專利名稱：用于發(fā)電站設(shè)備的空氣冷卻器以及這種空氣冷卻器的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)電站技術(shù)領(lǐng)域。它涉及權(quán)利要求書1前序部分的空氣冷卻器，以及一個(gè)這種空氣冷卻器的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
上述類型的空氣冷卻器例如由文件EP-A1-0773 349(參看該文件中的圖5和所屬的說明)公開。
對于燃?xì)廨啓C(jī)裝置通常的情況是，從壓縮機(jī)得到的空氣在作為冷卻空氣輸入渦輪機(jī)的冷卻系統(tǒng)之前，先借助噴水或外部冷卻對其進(jìn)行冷卻。在此情況下，整個(gè)系統(tǒng)在很大程度上丟失熱量。
與此相反，眾所周知，對于組合設(shè)備大都要在一個(gè)空氣/水—熱交換器內(nèi)實(shí)施空氣的水冷卻，并且從冷卻空氣—冷卻中產(chǎn)生的熱可被重新利用。借助輸送泵將水方面的壓力提高，以避免超過飽和蒸汽壓力而蒸發(fā)，及事后將在冷卻器內(nèi)被加熱的水在一個(gè)可使它蒸發(fā)的低壓系統(tǒng)中減壓。在一個(gè)變型方案中，熱交換器與一個(gè)連接在燃?xì)廨啓C(jī)組后面的余熱蒸汽發(fā)生器的燃料節(jié)省器并聯(lián)地運(yùn)行。
作為強(qiáng)制循環(huán)加熱器，空氣冷卻器被集成在一個(gè)組合—發(fā)電站設(shè)備中。由此，與上述燃?xì)廨啓C(jī)裝置的冷卻相比，可實(shí)現(xiàn)更簡單的調(diào)節(jié)及更高的效率。圖1-它相應(yīng)于本文開始部分所提到的文件中的圖1-示出一個(gè)具有一個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)組和一個(gè)汽輪機(jī)組的組合—發(fā)電站設(shè)備40。該燃?xì)廨啓C(jī)組由一個(gè)壓縮機(jī)1、一個(gè)連接在后面的燃燒室2和一個(gè)在燃燒室2的下游設(shè)置的燃?xì)廨啓C(jī)3組成。在燃?xì)廨啓C(jī)3上耦合一個(gè)用于發(fā)電的發(fā)電機(jī)4。通過壓縮機(jī)1吸入的吸入空氣5在壓縮后作為壓縮空氣6導(dǎo)入燃燒室2，并且在那里與噴入的液態(tài)和/或氣態(tài)燃料7混合。產(chǎn)生的燃料/空氣—混合物燃燒。從燃燒室2流出的熱氣體8隨后在燃?xì)廨啓C(jī)3內(nèi)在做動(dòng)的情況下減壓。然后，燃?xì)廨啓C(jī)3的廢氣9被使用在連接在后面的蒸汽循環(huán)中的余熱蒸汽發(fā)生器15中。
因?yàn)槿紵?和燃?xì)廨啓C(jī)3的熱負(fù)荷非常高，所以必須盡可能有效地的冷卻熱負(fù)荷機(jī)組。這將借助于一個(gè)空氣冷卻器10來進(jìn)行，該空氣冷卻器是一個(gè)螺旋線—蒸汽發(fā)生器。從壓縮機(jī)1取出的、已被強(qiáng)烈加熱的壓縮空氣11的一部分流過該空氣冷卻器10。在空氣冷卻器10的內(nèi)部的熱交換借助流過螺旋線—蒸汽發(fā)生器的一些管道的水—分流12來進(jìn)行。因而，壓縮空氣11一方面被冷卻到這樣的程度，使得它接著作為冷卻空氣13被引入待冷卻的機(jī)組內(nèi)。作為例子在圖1中示出了高壓—冷卻器。該高壓—冷卻器在壓縮機(jī)1的輸出口全部取走壓縮空氣11，及它的冷卻空氣13在燃燒室2和在燃?xì)廨啓C(jī)3的最高壓力級(Druckstufe)內(nèi)被用于冷卻機(jī)組。作為替代方案，可以從壓縮機(jī)1的一個(gè)中間壓力級提取低壓空氣，該空氣為了冷卻的目的使用在燃?xì)廨啓C(jī)3的相應(yīng)壓力級內(nèi)。
另一方面，水—分流12在冷卻空氣冷卻器10內(nèi)被這樣強(qiáng)烈加熱，以致水蒸發(fā)。這個(gè)蒸汽14然后根據(jù)圖1被引至一個(gè)余熱蒸汽發(fā)生器15的過熱部分。它使加載在汽輪機(jī)17上的新蒸汽16增加，因而改善了整個(gè)設(shè)備的效率。發(fā)電站設(shè)備在正常的運(yùn)行中，動(dòng)力技術(shù)最佳地利用了在冷卻空氣冷卻器10內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽14。同樣也可以將蒸汽14直接與新蒸汽16混合或?qū)⑵湟寥紵?或燃?xì)廨啓C(jī)3。
燃?xì)廨啓C(jī)3的仍具有高卡路里潛能的廢氣9流過余熱蒸汽發(fā)生器15。這樣借助一個(gè)熱交換方法將進(jìn)入余熱蒸汽發(fā)生器15的供水18轉(zhuǎn)變成新蒸汽16，然后該新蒸汽形成剩余的蒸汽循環(huán)的工作介質(zhì)。然后熱量被充分利用了的廢氣作為煙氣(Rauchgas)19排出到自由空間。從汽輪機(jī)17產(chǎn)生的能量將通過另一個(gè)耦合的發(fā)電機(jī)20轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏鳌Ｔ趫D1中作為例子展示了一個(gè)多軸布置。不言而喻也可以選擇單軸布置，在單軸布置中，燃?xì)廨啓C(jī)3和汽輪機(jī)17沿一條軸排列，驅(qū)動(dòng)同一個(gè)發(fā)電機(jī)。來自汽輪機(jī)17的廢蒸汽21在一個(gè)水冷卻—或空氣冷卻的冷凝器22內(nèi)凝聚。冷凝液借助一個(gè)在此處未顯示的泵泵入設(shè)置在冷凝器22下游的、在圖1中未顯示的供水容器/除氣器內(nèi)。接著供水18通過另一個(gè)泵被泵入余熱蒸汽發(fā)生器15內(nèi)以便進(jìn)行一個(gè)新的穿流，或水的一個(gè)分流12通過一個(gè)這里未顯示的調(diào)節(jié)閥輸入空氣冷卻器10。
在本文開始所述文件EP-A1-0773 349中，在圖2至5及所屬的說明部分中介紹了特別適用于使用在根據(jù)圖1的一個(gè)組合—發(fā)電站設(shè)備中的空氣冷卻器的各種類型。在圖2至4的實(shí)施形式中，待冷卻的冷卻空氣在垂直豎立的空氣冷卻器內(nèi)、在一個(gè)中央的管內(nèi)從下向上在內(nèi)部流過熱交換器的設(shè)置在一個(gè)高壓容器內(nèi)的螺旋線形狀的管束，在管束的上方向下轉(zhuǎn)向，并且從上向下在向在管束內(nèi)逆流(從下向上)地流動(dòng)的水蒸汽釋放熱量的情況下流過管束。在下方從管束出來的被冷卻了的冷卻空氣重新轉(zhuǎn)向，及在高壓容器內(nèi)在管束外部旁向上流，在上方冷卻空氣從高壓容器中出來。因?yàn)樵诳諝饫鋮s器的這種構(gòu)型中，高壓容器的外壁內(nèi)側(cè)僅承受已經(jīng)冷卻后的冷卻空氣，所以外壁可以按一個(gè)比較低的工作溫度來設(shè)計(jì)，這帶來明顯的優(yōu)點(diǎn)，例如與必要的壁厚相關(guān)。相反，缺點(diǎn)是所有的空氣流必須向上轉(zhuǎn)向；對于空氣流的轉(zhuǎn)向必須有較大的環(huán)形通道；并且在上部放置的輸出接管不適于渦輪機(jī)。
與此相反，在EP-A1-0 773 349的圖5的實(shí)施形式中則放棄了冷卻空氣在管束出口處的第二個(gè)轉(zhuǎn)向，并且冷卻了的空氣直接在管束的下方從同時(shí)也構(gòu)成管束的容器的高壓容器中被取出。這個(gè)替換方案具有各種設(shè)備技術(shù)上的優(yōu)點(diǎn)，然而也有缺點(diǎn)，即高壓容器的壁太熱，因?yàn)檫@些壁專門在空氣冷卻器的上部區(qū)域直接承受來自壓縮機(jī)的未被冷卻的空氣。

發(fā)明內(nèi)容
因而本發(fā)明的任務(wù)是，提供一種用于發(fā)電站設(shè)備的空氣冷卻器，它避免了上述的空氣冷卻器的缺點(diǎn)，而不放棄它們的設(shè)備技術(shù)上的優(yōu)點(diǎn)；以及給出這種空氣冷卻器的應(yīng)用。
該任務(wù)將通過權(quán)利要求書1和7的全部特征解決。本發(fā)明的核心在于使用二個(gè)公知的實(shí)施形式的混合構(gòu)型，在該混合構(gòu)型中流過空氣冷卻器的空氣的大部分不變化地在該空氣冷卻器的同一個(gè)端部被取走，在該端部上也輸入空氣(如EP-A1-0 773 349的圖5)，但在一個(gè)旁路中，使被冷卻的空氣的很少部分在從管束出來后，在外部在管束和高壓容器的外壁之間向上流動(dòng)，并在該上部被取走(如EP-A1-0 773 349的圖2至4)。以這種方式，高壓容器的外壁被充分冷卻，然而冷卻空氣的主要部分是從(垂直豎立的)空氣冷卻器的下方被取走。
本發(fā)明空氣冷卻器的一個(gè)優(yōu)選的構(gòu)型優(yōu)點(diǎn)在于，這些單獨(dú)的連接裝置包括至少一個(gè)從外部通入至第三空間內(nèi)的輸出接管以及一個(gè)連接管，該連接管將該至少一個(gè)輸出接管與空氣輸出接管連通；及所述連接管在空氣輸出接管內(nèi)部以一個(gè)擴(kuò)壓器終止。該屬于旁路的輸出接管可以伸進(jìn)到第三空間內(nèi)。也可以設(shè)置多個(gè)輸出接管，它們匯集在一個(gè)連接管上。
如果按照一個(gè)其它優(yōu)選的構(gòu)型，這樣地確定環(huán)形縫隙和這些單獨(dú)的連接裝置的尺寸，使得穿過環(huán)形縫隙流過的旁路-空氣流是總的流過空氣冷卻器的空氣流的約10％時(shí)，本發(fā)明的空氣冷卻器獲得一個(gè)最佳的效率。
此外，優(yōu)選地在第二空間的區(qū)域，在高壓容器上設(shè)置一個(gè)與管束的朝向第二空間側(cè)連通的入水室，以及在第三空間設(shè)置一個(gè)與管束的朝向第三空間側(cè)連通的蒸汽輸出室。
此外，空氣冷卻器垂直豎立，并且將第二空間設(shè)置在下方及第一和第三空間設(shè)置在上方是合適的。


下面按照實(shí)施例連同圖示對本發(fā)明詳細(xì)解釋。
圖1一個(gè)具有冷卻空氣冷卻器的、適合于應(yīng)用本發(fā)明的空氣冷卻器的組合-發(fā)電站設(shè)備的簡化的設(shè)備示意圖，和圖2本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例的一個(gè)空氣冷卻器的縱剖面。
具體實(shí)施例方式
在圖2中示出了按照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的一個(gè)空氣冷卻器的縱剖面圖。該空氣冷卻器10有一個(gè)長形的、垂直豎立的、基本上圓柱形的高壓容器39，該高壓容器在下端部和上端部各由一個(gè)彎曲的底部封閉。在高壓容器的內(nèi)部安置了一個(gè)與空氣冷卻器10的縱軸線同軸心的、由一個(gè)圓柱形的中心管24、一個(gè)包圍該中心管24的螺旋線狀的管束25和一個(gè)包圍該管束25的圓柱形的內(nèi)罩26組成的裝置。該中心管24通入到在同軸心裝置24、25、26的上端部的一個(gè)與管束25連通的、向外被內(nèi)罩26封閉的第一空間33。該中心管24在同軸心裝置24、25、26的下端部穿過一個(gè)與管束25連接的第二空間34，可通過一個(gè)空氣進(jìn)入接管23從高壓容器39外加載空氣。包圍管束25和第一空間33的罩作為與高壓容器39隔開的內(nèi)罩26構(gòu)成。該內(nèi)罩26被高壓容器39的圓柱形外罩28在內(nèi)罩26和外罩28之間形成一個(gè)環(huán)形縫隙27的情況下同心地包圍，在第一空間33外部和高壓容器39的內(nèi)部，在高壓容器39的上端部構(gòu)造有一個(gè)第三空間35，該空間通過環(huán)形縫隙27與第二空間34連通。
為了水的輸送，在下方的第二空間34的區(qū)域內(nèi)，在高壓容器39上設(shè)置了一個(gè)入水室31，該入水室通過(在圖2中僅示出了開始部分)一些輸入管道與管束25的下端部連接，并通過一個(gè)調(diào)節(jié)閥37從外面獲得水。為了提取在管束25內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽，在上方的第三空間35的區(qū)域內(nèi)設(shè)置了一個(gè)蒸汽輸出室32，它通過一些輸入管道與管束25的上端部連接，并通過這些輸入管道可以從管束25提取蒸汽。第二空間34可通過一個(gè)空氣輸出接管29從外面達(dá)到。第三空間35按照一個(gè)旁路的方式通過一個(gè)單獨(dú)的連接管30與所述空氣輸出接管29連接，該連接管30在輸入側(cè)連接在一個(gè)從第三空間35引出來的輸出接管36上，在輸出側(cè)以一個(gè)同軸心布置在管狀空氣輸出接管29內(nèi)的擴(kuò)壓器38內(nèi)結(jié)束。
空氣冷卻器10工作時(shí)，空氣通過空氣進(jìn)入接管23從下面被引至中心管24(在圖2劃著雙箭頭)，該空氣在管束25的上方從中心管24出來以一個(gè)壓力p1進(jìn)入第一空間33，按照在圖1所示的拐彎的箭頭轉(zhuǎn)向，并向下流經(jīng)管束25。該空氣在通過管束25的途中將熱釋放給在管束25內(nèi)逆流流動(dòng)的水，并且被冷卻地從管束25的下端部出來，以一個(gè)壓力p2流入第二空間34。由于在管束中的壓力損失，壓力P2小于壓力P1。在第二空間內(nèi)被冷卻了的空氣，大部分通過空氣輸出接管29從高壓容器39出來，并且例如根據(jù)圖1被繼續(xù)用于冷卻一定的設(shè)備部件。
一個(gè)占出現(xiàn)在第二空間34內(nèi)的被冷卻了的空氣的大約10％的旁路—流，流經(jīng)內(nèi)罩26和外罩28之間的環(huán)形縫隙或者說環(huán)形通道27，向上進(jìn)入第三空間35，并由此冷卻了內(nèi)罩26和外罩28。該環(huán)形縫隙27的寬度例如為20mm。在第三空間35內(nèi)壓力為P3，由于在環(huán)形縫隙27內(nèi)的壓力損失，壓力P3小于壓力P2。旁路—空氣通過輸出接管36、連接管30和擴(kuò)壓器38從第三空間35流入設(shè)置在下面的空氣輸出接管29，并且在那兒與主要的—空氣流混合。在空氣輸出接管29里的加速壓力降將在空氣輸出接管29里的靜壓力減低至小于P2的一個(gè)值上。該推動(dòng)壓力差(抽吸作用)將被充分利用，用于克服摩擦壓力降和曲率壓力降和實(shí)現(xiàn)使旁路—空氣流通過環(huán)形縫隙27。所期望的旁路—空氣流(例如總空氣流的10％)可以通過環(huán)形縫隙27的尺寸確定、連接管30和連接管30的管端部(擴(kuò)壓器38)幾何結(jié)構(gòu)來調(diào)節(jié)。因?yàn)榱鬟^環(huán)形縫隙27的空氣冷卻了高壓容器39的外罩28，所以外罩28或者說壓力殼的壁厚可以以更低的空氣溫度來設(shè)計(jì)。
根據(jù)本發(fā)明的空氣冷卻器以下列所有的優(yōu)點(diǎn)和特別的性能而出眾—外罩28和拱曲底部的設(shè)計(jì)溫度可以降低。這節(jié)約了材料。
—可建造一個(gè)簡單的蒸汽收集器—結(jié)構(gòu)；由此避免了穿過外殼的一些單個(gè)管道的導(dǎo)送裝置。
—與空氣出口在上端部的空氣冷卻器(EP-A1-0 773 349的圖2至4)相比，外罩28的直徑減小了例如150mm。因此，隨之而來的是外罩28的壁厚更小。
—被冷卻了的空氣流的又加熱與公知的用總空氣流的水套冷卻相比更少(例如5K替代7K)。
—在相同管束25和空氣輸出接管29情況下的總壓力損失與公知的用總空氣流的水套冷卻相比更小。
參考標(biāo)號表1 壓縮機(jī)2 燃燒室3 燃?xì)廨啓C(jī)4，20 發(fā)電機(jī)5 吸入空氣6 壓縮空氣7 燃料8 熱氣體9 廢氣10 空氣冷卻器12 分流(水)13 冷卻空氣14 蒸汽(來自空氣冷卻器)15 余熱蒸汽發(fā)生器(HRSG)16 新蒸汽17 汽輪機(jī)18 供水19 煙氣21 廢蒸汽22 冷凝器23 空氣進(jìn)入接管24 中心管25 管束(螺旋線)26 內(nèi)罩
27 環(huán)形縫隙(環(huán)形通道)28 外罩(高壓容器)29 空氣輸出接管30 連接管(旁路)31 入水室32 蒸汽輸出室33，34，35 空間36 輸出接管(旁路)37 調(diào)節(jié)閥38 擴(kuò)壓器39 高壓容器40 發(fā)電站設(shè)備(組合設(shè)備)
權(quán)利要求
1.用于發(fā)電站設(shè)備(40)的空氣冷卻器(10)，包括一個(gè)高壓容器(39)，在該高壓容器中安置了由一個(gè)圓柱形中心管(24)、一個(gè)包圍該中心管(24)的螺旋線狀的管束(25)和一個(gè)包圍該管束(25)的圓柱形的罩(26)組成的同軸心的裝置(24，25，26)，其中該中心管(24)在同軸心的裝置(24，25，26)的一個(gè)端部上通入一個(gè)與管束(25)連接的、對外被所述罩(26)封閉的第一空間(33)，此外，該中心管(24)在該同軸心的裝置(24，25，26)的另一個(gè)端部上穿過一個(gè)與管束(25)連接的第二空間(34)，可以通過一個(gè)空氣進(jìn)入接管(23)從高壓容器(39)外加載空氣，及為管束(25)設(shè)置了連接裝置(31，32)，借助所述連接裝置從同軸心裝置(24，25，26)的另一個(gè)端部向管束內(nèi)供水，并且可以在一個(gè)端部從管束(25)提取蒸汽，及第二空間(34)可通過一個(gè)空氣輸出接管(29)從外面達(dá)到，其特征在于，該包圍管束(25)和第一空間(33)的罩作為與高壓容器(39)隔開的內(nèi)罩(26)構(gòu)成；該內(nèi)罩(26)被高壓容器(39)的一個(gè)圓柱形外罩(28)同心地包圍，在內(nèi)罩(26)和外罩(28)之間形成一個(gè)環(huán)形縫隙(27)；在第一空間(33)的外部和高壓容器(39)的內(nèi)部構(gòu)造有一個(gè)第三空間(35)，該第三空間通過環(huán)形縫隙(27)與第二空間(34)連通；及第三空間(35)與空氣輸出接管(29)通過一些單獨(dú)的連接裝置(30，36，38)這樣地連通，使得在工作期間在第三空間(35)建立的壓力(p3)小于在第二空間內(nèi)的壓力(p2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的空氣冷卻器，其特征在于，這些單獨(dú)的連接裝置包括至少一個(gè)從外面通入第三空間(35)內(nèi)的輸出接管(36)以及一個(gè)連接管(30)，該連接管將該至少一個(gè)輸出接管(36)與空氣輸出接管(29)連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的空氣冷卻器，其特征在于，所述連接管在空氣輸出接管(29)內(nèi)部以一個(gè)擴(kuò)壓器(38)終止。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中一項(xiàng)的空氣冷卻器，其特征在于，環(huán)形縫隙(27)和這些單獨(dú)的連接裝置(30，36，38)的尺寸是這樣確定的，使得穿過環(huán)形縫隙(27)流過的旁路一空氣流是總的流過空氣冷卻器(10)的空氣流的約10％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中一項(xiàng)的空氣冷卻器，其特征在于，在第二空間(34)的區(qū)域內(nèi)，在高壓容器(39)上設(shè)置一個(gè)與管束(25)的朝向第二空間(34)側(cè)連通的入水室(31)，及在第三空間(35)的區(qū)域內(nèi)設(shè)置一個(gè)與管束(25)的朝向第三空間(35)側(cè)連通的蒸汽輸出室(32)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中一項(xiàng)的空氣冷卻器，其特征在于，空氣冷卻器(10)垂直豎立；第二空間(34)設(shè)置在下方，及第一和第三空間(33，35)設(shè)置在上方。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的用于冷卻從一個(gè)壓縮機(jī)(1)取出的冷卻空氣(11)的空氣冷卻器(10)在組合-發(fā)電站設(shè)備(40)中的應(yīng)用，其中從余熱蒸汽發(fā)生器(15)提取用于供入管束(25)的水，及在管束(25)內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽供入余熱蒸汽發(fā)生器(15)。
全文摘要
用于發(fā)電站設(shè)備(40)的一個(gè)空氣冷卻器(10)包括一個(gè)高壓容器(39)，在該高壓容器中安置了由一個(gè)圓柱形中心管(24)、一個(gè)包圍該中心管(24)的螺旋狀的管束(25)和一個(gè)包圍該管束(25)的圓柱形的罩(26)組成的一個(gè)同軸心的裝置(24，25，26)，其中該中心管(24)在同軸心裝置(24，25，26)的一個(gè)端部上通入一個(gè)與管束(25)連接的、對外被所述罩(26)封閉的第一空間(33)，此外，該中心管(24)在該同軸心裝置(24，25，26)的另一個(gè)端部上穿過一個(gè)與管束(25)連接的第二空間(34)，可以通過一個(gè)空氣進(jìn)入接管(23)從高壓容器(39)外加載空氣，并且設(shè)置了管束(25)的連接裝置(31，32)，借助所述連接裝置從同軸心裝置(24，25，26)的另一個(gè)端部向管束內(nèi)供水，并且可以在一個(gè)端部從管束(25)提取蒸汽，及第二空間(34)從外面可通過一個(gè)空氣輸出接管(29)達(dá)到。在一個(gè)這樣的空氣冷卻器(10)中，通過以下方法使高壓容器(39)得到充分的冷卻，即該包圍管束(25)和第一空間(33)的罩作為與高壓容器(39)隔開的內(nèi)罩(26)構(gòu)成，該內(nèi)罩(26)被高壓容器(39)的一個(gè)圓柱形外罩(28)同心地包圍，在內(nèi)罩(26)和外罩(28)之間形成一個(gè)環(huán)形縫隙(27)；在第一空間(33)的外部和高壓容器(39)的內(nèi)部構(gòu)造有一個(gè)第三空間(35)，該第三空間通過環(huán)形縫隙(27)與第二空間(34)連通，及第三空間(35)與空氣輸出接管(29)通過一些單獨(dú)的連接裝置(30，36，38)這樣地連通，使在工作期間在第三空間(35)建立的壓力(p3)小于在第二空間內(nèi)的壓力(p2)。
文檔編號F22B1/26GK1745278SQ200480003120
公開日2006年3月8日 申請日期2004年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月29日
發(fā)明者穆斯塔法·優(yōu)素福 申請人:阿爾斯通技術(shù)有限公司