馭風空冷塔的製作方法

2023-05-18 01:51:06 1

專利名稱：馭風空冷塔的製作方法
技術領域：
本發明屬於熱交換領域，特別涉及以空氣為冷卻介質的自然通風空冷式發電的空冷塔裝置。
背景技術：
由於水資源的日益短缺，利用空氣通過金屬表面直接或間接冷凝汽輪機乏汽，能大幅降低火力電站和核能電站用水量的空冷式發電，正在世界各地尤其是中國日益興起。由於自然通風空冷式發電沒有機械通風空冷發電的風機電耗，而是利用穿過散熱器後溫度升高，熱空氣密度降低產生的升力，不斷的抽取散熱器前面的冷空氣穿過散熱器帶走散熱器散發的熱量，具有更好的經濟效益，人們從感情上更傾向於自然通風空冷式發電，所以在我國最初引進的空冷式發電裝置，大多是自然通風型的空冷電站。然而由於中國三北地區正好處於北半球西風帶上，一年累計吹風時間，有的地區長達數千小時，當地面10米高程風速達到每秒4米以上時，將使直徑100餘米左右的空冷塔底部圓周外圍的大氣壓力出現數十帕斯卡的差異迎風面空氣壓力比無風時高8帕斯卡以上，背風面低於無風時6帕斯卡以上，在空冷塔兩側，由於風速最高，其大氣壓力更低於無風時的大氣壓力15帕斯卡以上，使空冷塔沿周方向出現數10帕斯卡以上的不平衡，嚴重破壞了空冷塔圓周方向進風的均勻性。在塔內下部，在如圖1，圖2所示的塔的下部，迎風面的風在高風壓的作用下，吹過百葉窗和換熱翅片管，在塔內底部形成大範圍的平面播散運動，甚至直接吹向空冷塔背風面和側風面的換熱翅片管背面，使塔內壓力升高，降低背風面和側風面散熱器的進風壓差動力，不僅嚴重減少冷卻空氣進入側風方位和背風方位散熱器的流量，大大降低空冷效果； 而且由於強制吹進的風，其溫升遠低於設計值，其密度相對更高，在空冷塔內不能形成應有的抽風能力，又嚴重降低空冷塔的抽風能力，進而降低整個空冷塔的冷卻效果，導致汽機背壓升高，為安全計，這時空冷電廠只好降低有時甚至大幅度降低發電負荷，使本來經濟效益就不如溼冷發電的空冷式電廠處於效益更不好的運行狀態。在塔頂，大風的出現不僅破壞熱空氣在塔出口的上升流動，而且由於塔外風的溫度通常低於塔內10°c以上，密度大於塔內，致使每秒4米以上風速的空氣，在吹越塔頂直徑數十米乃至百餘米不受阻擋的自由行程內，在塔頂出現下沉流動，甚至是向下流動，進而增加，有時甚至嚴重增加塔內熱空氣在塔頂的出口阻力；同時下沉的冷空氣與上升的熱空氣混合，既降低上升熱空氣的溫度，又低熱空氣的有效高度，進而又降低空冷塔的抽風能力。由於空氣熱容低，空冷式發電需要的冷卻空氣量十分巨大，大中型空冷塔下面周圍布置的散熱器和空冷塔出口直徑通常都在一百米左右的大尺度範圍；空冷塔的絕對高度通常必須在一百米以上，否則，熱空氣在空冷塔產生的抽力就不足以克服冷卻空氣穿過換熱翅片管形成的阻力，驅使設計所需要的巨量冷卻空氣，來移走汽機排出的蒸汽在翅片管內冷凝而放出的潛熱。由於現行空冷塔巨大的自由出口和內部從塔底到塔頂的巨大自由空間，為自然風從塔頂自由進入和塔底進風在塔內大範圍自由流動提供了條件。所以現行的自然通風型空冷塔的熱力抽風流場極易受到環境風的破壞，而惡化凝汽式發電機組的冷端效果，嚴重降低其空冷式發電的經濟效益。由於空冷電廠環境自然風的客觀存在，和現行空冷塔空冷塔僅僅適合無風或微風環境的結構，導致了這類自然通風的空冷式發電廠僅在我國陝西大同、太原、陽城和內蒙豐鎮幾個地區，總計建設了 9套共計2200Mw裝置，還不到我國空冷電廠總量的3%的規模。

發明內容
本發明的目的就是向社會公開一種能克服，現行自然通風空冷塔在自然風環境下，進風嚴重不均勻缺點的馭風空冷塔，以充分利用自然風的特性和自然通風空冷塔，不需要動力裝置驅動冷卻空氣的優點，降低空冷式發電的能耗和成本。本案的馭風空冷塔結構特徵a是如附圖3所示，在空冷塔的底部設置中心風筒2 和設置以小隔幕7為起點，以散熱器3為終點的徑向分隔幕4，將空冷塔內的圓形空間，分隔成若干個使風互不流動的單元格5，分隔幕4的高度是由地面起至風筒1頂部；本案的馭風空冷塔結構特徵b是將風筒1頂部的每一個單元格5及中心風筒2 再分隔成若干更小的具有閉合垂直面9的出氣格6，每個出氣格6的通氣截面積可在3 10平方米，組成出氣格6的閉合垂直面9的高度為出氣格6周長的1 2倍。本案的馭風空冷塔結構特徵c是中心風筒2由數量與單元格5相同的小隔幕7 圍成筒形，與每一個單元格5之間的小隔幕7的下部設有可以開或閉的進風門8。本案的馭風空冷塔的結構特徵d是在出氣格6下部的風筒1的上部11區域，設置出氣門I，出氣門的形狀可以為附圖8所示的上下旋轉開閉的門式結構，可以為附圖9所示的上下開閉的捲簾門結構，可以為附圖10所示的左右開閉的推拉門，或圓門等結構。本案的馭風空冷塔的結構特徵e是徑向分隔幕4和小隔幕7及出氣格垂直面9 的構造為纖維織物，承載纖維織物的構造為纜索。本案的馭風空冷塔的結構特徵f是採用上述結構的馭風空冷塔的外形形狀可以為圓筒形、雙曲線形、橢圓形、腰形、多邊形或矩形。本案的馭風空冷塔的結構特徵g是中心風筒2的面積約空冷塔內面積約為 1/13，其的下部設計為擴大結構，其直徑為中心風筒的2 3倍，或面積為空冷塔內圓面積的1/13 1/3，用以滿足布置煙氣脫硫裝置的佔地需求。擴大部份的高度以能布置其煙氣脫硫裝置即可，約為散熱器高度的30 % 130 %。採用具有上述結構的馭風空冷塔的空冷塔具有以下積極效果。採用上述具有單元格5結構的馭風空冷塔後，一年四季任意方向的強風吹過塔底的散熱器3進空冷塔1後，由於塔底分隔幕4的存在，就不可能播散性的吹向分隔幕以外的其它位置的散熱器，阻礙其它散熱器的冷風吹入，降低其冷卻效果。這樣，任意方向的進風都只能在分隔幕限定的單元格範圍內向上流動。設置單元格5可有效降低空冷塔迎風面的進風量。空冷塔迎風面風壓高，初始動能大，雖有百葉窗10的控制，通常還是會進風多，與散熱器接觸時間短，其溫升相對低，密度大，其熱力抽風能力減弱，且不可能擠佔其它散熱器進風的上升空間和降低其它散熱器所進風的溫度，只能在自己的單元格裡上升，加之阻力與流速的平方關係，所以設置單元格後，迎風面的進風在空冷塔的出口，其動能損失將明顯增加，兩種削弱進風量因素共同作用，可有削弱低空冷塔迎風面的強制進風量。設置單元格5有利於側風方位的散熱器增加進風量。空冷塔側風方位，風沿空冷塔切線流動速度快近一倍，使散熱器進風壓力低於無風時段，由於分隔幕的存在，沒有其它方向進風的幹擾。雖然風壓低的側風方位的散熱器的進風少，風速低，但塔出口動能損失小，加之流量相對小，在其散熱器中滯留時間長，溫升相對高，密度低，升力大，兩項增加進風量因素的共同作用，其相對抽風能力，將會沒有分隔幕明顯增加，其冷卻效果得到改善。設置單元格5有利於背風方位的散熱器增加進風量。空冷塔背風面風壓低於迎風面，進風相對少，溫升相對高，由於分隔幕的存在，既不能與其它的入塔進風交換熱量，降低溫度，也沒有迎風面吹來的播散風的阻礙，其抽風能力也將比不設單元格強；所以，在塔底採用徑向分隔幕4設置單元格5結構後，有效削弱了穿過散熱器的迎風面大風對其它散熱器進風的阻礙，能有效提高整個自然通風空冷塔的進風均勻性和進風量，尤其對增加空冷塔在夏天的冷卻效果十分有益。採用上述具有出氣格6結構的空冷塔出口結構後，由於出氣格6垂直面9的存在， 不僅有效阻滯了空冷塔頂部的水平大風，在穿越塔頂時進入空冷塔向下流動的趨勢，而且有效消除了空冷塔內上升的熱空氣，與吹入的冷空氣間的的大範圍混合，而降低熱空氣升力的有害作用，保證了空冷塔內熱空氣的有效高度和抽力；由於出氣格6當量直徑小於空冷塔數十倍，熱空氣在其中的雷諾數也小於原空冷塔熱空氣上升流動的雷諾數數十倍，因而減小了熱空氣的內能消耗，同時出氣格的分隔作用，還將原空冷塔大尺寸紊亂的空冷塔出氣流場，直接整理成了平行上升運動的羽狀出氣流場，這對在大風環境下運行的空冷塔保證其抽風能力也十分有用。由於穿越塔出口直徑區域的水平風路徑長，要吹動的塔出口熱空氣多，相對阻力大，其風速自然會降低，而穿越空冷塔出口邊沿區域的水平風路徑短，要吹動的塔出口熱空氣少，其流速自然快。由此可知，吹越空冷塔頂部截面的水平風速，是與風向平行的空冷塔出口直徑對稱分布的，其風速與空冷塔平行風向的直徑的垂直距離成正比。由流體力學理論可知，流速越高，垂直於流動方向上的壓力就越低，接近空冷塔側風方向的的塔頂風速高，其垂直於流動風向上的壓力就相對更低，在採用了本案出氣格結構的空冷塔後，這一低壓作用，將有利於減少由空冷塔側風區域出氣格流出的熱風阻力，增加側風區域散熱器的進風量，改善其散熱器的冷卻效果。中心風筒2結構的設計，進一步改善了側風方位的進風量和和傳統空冷塔中央冷空氣下沉的狀況。由數量與單元格5相同的小隔幕7圍成圓筒形中心風筒2，設計面積與一個單元格相當。當把與側風方位相隔的小隔幕7下部可以開閉的進風門8打開後，側風方位的單元格的溫度相對更高的熱風就會進入中心風筒，利用中心風筒的上升通道升入塔頂，這不僅使側風方位的進風有更大的升氣截面，使氣流速降低，熱風在空冷塔出口的動能損失減小，進而增加進風量，改善側風方位的散熱器的冷卻效果，而且由於中心風筒出口氣溫度高，還有效解決了傳統空冷塔，頂部冷空氣從塔中央下沉流動的難題。如圖5所示，將側風方位單元格相關的4個小隔幕7下部的進風門8打開後，4個側風方位的單元格就增加了四分之一的升氣截面，理論計算表明，其出口動能消耗將減少 36%。在風筒11區域設置出氣門I將實現空冷塔在自然風環境下，空冷塔進風均勻。根據流體繞流圓柱體的流體力學和空氣動力學理論及風速隨高度變化的統計規律計算，當地面10米高度風速4m/s風速時，由於風速隨高度增加的客觀規律，將致使塔筒側風面和背風面上部100米位置的壓力將比下部的壓力減少691^。由於這一低壓值的存在，出氣門打開後，將使該單元格從底部升上來的熱氣從開啟的出氣門大量迅速流出，由於流體內部壓力的傳遞作用，將使該單元底部的壓力明顯降低，從而使該單元格的散熱器進出口壓差和進風量大幅增加，冷卻能力效果得到徹底的改
口 ο由於空冷塔100米高處側風面、背風面在風環境下的增加的負壓值，與散熱器在無風環境正常運行的通風阻力大體相當，根據散熱器的通風阻力與風量的關係可知，採用在空冷塔上部適當位置開啟出氣門後，將使其散熱器前後的壓差大於無風環境的進風壓差，一倍左右，增可加風量50%左右，完全超額彌補了側、背風面的自然風帶的進風量減少的不利影響。所以實際操作中，可以通過調節側風面至背風面不同方位角上單元格散熱器進口百葉窗的開度，或空冷塔上部的出氣門的開度，來調節對應單元格散熱器的進風量，以保證空冷塔的正常運行。採用本案設計的馭風空冷塔結構後，由理論分析和計算可知，在3 19m/s風速條件下，將使現有空冷塔的進風不均勻性由士 40%以上減少到士 5%以下，並同時有效增加空冷塔的進風總量，從而可有效降低汽機背壓並減小其波動幅度，有效改善了自然通風空冷凝汽式發電機組的冷端效果，降低其單位kwh能耗、碳排量，增加自然通風空冷式發電的經濟效益。中心風筒2下部採用擴大設計，為煙氣脫硫裝置布置於馭風空冷塔內提供了條件，使馭風空冷塔能夠應用於需要在塔內提供煙氣脫硫裝置場地的用戶。總之，由於馭風空冷塔在現行的空冷塔內設置了單元格5整理塔底進氣流場；出氣格6整理塔頂出氣流場；中心風筒2防止塔中央冷氣倒灌；出氣門I將空冷塔上部背、側背風面負壓值引入對應單元格的結構，規範並優化了空冷塔的空氣動力學和熱力學流場， 有效消除了自然風對自然通風空冷塔用於空冷式發電所呈現的缺點。採用纖維織物和纜索結構構造分隔幕4、小隔幕7及出氣格垂直面9，不僅有效實現馭風空冷塔馭風的目標，還由於其質量輕、強度高、環境耐侯性能好、造價低廉，成型及安裝施工簡單，維護檢修方便，從而極大地降低了馭風空冷塔整流其空氣流場的成本，為降低自然通風空冷式發電成本及馭風空冷塔的推廣普及創造重要條件。


附圖1，為現行空冷式發電廠自然通風空冷塔，空冷塔頂部遭受到大風從塔頂進入空冷塔，嚴重削弱空冷塔抽風能力的立面剖視圖。圖中1為風筒；箭頭為空氣流向。
附圖2，為現行空冷式發電廠自然通風空冷塔，自然風在空冷塔底部內、外流動的流場俯視圖。圖中1為風筒；3為散熱器；10為百葉窗。附圖3，為採用分隔幕4和小隔幕7，將空冷塔分隔成單元格5和中心風筒2的結構圖，圖中1為風筒；2為中心風筒；3為散熱器；4為將空冷塔分隔成熱空氣只能在所轄範圍內流動的徑向分隔幕；5為本案用於僅限於與所對應的散熱器換熱後的熱風作上升流動的熱力抽風單元格；7為組成中心風筒閉合面的小隔幕；箭頭為空氣流向。附圖4，為反映空冷塔頂部出氣格及垂直面9結構和中心風筒結構的立面剖視圖。圖中1為風筒；2為中心風筒；6為出氣格；7為組成中心風筒閉合面的小隔幕；9為組成出氣格6的閉合垂直面；11為在風筒上部設置出氣門的區域；I為出氣門放大圖位置，具體放大圖結構見附圖8、附圖9、附圖10 ；A-A剖視見附圖5;B-B剖視見附圖7;箭頭為空氣流向。附圖5，為反映在吹風環境下運行的，組成中心風筒的小風幕7下部的進風門8處於開啟狀態的整流空冷塔的A-A視圖(即附圖4的A-A剖視圖)，圖中的進氣門還可以採用其它有利於進氣的開啟方式。圖中1為風筒；3為散熱器；4為將空冷塔分隔成熱空氣只能在所轄範圍內流動的分隔幕；5為本案用於僅限於與所對應的散熱器換熱後的熱風，作上升流動的熱力抽風單元格；7為組成中心風筒閉合面的小隔幕；
8為開啟狀態的進風門；箭頭為空氣流向。附圖6，為反映空冷塔頂部出氣格結構的整流空冷塔俯視圖。圖中；1為風筒；4為將空冷塔分隔成熱空氣只能在所轄範圍內流動的分隔幕；6為出氣格；7為組成中心風筒閉合面的小隔幕；9為組成出氣格6的閉合垂直面。附圖7，為附圖4中的B-B剖視圖，表示在自然風環境下由於空冷塔上部風速大，側風面、背風面負壓程度高，塔底背風面散熱器外的進風將從塔上部大量流出的示意圖。箭頭為空氣流向。附圖8，為附圖4中採用門軸旋轉開閉結構的出氣門I的放大圖，。圖中1為風筒；12為出氣門門框；13 門軸；14可以開閉的風門。附圖9，為附圖4中採用捲簾開閉結構的出氣門I的放大圖。圖中1為風筒；12為出氣門門框；15捲簾軸；16阻隔空氣進出的風簾17張緊風簾並可以在門框中上下滑動的墜條。附圖10，為附圖4中採用左右水平推拉開閉結構的出氣門I的放大圖。11為在風筒上部設置出氣門的區域；18為出氣門洞;19可以左右推拉阻隔空氣進出的風門C為風筒出氣門區域以上風筒壁；d為風筒出氣門區域以下風筒壁。附圖11為中心風筒2下部採用直徑擴大設計結構的示意圖。圖中1為風筒；2為中心風筒；3為散熱器6為出氣格；7為組成中心風筒閉合面的小隔幕；9為組成出氣格6的閉合垂直面；
11為在風筒上部設置出氣門的區域；20中心風筒2的擴大設計示意I為出氣門放大圖位置，具體放大圖結構見附圖8、附圖9、附圖10 ；A-A剖視見附圖5;B-B剖視見附圖7;箭頭為空氣流向。
具體實施例方式1，將滌綸布(本實施例纖維織物採用滌綸布)固定在能承載相應重量的纜索上， 並連接成具有徑向分隔幕寬度(散熱器與中心風筒間的徑向距離)和空冷塔高度的的分隔幕。分隔幕數量與所要分隔的單元格相同，其數量本實施例為12個；2，將滌綸布固定在纜索上，並連接成具有中心風筒直徑和空冷塔高度的中心風筒；在其中心風筒的下部圓周的滌綸布上，再布置可以控制空氣進入或不能進入的進風門， 進風門的寬與相連的單元格端同寬，進風門的高度與分隔幕的寬度尺寸相同，其進風門數量與單元格相同；3，將能承載出氣格滌綸布重量的纜索編結成六邊形出氣口尺寸的網格，其網格總平面的尺寸與單元格水平截面面尺寸相同。4，將構造出氣格垂直面的滌綸布固定在六邊形網格上；5，將設計數量為12條承載分隔幕的纜索的一端與承載中心風筒的纜索連接後， 再將固定了出氣格的六邊形網格布滿每個單元格，最後將中心風筒的出氣端連接上六邊形出氣格網。使之成為具有升氣單元格、中心風筒和出氣格構造的物件。6，將12條承載分隔幕的纜索的另一端分別固定在已做好的空冷塔頂端的相應位置，將分隔幕下端固定在地面相應位置上，將分隔幕與空冷塔壁相近的邊沿固定在塔壁上； 中心風下端固定在地面上相應位置上。7，出氣門I組件在風筒布置於風筒1的11區域安裝後，採用遙控方式控制出氣門的空氣流通截面積，來調節出氣門的開啟度或開關並與塔底同一單元格的百葉窗配合，實現對側、背風面散熱器冷卻風量的控制。通過以方式上操作實施，即完成了馭風空冷塔的整流馭風構件結構的成型與安裝。使在風環境下運行的空冷塔實現了馭風空冷塔的目的。
權利要求
1.馭風空冷塔，包含散熱器、風筒、進風口、頂部出風口等構成，其特徵在於在空冷塔內及風筒上構造單元格(5)、中心風筒O)、出氣門(I)、出氣格(6)結構。
2.根據權利要求1所述的馭風空冷塔，其特徵在於，單元格(5)結構由徑向分隔幕 G)，小隔幕(7)及對應散熱器(3)、風筒(1)的筒壁、出氣門(I)、出氣格(6)構造而成，分隔幕⑷和小隔幕⑵的高度是由塔內地面至風筒⑴頂部。
3.根據權利要求1所述的馭風空冷塔，其特徵在於，中心風筒O)由數量與單元格(5) 相同的小隔幕(7)圍成筒形，組成每一個單元格(5)的小隔幕(7)的下部設有進風門(8)， 中心風筒O)的出氣截面積與一個單元格(5)出氣截面積之比為 1.0。
4.根據權利要求1所述的馭風空冷塔，其結構特徵在於，出氣門(I)設置在出氣格6下部的風筒1上部的11區域，出氣門結構為上下旋轉開閉的門式結構、捲簾門結構、左右開閉的推拉門、圓門結構，每個單元格的出氣門(I)的最大開啟總截面積為一個單元格出氣面積的0.6倍。
5.根據權利要求1所述的馭風空冷塔，其特徵在於，風筒(1)頂部的每一個單元格(5) 及中心風筒( 分隔成若干閉合垂直面(9)構成的出氣格(6)，每個出氣格(6)的通氣截面積為2 10平方米，組成出氣格(6)的閉合垂直面(9)的高度為一個出氣格(6)周邊總長的1 2倍。
6.根據權利要求1所述的馭風空冷塔，其特徵在於，徑向分隔幕⑷和小隔幕(7)及出氣格(6)的垂直面(9)的構造為纖維織物，承載纖維織物的構造為纜索。
7.根據權利要求1所述的馭風空冷塔，其特徵在於，馭風空冷塔的外形形狀為圓筒形、 雙曲線形、橢圓形、腰形、多邊形或矩形。
8.根據權利要求1所述的馭風空冷塔，其特徵在於，單元格(5)的數量為4 20個。
9.根據權利要求1所述的馭風空冷塔，其特徵在於，中心風筒2的下部為擴大結構 (20)，其面積為空冷塔內面積的1/13 1/3，擴大結構00)高度為散熱器高度的30% 130%。
全文摘要
馭風空冷塔，本發明屬於熱交換領域，特別涉及以空氣為冷卻介質的自然通風空冷式發電的空冷塔裝置。當地面10米高程風速達到每秒4米以上時，將使空冷塔底部圓周外圍的大氣壓力出現數十帕斯卡的差異，嚴重破壞了空冷塔圓周方向進風的均勻性，進而嚴重影響空冷塔冷卻效果和空冷式發電經濟效益。本發明採用在空冷塔內構造分徑向分隔幕、單元格、中心風筒、出氣門及出氣格結構，對空冷塔內及出口空氣流場進行隔風整流，並引入空冷上部塔側、背風面的負壓，改善現行自然通風空冷塔在風環境下，進風嚴重不均勻且風量減少的狀況，以充分利用自然通風空冷塔，不需要動力裝置驅動冷卻空氣的優點，降低空冷式發電的能耗和成本。
文檔編號F28F1/02GK102374801SQ20101025943
公開日2012年3月14日 申請日期2010年8月23日 優先權日2010年8月23日
發明者李寧 申請人:李寧