專利名稱：用于動力設備的冷凝器的制作方法
技術(shù)領域：
本文公開的主題涉及用于動力設備的冷凝器。
背景技術(shù)：
在聯(lián)合循環(huán)動力設備中，燃氣輪機發(fā)動機從由燃料和空氣的燃燒產(chǎn)生的熱中產(chǎn)生 動力。然后重新使用該熱來產(chǎn)生額外的動力，因為產(chǎn)生了引入到蒸汽輪機中的蒸汽。然后 蒸汽輪機排汽在冷凝器中被冷凝。通常，這種冷凝器包括主體，蒸汽輪機排汽通過該主體在 冷卻部件上流過，且在該主體中進行冷凝。目前，許多聯(lián)合循環(huán)動力設備以循環(huán)的方式操作和停機，以在低功率要求時段期 間(例如夜晚和周末)節(jié)省燃料和能量成本。因而，聯(lián)合循環(huán)動力設備需要根據(jù)其相應的 計劃以及在一些情況下響應于未預料到的功率要求來頻繁地經(jīng)歷啟動操作。但是，啟動操 作效率低下且耗時，所以通常動力設備設計者的目標是盡可能多地縮短啟動時間。作為一個實例，一些聯(lián)合循環(huán)動力設備目前在停機時間期間保持啟動就緒條件。 啟動就緒條件涉及若干動力設備特性，包括但不限于聯(lián)合循環(huán)動力設備冷凝器在停機時間 期間冷卻蒸汽輪機排汽的能力。停機期間的蒸汽排汽常常限于用于在冷凝器處于真空時密 封蒸汽輪機以防空氣進入的少量(蒸汽)。這樣說來，冷凝器的冷卻部件通常裝備得不夠良 好來冷凝在停機時間期間產(chǎn)生的減少量的蒸汽輪機排汽。因為普通的冷凝器冷卻劑泵通常 大小設置成用于33%至100%的全蒸汽流量，所以在停機時間期間運行泵以將冷卻劑泵送 到冷卻部件的需求是昂貴且效率低下的。由于針對全部冷卻水流設置冷凝器冷卻部件(管 組)的大小，所以雖然其在熱動方面足以冷卻停機蒸汽流，但是來自小泵的流將不會在管 組內(nèi)均勻分配。不均勻分配意味著一些停機蒸汽將不會被冷卻，從而在冷凝器中導致過量 的溫度和壓力。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種冷凝器且該冷凝器包括主體，蒸汽輪機排汽能 夠流到主體中且流過主體；以及設置在主體中的第一冷卻部件和第二冷卻部件，其中，第一 冷卻部件和第二冷卻部件各自分別獨立地接收第一冷卻劑和第二冷卻劑，接收第一冷卻劑 的第一冷卻部件構(gòu)造成以便至少在第一冷卻操作期間冷卻排汽，且接收第二冷卻劑的第二 冷卻部件構(gòu)造成以便在第二冷卻操作期間冷卻排汽。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種動力設備且該動力設備包括冷凝器主體，蒸 汽輪機排汽能夠流到冷凝器主體中且流過冷凝器主體，并且在冷凝器主體中設置了第一冷 卻部件和第二冷卻部件，各自分別獨立地接收第一冷卻劑和第二冷卻劑的第一冷卻部件和 第二冷卻部件構(gòu)造成以便相應地至少在第一冷卻操作和在第二冷卻操作期間冷卻蒸汽輪 機排汽；冷卻劑源；聯(lián)接到冷卻劑源和第一冷卻部件上的第一泵，該第一泵構(gòu)造成以便至 少在第一冷卻操作期間將第一冷卻劑泵送到第一冷卻部件；以及聯(lián)接到冷卻劑源和第二冷 卻部件上的第二泵，該第二泵構(gòu)造成以便在第二冷卻操作期間將第二冷卻劑泵送到第二冷卻部件。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種操作包括蒸汽輪機排汽能夠流過其中的冷凝 器主體的動力設備的方法，該方法包括將第一冷卻劑供應到設置在冷凝器主體內(nèi)的第一 冷卻部件，以至少在第一冷卻操作期間冷卻蒸汽輪機排汽；將第二冷卻劑供應到設置在冷 凝器主體內(nèi)的第二冷卻部件，以在第二冷卻操作期間冷卻蒸汽輪機排汽；對第一冷卻操作 和第二冷卻操作中的各個的持續(xù)時間定時；以及根據(jù)定時、預先選擇的計劃和當前條件來 改變第一冷卻操作和第二冷卻操作的銜接(engagement)。根據(jù)結(jié)合附圖得到的以下描述，這些和其它優(yōu)點和特征將變得更加顯而易見。部件列表動力設備10冷凝器20入口40冷凝器主體50熱井60緩沖部件70管道71第一冷卻部件80管道81第二冷卻部件90管道91冷卻劑源100第一泵110第二泵120第一管路130第二管路135可選的閥150，151首先在活動狀態(tài)中操作200將第二冷卻劑供應到第二冷卻部件205活動狀態(tài)時間是否結(jié)束210起用停機狀態(tài)220將第一冷卻劑供應供應到第一冷卻部件230返回到活動狀態(tài)240


在說明書結(jié)論部分處的權(quán)利要求書中特別指出且明確要求保護被視為本發(fā)明的 主題。根據(jù)結(jié)合附圖得到的以下詳細描述，本發(fā)明的前述和其它特征和優(yōu)點顯而易見，在附 圖中圖1是聯(lián)合循環(huán)動力設備的簡圖；以及圖2是示出了操作聯(lián)合循環(huán)動力設備的方法的流程圖。
參照附圖，以實例的方式，詳細描述闡述了本發(fā)明的實施例以及優(yōu)點和特征。
具體實施例方式參看圖1，提供了用于聯(lián)合循環(huán)動力設備或采用蒸汽循環(huán)10的任何其它裝置的蒸 汽循環(huán)冷卻子系統(tǒng)。動力設備10包括燃氣輪機發(fā)動機和蒸汽輪機或產(chǎn)生蒸汽的其它機構(gòu)。 蒸汽輪機從蒸汽中產(chǎn)生動力，且產(chǎn)生蒸汽輪機排汽，例如被冷凝的過量的蒸汽。就聯(lián)合循 環(huán)動力設備而言，如將在下面描述的，動力設備10能夠連續(xù)地操作或以相對迅速的啟動特 性、以活動狀態(tài)和停機狀態(tài)的循環(huán)來操作。能夠迅速啟動的動力設備10需要較少的時間在 活動狀態(tài)中實現(xiàn)很大的負載，并且因此效率更高。對于在正常條件期間待冷凝的蒸汽輪機排汽，動力設備10包括冷凝器20，在冷凝 器20中保持了冷凝器真空。冷凝器20包括入口 40、冷凝器主體50和熱井60。蒸汽輪機 排汽通過入口 40進入冷凝器20，且繼續(xù)流過冷凝器主體50的內(nèi)部，蒸汽輪機排汽在冷凝器 主體50的內(nèi)部被調(diào)節(jié)和冷卻。當蒸汽輪機排汽在冷凝器主體50中被調(diào)節(jié)和冷卻時，蒸汽 輪機排汽被冷凝，且作為液態(tài)水在熱井60中聚集，并且針對在動力設備10中的進一步使用 變得可用。大體上，正常條件是指其間動力設備10處于活動狀態(tài)的那些時期。但是，當動力 設備10處于停機狀態(tài)時，蒸汽輪機排汽繼續(xù)進入冷凝器20，并且為了保持使動力設備10能 夠呈現(xiàn)迅速啟動特性的啟動就緒條件，仍然須要保持冷凝器真空。因而，必要的是即使在動 力設備10停機時也要在冷凝器主體50內(nèi)繼續(xù)對蒸汽輪機排汽進行冷凝。第一冷卻部件80設置在冷凝器主體50內(nèi)，且構(gòu)造成以便至少在第一冷卻操作 (例如保持啟動就緒條件)期間冷卻蒸汽輪機排汽。類似地，第二冷卻部件90也設置在冷 凝器主體50內(nèi)，且構(gòu)造成以便在第二冷卻操作(例如對處于活動狀態(tài)的動力設備10的操 作)期間冷卻蒸汽輪機排汽。 第一冷卻部件80和第二冷卻部件90各自定位在冷凝器主體50內(nèi)，從而使得蒸汽 輪機排汽與其相應的表面發(fā)生接觸。另外，第一冷卻部件和第二冷卻部件各自分別獨立地 接收第一冷卻劑供應和第二冷卻劑供應，例如水。因此，當蒸汽輪機排汽前進通過冷凝器主 體50且接觸第一冷卻部件80和第二冷卻部件90的表面時，供應到第一冷卻部件80和第 二冷卻部件90的冷卻劑從蒸汽輪機排汽中移除熱。蒸汽輪機排汽由此被冷凝，且形成在熱 井60中聚集的液態(tài)水。如圖1所示，第一冷卻部件80可設置在冷凝器主體50內(nèi)、第二冷卻部件90的位 置的上游的位置處。但是，此布置僅是示例性的，且應理解的是第一冷卻部件80也可設置 在第二冷卻部件90的下游，或者，根據(jù)另一個實施例，第一冷卻部件80和第二冷卻部件90 可彼此交迭，只要它們保持獨立地接收第一冷卻劑供應和第二冷卻劑供應即可。冷凝器主體50還可包括緩沖(dummy)部件70。緩沖部件70大體設置在第一冷卻 部件80和第二冷卻部件90的上游，且構(gòu)造成以便調(diào)節(jié)和/或首先冷卻蒸汽輪機排汽。由 于緩沖部件70的上游位置的原因，緩沖部件70用來保護第一冷卻部件80和第二冷卻部件 90免受由于與例如非常熱的蒸汽輪機排汽、來自蒸汽旁路系統(tǒng)的排汽和/或進入冷凝器主 體50的任何其它危險物質(zhì)相接觸而造成的損害的影響。緩沖部件70和第一冷卻部件80以及第二冷卻部件90各自分別包括多個管道71、81和91，多個管道71、81和91可布置成關于彼此類似的和/或變化的形式。也就是說，緩 沖部件70可包括一組水平地排列的管道，第一冷卻部件80可包括一組豎直地及水平地對 齊的管道，而第二冷卻部件90可包括一組豎直地及水平地交錯的管道。管道大體是空心 的，而且至少在第一冷卻部件80和第二冷卻部件90的情況下，管道限定了第一冷卻劑供應 和第二冷卻劑供應將接收于其中的內(nèi)部。根據(jù)本發(fā)明的實施例，第一冷卻部件80的管道包 括就緒條件保持管，而第二冷卻部件90的管道則包括主冷卻水管。當動力設備10處于停機狀態(tài)時，進入冷凝器20的蒸汽輪機排汽的量與在動力設 備10的活動狀態(tài)期間進入冷凝器20的量相比有較大地減小。因此，第一冷卻部件80的大 小可顯著地小于第二冷卻部件90的大小。類似地，第一冷卻劑供應的量不需要等于第二冷 卻劑供應的量，而且實際上，第一冷卻劑供應的量小得多。因而，為第一冷卻部件80供應第 一冷卻劑供應所需的動力可對應地減小。也就是說，根據(jù)實施例，第一冷卻部件80的大小足夠足以在蒸汽輪機停機狀態(tài)期 間冷卻蒸汽，其中水分配相對良好，且具有補充(complimentary)的大小的泵相對于主冷 卻劑泵提供了相當大的動力節(jié)省。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，動力設備可進一步包括冷卻劑源100以及這樣的系統(tǒng) 第一冷卻劑供應和第二冷卻劑供應可借助于該系統(tǒng)被輸送到第一冷卻部件80和第二冷卻 部件90。冷卻劑源100提供冷卻劑供應，第一冷卻劑供應和第二冷卻劑供應從該冷卻劑供 應中抽出。這樣，冷卻劑源100可包括冷卻塔(如圖1所示)，或槽(trough)源，例如湖泊、 河流或海洋。在另外的實施例中，系統(tǒng)可包括第一泵110和/或第二泵120以及第一管路130和 /或第二管路135。第一泵110聯(lián)接到冷卻劑源100上，且通過可選的閥150聯(lián)接到第一冷 卻部件80上。對于此布置，第一泵110構(gòu)造成以便至少在第一冷卻操作期間將第一冷卻劑 泵送到第一冷卻部件80。第二泵120聯(lián)接到冷卻劑源100上，且通過可選的閥151聯(lián)接到 第二冷卻部件90上，且構(gòu)造成以便在第二冷卻操作期間將第二冷卻劑泵送到第二冷卻部 件90。第一管路130共同地和/或單獨地聯(lián)接到第一冷卻部件80和第二冷卻部件90上， 且聯(lián)接到冷卻劑源100上，并且構(gòu)造成以便使冷卻劑返回到冷卻劑源100。第二管路135共 同地和/或單獨地聯(lián)接到冷卻劑源100上，且聯(lián)接到第一泵110和第二泵120上，并且構(gòu)造 成以便將冷卻劑從冷卻劑源100傳送到泵110和120。第二泵120比第一泵110具有更大的容量，且因此在動力設備10的活動狀態(tài)期間 用來將第二冷卻劑供應泵送到第二冷卻部件90。另一方面，第一泵110比第二泵需要更少 的動力來操作。因此，通過使用第一泵110將第一冷卻劑供應泵送到第一冷卻部件80，可以 降低的操作成本在動力設備10停機的情況下保持冷凝器真空。參看圖2，且根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種操作動力設備10的方法，動力設備 10包括蒸汽輪機排汽能夠流過其中的冷凝器主體50。該方法包括將第一冷卻劑供應到設 置在冷凝器主體50中的第一冷卻部件80，以至少在第一冷卻操作期間冷卻蒸汽輪機排汽； 將第二冷卻劑供應到設置在冷凝器主體50內(nèi)的第二冷卻部件90，以在第二冷卻操作期間 冷卻蒸汽輪機排汽；對第一冷卻操作和第二冷卻操作中的各個的持續(xù)時間定時；以及根據(jù) 定時、預先選擇的計劃和當前條件來改變第一冷卻操作和第二冷卻操作的銜接。也就是說，如圖2所示，可在活動狀態(tài)在例如每周5天以及在那些活動日中每天16個小時中有效的情況下以停機狀態(tài)和活動狀態(tài)的循環(huán)方式來操作動力設備10。因而，在某 種意義上，可將動力設備10理解為首先在活動狀態(tài)中操作(操作200)，在活動狀態(tài)期間，第 二冷卻劑被供應到第二冷卻部件90 (操作205)。一旦確定活動狀態(tài)的時間已經(jīng)結(jié)束(操作 210)，就起用動力設備10停機狀態(tài)(操作220)，而且在停機狀態(tài)的持續(xù)時間里，第一冷卻劑 供應被供應到第一冷卻部件80 (操作230)。在停機狀態(tài)期間，如果當前條件(諸如風力渦 輪機或太陽能源或其它能源的未預料到的動力降低或損失的情況)承受不受控制的動力 降低，或者一些其它備選的動力生成設備需要動力設備10返回到活動狀態(tài)(操作240)，則 控制返回到操作200。 雖然僅結(jié)合有限數(shù)量的實施例對本發(fā)明進行了詳細描述，但是應當容易理解，本 發(fā)明不限于這種公開的實施例。相反，可修改本發(fā)明，以便結(jié)合此前未描述但與本發(fā)明的精 神和范圍相稱的任何數(shù)量的變化、變更、替代或等效布置。另外，雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的 各種實施例，但是應當理解，本發(fā)明的方面可以僅包括所描述的實施例中的一些。因此，本 發(fā)明不應被視為受前述描述的限制，而是僅由所附的權(quán)利要求書的范圍限制。
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權(quán)利要求
一種冷凝器(20)，包括主體(50)，蒸汽輪機排汽能夠流到所述主體(50)中及流動通過所述主體(50)；以及設置在所述主體(50)中的第一冷卻部件和第二冷卻部件(80，90)，其中所述第一冷卻部件和第二冷卻部件(80，90)各自分別獨立地接收第一冷卻劑和第二冷卻劑，接收所述第一冷卻劑的所述第一冷卻部件(80)構(gòu)造成以便至少在第一冷卻操作期間冷卻所述排汽，且接收所述第二冷卻劑的所述第二冷卻部件(90)構(gòu)造成以便在第二冷卻操作期間冷卻所述排汽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷凝器(20)，其特征在于，所述第一冷卻部件(80)設置在所 述第二冷卻部件(90)的上游。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的冷凝器(20)，其特征在于，所述冷凝器(20)進一步包括設置 在所述主體(50)中及所述第一冷卻部件(80)的上游的緩沖部件(70)，所述緩沖部件(70) 構(gòu)造成以便調(diào)節(jié)所述排汽。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷凝器(20)，其特征在于，所述緩沖部件(70)和所述第一冷 卻部件與第二冷卻部件(80，90)各自包括多個管道(71，81，91)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的冷凝器(20)，其特征在于，所述第一冷卻部件(80)的所述多 個管道(81)包括就緒條件保持管，且所述第二冷卻部件(90)的所述多個管道(91)包括主 冷卻水管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷凝器(20)，其特征在于，所述第一冷卻劑的量小于所述第二冷卻劑的量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷凝器(20)，其特征在于，分別在動力設備停機循環(huán)和活動 的動力設備循環(huán)期間進行所述第一冷卻操作和第二冷卻操作。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷凝器(20)，其特征在于，在所述第一冷卻操作期間待冷卻 的排汽的量小于在所述第二冷卻操作期間待冷卻的排汽的量。
9. 一種動力設備(10)，包括冷凝器主體(50)，蒸汽輪機排汽能夠流到所述冷凝器主體(50)中及流動通過所述冷 凝器主體(50)，并且在所述冷凝器主體(50)中設置了第一冷卻部件和第二冷卻部件(80， 90)，所述第一冷卻部件和第二冷卻部件(80，90)各自分別獨立地接收第一冷卻劑和第二 冷卻劑，且構(gòu)造成以便相應地至少在第一冷卻操作和在第二冷卻操作期間冷卻所述蒸汽輪 機排汽；冷卻劑源(100)；聯(lián)接到所述冷卻劑源(100)和所述第一冷卻部件(80)上的第一泵(110)，所述第一泵 (110)構(gòu)造成以便至少在所述第一冷卻操作期間將所述第一冷卻劑泵送到所述第一冷卻部 件(80)；以及聯(lián)接到所述冷卻劑源(100)和所述第二冷卻部件(90)上的第二泵(120)，所述第二泵 (120)構(gòu)造成以便在所述第二冷卻操作期間將所述第二冷卻劑泵送到所述第二冷卻部件 (90)。
10.一種操作動力設備(10)的方法，該動力設備(10)包括冷凝器主體(50)，蒸汽輪機 排汽能夠流動通過該冷凝器主體(50)，所述方法包括將第一冷卻劑供應到設置在所述冷凝器主體(50)內(nèi)的第一冷卻部件(80)，以至少在第一冷卻操作期間冷卻所述蒸汽輪機排汽；將第二冷卻劑供應到設置在所述冷凝器主體(50)內(nèi)的第二冷卻部件(90)，以在第二 冷卻操作期間冷卻所述蒸汽輪機排汽；對所述第一冷卻操作和第二冷卻操作中的各個的持續(xù)時間定時；以及 根據(jù)所述定時、預先選擇的計劃和當前條件來改變所述第一冷卻操作和第二冷卻操作 的銜接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于動力設備的冷凝器。提供了一種冷凝器(20)，且該冷凝器(20)包括蒸汽輪機排汽能夠流到其中且流過其中的主體(50)、設置在主體(50)中的第一冷卻部件和第二冷卻部件(80，90)，其中第一冷卻部件和第二冷卻部件(80，90)各自分別獨立地接收第一冷卻劑和第二冷卻劑，接收第一冷卻劑的第一冷卻部件(80)構(gòu)造成以便至少在第一冷卻操作期間冷卻排汽，且接收第二冷卻劑的第二冷卻部件(90)構(gòu)造成以便在第二冷卻操作期間冷卻排汽。
文檔編號F01K11/02GK101900494SQ20101014687
公開日2010年12月1日 申請日期2010年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月12日
發(fā)明者G·R·史密斯 申請人:通用電氣公司