專利名稱：一種汽輪機(jī)排出蒸汽凝結(jié)成水的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用汽液兩相流激波把汽輪機(jī)排出的蒸汽凝結(jié)成水的方法。
背景技術(shù)：
在電廠中把汽輪機(jī)排出的蒸汽凝結(jié)成水，與真空裝置一起維持汽輪機(jī)排汽缸和凝汽器內(nèi)的真空，并把凝結(jié)水回收作為鍋爐的補(bǔ)給水。是用一種電廠凝汽器來完成的。但用目前電廠凝汽器把汽輪機(jī)排出的蒸汽凝結(jié)成水的方法是，冷卻水從管內(nèi)走，蒸汽在管外凝結(jié)，蒸汽是在等壓下凝結(jié)。這種方法有如下缺點(diǎn)，(1)體積龐大換熱效率低；(2)受不凝性氣體影響很大；(3)有結(jié)垢和腐蝕性問題；(4)需耗大量水。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有電廠中所用凝汽器把汽輪機(jī)排出的蒸汽凝結(jié)成水的方法的缺點(diǎn)，提供一種利用汽液兩相流激波把汽輪機(jī)排出的蒸汽凝結(jié)成水的方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種汽輪機(jī)排出蒸汽凝結(jié)成水的方法，其特點(diǎn)是，方法步驟為1、建立由收縮、擴(kuò)張、收縮、擴(kuò)張的四個(gè)縮放型噴嘴上下連接與凝結(jié)水箱構(gòu)成一凝汽器，在下面的擴(kuò)張、收縮、擴(kuò)張段的三個(gè)噴嘴中分別置有換熱器，凝汽器由主冷卻段、次冷卻段組成，并使第1噴嘴出口處的截面積與蒸汽進(jìn)口處的截面積之比為0.3；2、將電廠汽輪機(jī)排氣壓力為4.5-5.5KPa，排汽速度為95-100m/s的排汽引入凝氣器入口；3、在冷卻段設(shè)置的換熱器使加速段來的蒸汽冷卻掉1/3-1/2。
本發(fā)明的工作原理是由于把電廠汽輪機(jī)排氣壓力為4.5-5.5KPa，排汽速度為95-100m/s的排汽引入到由四縮放型噴嘴構(gòu)成，包括主冷卻段和次冷卻段組成的凝氣器入口，主冷卻段內(nèi)的蒸汽被冷卻掉1/3-1/2，使得部分蒸汽凝結(jié)，這樣在第2噴嘴出口截面處壓力就會(huì)降低，形成一定的真空，在這個(gè)真空壓力作用下，使蒸汽在第1噴嘴、第2噴嘴的通道中會(huì)加速，隨著主冷卻段冷卻的強(qiáng)度的增強(qiáng)，第1噴嘴、第2噴嘴的通道中水蒸汽汽液兩相的流速會(huì)不斷提高，最終在第1噴嘴出口截面處達(dá)到音速，然后在第2噴嘴出口截面處達(dá)到超音速。這時(shí)經(jīng)過第3噴嘴收縮后在第3噴嘴出口截面處產(chǎn)生汽液兩相流激波。激波后蒸汽流被劇烈壓縮提高了壓力，從而將蒸汽壓縮成水。這時(shí)的飽和溫度和飽和壓力均升高。次冷卻段負(fù)責(zé)將蒸汽被壓縮成水所釋放出的熱量帶走。用本發(fā)明所述方法可大量節(jié)約換熱面積和冷卻水，同時(shí)其運(yùn)行也可靠穩(wěn)定。


圖1為本方法所用凝汽器結(jié)構(gòu)原理圖。
具體實(shí)施例方式由圖1所示，一種汽輪機(jī)排出蒸汽凝結(jié)成水的方法，其特點(diǎn)是，方法步驟為1、建立由a-b收縮、b-c擴(kuò)張、c-d收縮、d-e擴(kuò)張的四個(gè)縮放型噴嘴上下連接與凝結(jié)水箱構(gòu)成一凝汽器，在b-c擴(kuò)張、c-d收縮、d-e擴(kuò)張段的噴嘴中分別置有換熱器1、2、3，凝汽器由主冷卻段f-g、次冷卻段d-e組成，并使第1噴嘴出口b處的截面積A2與蒸汽進(jìn)口a處的截面積A1之比為0.3；2、將電廠汽輪機(jī)排氣壓力為4.5-5.5KPa，排汽速度為95-100m/s的排汽引入凝氣器入口；3、在冷卻段設(shè)置的換熱器使加速段來的蒸汽冷卻掉1/3-1。為了說明本發(fā)明的特點(diǎn)，對(duì)本方法作以下的分析基本能量分析當(dāng)本裝置將蒸汽的進(jìn)口速度能(100m/s左右)和冷卻所產(chǎn)生的動(dòng)能加以利用，使其轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?，并利用這部分壓力能對(duì)蒸汽進(jìn)行壓縮使蒸汽轉(zhuǎn)變成水，而目前的常規(guī)凝汽器這部分能均被浪費(fèi)掉了，理論上100m/s左右，質(zhì)量含汽率為90％的水蒸汽兩相流動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為壓力能可使冷凝壓力增加約500Kpa(P=12ρmum2)]]>這將大大提高凝結(jié)效率。
效率分析由圖1所示，A1為蒸汽進(jìn)口a處的截面積，A2為加速段出口b處的截面積，當(dāng)蒸汽進(jìn)口a處的水蒸汽兩相流速為100m/s左右時(shí)， 為0.3時(shí)，截面b處蒸汽流即可以達(dá)到當(dāng)?shù)匾羲?，截面c處即可以達(dá)到超音速。主冷卻段f-g的冷卻量要滿足提供此工況的壓差，這個(gè)壓差是用來克服從截面a到截面c處的局部阻力和沿程阻力。理論分析表明，在f-g主冷卻段只要使來流蒸汽冷卻掉1/3～1/2即可滿足上述條件。這時(shí)在截面c處已是超音速汽液兩相流，經(jīng)過截面d處激波后，水蒸汽兩相流壓力將至少提高到1.5～2倍的蒸汽進(jìn)口截面a處的壓力，其飽和溫度提高約7～12℃。這在兩個(gè)方面對(duì)蒸汽的凝結(jié)有利，一方面較高的壓力可以使部分蒸汽被壓縮成水；另一方面飽和溫度的提高可使傳熱溫差增大，提高次冷卻段的傳熱效率。
下面分析本方法的節(jié)能與節(jié)約材料的特性(1)在主冷卻段f-g，由于只冷卻了來流蒸汽流量的1/3～1/2，因此換熱面積肯定小于1/3～1/2，原因是蒸汽在開始冷卻時(shí)沒有凝結(jié)液膜或凝結(jié)液膜較薄。
(2)在次冷卻段，由于提高了凝結(jié)溫度，所以傳熱溫差增大，保守估計(jì)可達(dá)傳熱溫差可增大7～12℃，這一項(xiàng)與常規(guī)的冷凝器相比可減少次冷卻段換熱面積50％左右，同時(shí)由于飽和壓力的提高還可將部分蒸汽壓縮成水。
(3)從冷卻段f-g流入的水(水蒸汽兩相流中的水)有較低的溫度(飽和溫度低)，在通過截面d的激波后還可吸收激波后蒸汽凝結(jié)時(shí)放出的熱量(此處飽和溫度較高，較之截面d處高出約7～12℃)。這個(gè)作用可進(jìn)一步減少此處的換熱面積。
(4)由于激波后凝結(jié)溫度較高，因此從省煤器吸收的熱量也可減少。
從上面兩項(xiàng)看，僅材料一項(xiàng)，本發(fā)明至少可節(jié)約凝汽器換熱面積25％～30％，一臺(tái)300MW發(fā)電機(jī)組，其凝汽器重約400噸，利用本發(fā)明僅材料一項(xiàng)1臺(tái)凝汽器就可節(jié)約100多噸換熱材料(一般為銅或不銹鋼)。
由于換熱效率的提高，相應(yīng)的循環(huán)水流量也會(huì)減少，估計(jì)至少減少25％左右，這對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)的節(jié)能有好處，如循環(huán)水管管徑可以減小，循環(huán)水泵可以減小等。
工作性能分析由于在喉部b處蒸汽流達(dá)到音速，所以其流量及壓力均為定值，b截面下游參數(shù)的變化不會(huì)傳到上游，這就會(huì)使凝汽器的工作狀態(tài)非常穩(wěn)定。本裝置在主冷卻段f-g和次冷卻段d-e的冷卻方式可以采用目前通常凝汽器的冷卻方式。
以上所述內(nèi)容僅為本發(fā)明構(gòu)思下的基本說明，而依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案所作的任何等效變換，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種汽輪機(jī)排出蒸汽凝結(jié)成水的方法，其特點(diǎn)是，方法步驟為(1)建立由a-b收縮、b-c擴(kuò)張、c-d收縮、d-e擴(kuò)張的四個(gè)縮放型噴嘴上下連接與凝結(jié)水箱構(gòu)成的凝汽器，在b-c擴(kuò)張、c-d收縮、d-e擴(kuò)張段的3噴嘴中分別置有換熱器(1、2、3)，凝汽器由主冷卻段f-g、次冷卻段d-e組成，并使第1噴嘴出口b處的截面積A2與蒸汽進(jìn)口a處的截面積A1之比為0.3；(2)將電廠汽輪機(jī)排氣壓力為4.5-5.5KPa，排汽速度為95-100m/s的排汽引入凝氣器入口；(3)在冷卻段設(shè)置的換熱器使加速段來的蒸汽冷卻掉1/3-1/2。
全文摘要
本方法公開了一種汽輪機(jī)排出蒸汽凝結(jié)成水的方法，其特點(diǎn)是，方法步驟為建立由收縮、擴(kuò)張、收縮、擴(kuò)張的四個(gè)縮放型噴嘴上下連接與凝結(jié)水箱構(gòu)成一凝汽器，在下面的擴(kuò)張、收縮、擴(kuò)張段的3個(gè)噴嘴中分別置有換熱器，凝汽器由主冷卻段、次冷卻段組成，并使第1噴嘴出口處的截面積與蒸汽進(jìn)口處的截面積之比為0.3；將電廠汽輪機(jī)排氣壓力為4.5－5.5KPa，排汽速度為95－100m/s的排汽引入凝氣器入口；在冷卻段設(shè)置的換熱器使加速段來的蒸汽冷卻掉1/3－1/2。用本發(fā)明所述方法可大量節(jié)約換熱面積和冷卻水，同時(shí)其運(yùn)行也可靠穩(wěn)定。
文檔編號(hào)F01K11/00GK1804527SQ20061002357
公開日2006年7月19日 申請(qǐng)日期2006年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月24日
發(fā)明者李永光 申請(qǐng)人:上海電力學(xué)院