。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述外圍歧管圍繞所述塔的周界連續(xù)延伸。
15.如權(quán)利要求10所述的方法，其中蒸汽箱位于所述外圍歧管與所述至少一個肋片管束之間。
16.如權(quán)利要求10所述的方法，其中管道材料為碳鋼。
17.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述自然通風(fēng)冷卻塔為圓柱形形狀。
18.一種冷卻工業(yè)流體且包括空氣冷卻式冷凝器的干式自然通風(fēng)冷卻塔，包括具有圍繞豎直軸線豎直延伸的周界的殼體，其中所述空氣冷卻式蒸汽冷凝器鄰近所述殼體設(shè)置；接納待冷卻的所述工業(yè)流體的水平管道； 與所述水平管道流體連通的中心提升管道； 與所述中心提升管道流體連通的徑向歧管； 從所述徑向歧管徑向延伸的至少一個徑向管道； 與所述至少一個徑向管道流體連通的終端管道； 與所述至少一個徑向管道流體連通的外圍歧管； 與所述外圍歧管流體連通的至少一個肋片管束；以及冷卻塔支撐結(jié)構(gòu)，包括 風(fēng)筒區(qū)段；基底區(qū)段，其中所述基底區(qū)段包括位于第一豎直位置的第一氣流入口 ； 位于第二豎直位置的第二氣流入口，其中所述第二氣流包括在打開位置與關(guān)閉位置之間轉(zhuǎn)換的空氣調(diào)節(jié)裝置。
19.如權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中所述第一氣流入口位于所述冷卻塔支撐結(jié)構(gòu)上。
20.一種系統(tǒng)，包括用于使待冷卻的工業(yè)流體流動通過水平管道的裝置； 用于使待冷卻的所述工業(yè)流體流動通過中心提升管道的裝置； 用于使待冷卻的所述工業(yè)流體流動通過徑向歧管的裝置；用于使待冷卻的所述工業(yè)流體流動通過至少一個徑向管道和終端管道到達(dá)外圍歧管的裝置；用于使待冷卻的所述工業(yè)流體從所述外圍歧管流動到至少一個肋片管束的裝置；以及用于使氣流經(jīng)過所述肋片管束并經(jīng)由所述氣流誘發(fā)對所述工業(yè)流體的換熱的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種使用空氣冷卻式冷凝器的自然通風(fēng)冷卻塔的方法。前述冷卻塔通過自然通風(fēng)而運作，并實現(xiàn)兩種流體(例如一般的大氣和通常為蒸汽的另一流體)之間的換熱。前述冷卻塔利用中心蒸汽管道提升器，該中心蒸汽管道提升器將蒸汽經(jīng)由徑向管道供應(yīng)到外圍管道。
文檔編號F28B1/06GK102200395SQ20111007323
公開日2011年9月28日 申請日期2011年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月22日
發(fā)明者伯努瓦·西里, 弗朗西斯·巴金, 米歇爾·武什, 馬克·科內(nèi)利 申請人:Spx冷卻技術(shù)公司