CN111852870A - 一种燃煤电站真空泵多级冷却水***及冷却方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种燃煤电站真空泵多级冷却水***及冷却方法,它包括真空泵本体(1)、气水分离器(2)两个主体设备,前置冷却器(3)、一级换热器(4)、二级换热器(5)共三级冷却装置,凝结水(7)、闭式循环水结构(8)、开式循环水(9)、空调冷冻水(10)共四级冷却水源。所述的四级冷却水源中凝结水(7)注入前置冷却器(3),剩余温度相对较高的冷却水源注入一级换热器(4),温度相对较低的冷却水源注入二级换热器(5)。本发明克服了真空泵在部分工况冷却效率不高导致的出力不足、汽蚀、停机等安全问题的缺点,具有使真空泵冷却水温在不同季节、不同温度、不同工况下实现多级、高效调节的优点。
Description
技术领域
本发明涉及到能源、化工技术研究的技术领域,更加具体来说一 种燃煤电站真空泵多级冷却水***及冷却方法。
背景技术
液环真空泵主要用于真空的形成过程,由于其具有接近等温压 缩、对粉尘不敏感、吸入气体可以夹带液体或大量水蒸气的优点,其 在电力、化工、造纸等行业领域应用广泛。具体于电力行业,真空泵 主要用于建立以及维持冷凝器真空。
液环泵在运行时,由于机械能的释放,抽入气体的凝结放热导致 工作液温度不断上升,从而致使泵体内发生汽蚀,液环泵的性能降低 甚至关键部件损坏。因此,在液环泵运行的过程中需要不断冷却工作 液,以维持真空泵工作温度。用来冷却工作液的液体通常称为冷却液 或冷却水。
大部分电厂采用开式循环水或者闭式循环水结构作为真空泵冷 却水源。然而在夏季工况,气温升高将导致上述两路冷却水温度同步 升高,部分电厂冷却液无法满足真空泵冷却需求,从而导致了真空泵 汽蚀甚至电厂停机等严重运行事故。
因此,根据环境温度变化提供多级冷却水源,研究多级可调的真 空泵冷却水***和方法已成为当务之急。
发明内容
本发明的第一目的在于克服上述背景技术的不足之处,而提出一 种燃煤电站真空泵多级冷却水***。
本发明的第一目的是通过如下技术方案来实施的:一种燃煤电站 真空泵多级冷却水***,它包括真空泵本体、气水分离器、前置冷却 器、一级冷却器、二级冷却器、气水混合物、排气、回流工作液、凝 结水结构、闭式循环水结构、开式循环水结构、空调冷冻水结构、凝 结水回水结构、闭式循环水回水结构、开式循环水回水结构、空调冷 冻水回水结构和阀门;
所述的真空泵本体上设置有气液入口、气液出气口和工作液回水 口;所述的气水分离器上设置有气水入口、气体出口、工作液出口和 溢流口;所述的前置冷却器上设置有气水入口、气水出口、冷却液 入口和冷却液出口;所述的一级冷却器上设置有工作液入口、工作 液出口、冷却液入口和冷却液出口;所述的二级冷却器上设置有工 作液入口、工作液出口、冷却液入口和冷却液出口;
所述前置冷却器上设置的气水出口通过管道与所述真空泵本体 上设置的气液入口相连接;所述真空泵本体上设置的气液出口通过管 道与所述气水分离器的气水入口相连接;所述的气水分离器的工作液 出口通过管道与所述一级冷却器的工作液入口相连接;所述的一级冷 却器的工作液出口通过管道与所述二级冷却器的工作液入口相连接, 所述二级冷却器的工作液出口通过管道与所述真空泵本体的工作液 回水口相连接;
所述的凝结水结构、闭式循环水结构、开式循环水结构、空调冷 冻水结构、凝结水回水结构、闭式循环水回水结构、开式循环水回水 结构和空调冷冻水回水结构的管道上均设置有阀门。
在上述技术方案中:所述的前置冷却器的冷却液入口上外接有凝 结水结构,所述的冷却液出口外接有凝结水回水结构。
在上述技术方案中:所述的一级冷却器和二级冷却器的冷却水入 口均设置有三路冷却水源,分别为闭式循环水结构、开式循环水和空 调冷冻水;且冷却水出口设置有相对应的闭式循环水结构回水结构、 开式循环水回水结构和空调冷冻水回水结构。
本发明的第二目的在于克服上述背景技术的不足之处,而提出一 种燃煤电站真空泵多级冷却水***的冷却方法。
本发明的第二目的是通过如下技术方案来实施的:一种燃煤电站 真空泵多级冷却水***的冷却方法,它包括如下步骤;
①、待处理的高温气水混合物首先通过所述的气水入口进入前置 冷却器内,所述的前置冷却器一侧设置的凝结水结构,所述的凝结水 结构喷出凝结水通过冷却液入口进入前置冷却器内与高温的气水混 合物进行喷淋换热,换热后气水混合物继续从冷却器顶部的出气口进 入至真空泵本体中,换热气水混合物形成的液体从冷却器底部的冷却 液出口排至凝结水回水结构中;
②、步骤①处理后的气水混合物通过真空泵气水入口进入真空泵 本体(1)进行压缩抽吸;随后通过气水入口进入所述的气水分离器中, 在所述的气水分离器内完成气液分离后气体通过气水分离器顶部的 排气口排出,一部分液体作为工作液通过气水分离器底部的工作液出 口排出入至所述的一级换热器中,另一部分液体通过气水分离器侧面 的溢流口排出;
③、步骤②处理后的回流工作液进入一级换热器后,根据现场环 境需求,与一级换热器上设置的闭式循环水结构或开式循环水结构或 空调冷冻水结构内喷出的工作液进行换热,换热后的回流工作液随后 从所述的工作液出口排出,并从所述的工作液入口进入至二级换热器 中;
④、步骤③处理后的回流工作液进入至二级换热器后,根据现场 环境需求,与设置在所述的二级换热器上设置的闭式循环水结构或开 式循环水结构或空调冷冻水结构喷出的工作液进行换热,换热后的回 流工作液通过所述的工作液出口排入所述的工作液回水口中,并最终 回流至真空泵。
⑤、循环步骤①至步骤④的过程直至达到真空泵本体换热要求。
在上述技术方案中:在步骤③中;进入一级换热器的冷却水源的 温度高于在步骤④中进入二级换热器的冷却水源。
在上述技术方案中:所述的一级换热器和二级换热器可采用板式 换热器或采用管式换热器。
本发明具有如下优点:
1、本发明设置有前置冷却器、一级换热器和二级换热器共三级 冷却设备,可根据工程具体情况灵活配置,具有较强的适应性和推广 性。
2、本发明中的三级冷却设备中,前置冷却器可降低抽汽温度, 减少其含水量,降低真空泵吸入热量并提升真空泵抽干空气能力。
3、本发明配置有凝结水、闭式循环水结构、开式循环水和空调 冷冻水共四级冷却水源,且四级冷却水源的温度由从15-35℃不等, 可根据不同季节、环境温度、运行条件以及冷却目标进行合理调配。
4、本发明在一级换热器中使用温度相对较高的冷却水源,在二 级换热器中使用温度相对较低的冷却水源,此设置最大程度降低了系 统换热端差,提升了总体换热效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为常规燃煤电站真空泵多级冷却水***流程图。
图3为本发明中的工作液温度与工作液循环流量的示意图。
图4为本发明中换热量与工作液循环流量的示意图。
图中:真空泵本体1、真空泵气水入口1.1、气水出气口1.2、 工作液回水口1.3、气水分离器2、气水分离器气水入口2.1、气体 出口2.2、工作液出口2.3、溢流口2.4、前置冷却器3、前置冷却器 气水入口3.1、气水出口3.2、冷却液入口3.3、却器冷却液出口3.4 、一级冷却器4、一级冷却器工作液入口4.1、工作液出口4.2、冷 却液入口4.3、冷却液出口4.4、二级冷却器5、二级冷却器工作液 入口5.1、工作液出口5.2、冷却液入口5.3、冷却液出口5.4、气水混合物6、排气6.1、回流工作液6.2、凝结水7、闭式循环水结构8 、开式循环水9、空调冷冻水10、凝结水回水11、闭式循环水结构 回水12、开式循环水回水13、空调冷冻水回水14、阀门15。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的的实施情况,但它们并不构成对 本发明的限定,仅作举例而已,同时通过说明本发明的优点将变得更 加清楚和容易理解。
参照图1-4所示:本发明一种燃煤电站真空泵多级冷却水***, 它包括真空泵本体1、气水分离器2、前置冷却器3、一级冷却器4、 二级冷却器5、气水混合物6、排气6.1、回流工作液6.2、凝结水结 构7、闭式循环水结构8、开式循环水结构9、空调冷冻水结构10、 凝结水回水结构11、闭式循环水结构回水结构12、开式循环水回水 结构13、空调冷冻水回水结构14和阀门15;
所述的真空泵本体1上设置有气液入口1.1、气液出气口1.2以 及工作液回水口1.3。所述的气水分离器2上设置有气水入口2.1、 气体出口2.2、工作液出口2.3以及溢流口2.4;所述的前置冷却器 3上设置有设置有气水入口3.1、气水出口3.2、冷却液入口3.3以及冷却液出口3.4。所述的一级冷却器4上设置有工作液入口4.1、 工作液出口4.2、冷却液入口4.3以及冷却液出口4.4;所述的二级 冷却器5上设置有工作液入口5.1、工作液出口5.2、冷却液入口5.3 以及冷却液出口5.4;
所述前置冷却器3的气水出口3.2通过管道与所述真空泵本体1 的气液入口1.1相连接;所述真空泵本体1的气液出口1.2通过管道 与所述气水分离器2的气水入口2.1相连接。所述气水分离器2的工 作液出口2.3通过管道与所述一级冷却器4的工作液入口4.1相连 接。所述一级冷却器4的工作液出口4.2通过管道与所述二级冷却器 5的工作液入口5.1相连接,所述二级冷却器5的工作液出口5.2通 过管道与所述真空泵本体1的工作液回水口1.3相连接;
所述的凝结水结构7、闭式循环水结构8、开式循环水9、空调 冷冻水10、冷凝回水11、闭式循环水结构回水12、开式循环水回水13、空调冷冻水回水14管道上均设置有阀门15。
所述前置冷却器3的冷却液入口3.3外接凝结水结构7,冷却液 出口3.4外接凝结水回水结构11;气水混合物6通过凝结水结构7 喷淋冷却后,其温度降低、含水量减少,可大幅降低后续真空泵的吸 入热量并提高其抽气性能。
所述的一级冷却器4和二级冷却器5的冷却水入口均设置有三路 冷却水源,分别为闭式循环水结构8、开式循环水结构9和空调冷冻 水结构10;冷却水出口相应设置有闭式循环水结构回水12、开式循 环水回水13和空调冷冻水回水14。上述三路冷却水源温度从15-35℃ 不等,可根据季节变化和现场需要进行合理调配,以全天候保证真空 泵所需冷却量。
本发明还包括一种冷却方法:一种燃煤电站真空泵多级冷却水系 统的冷却方法,它包括如下步骤;
①、待处理的高温气水混合物6首先通过所述的气水入口3.1进 入前置冷却器3内,与通过冷却液入口3.3进入前置冷却器3的凝结 水7进行喷淋换热,换热后气水混合物6继续从冷却器3顶部的出气 口3.2进入至真空泵本体1中,换热后的液体从冷却器3底部的冷却 液出口3.4排至凝结水回水11中;
②、步骤①处理后的气水混合物6通过真空泵气水入口1.1进入 真空泵本体1进行压缩抽吸;随后通过气水入口2.1进入所述的气水 分离器2,在所述的气水分离器2内完成气液分离后气体6.1通过罐 体顶部的排气口2.2排出,一部分液体6.2作为工作液通过气水分离 器2底部的工作液出口2.3排出入至所述的一级换热器4中,多余的 液体通过罐体侧面的溢流口2.4排出。
③、步骤②处理后的回流工作液6.2进入一级换热器4后,根据 现场环境需求,与一级换热器4上设置的闭式循环水结构8或开式循 环水9或空调冷冻水10进行换热,换热后的工作液6.2随后从所述 的工作液出口4.2排出,并从所述的工作液入口5.1进入至二级换热 器5。
④、步骤③处理后的回流工作液6.2进入至二级换热器5后,根 据现场环境需求,与设置在所述的二级换热器5上设置的闭式循环水 结构8或开式循环水9或空调冷冻水10进行换热,换热后的回流工 作液6.2通过所述的工作液出口5.2排入所述的工作液回水口1.3回 流至真空泵1。
⑤、循环步骤①至步骤④的过程直至达到真空泵本体1换热要 求。
在步骤③中进入一级换热器4的冷却水源是闭式循环水结构8、 开式循环水9、空调冷冻水10中温度相对较高的一路水源,在步骤 ④中进入二级换热器5的冷却水源是闭式循环水结构8、开式循环水 9和空调冷冻水10中的温度相对较低的一路水源。将温度较高的冷 却水源用于一级冷却器4中可最大限度减小换热端差提升***冷却 效率。
参照图1所示,所述的一级换热器4以及二级换热器5其形式可 采用板式换热器也可以采用管式换热器。两类换热器的换热效率和制 造成本有所不同,电厂可根据各自的气候条件、换热要求、投资额度 进行自主选择。
下面以某燃煤电厂实际运行参数为例,分别计算在相同工况下, 采用常规单级回水方式以及本方案多级回水方式的换热效率以及真 空泵工作液温度。
以某工程夏季工况真空泵运行案例为基准,已知:
本案例将进行四种工况的计算对比,以便更加直观体现本发明的 效果:
(1)工况一:采用常规单级回水方式,利用闭式水作为冷却液 对工作液进行换热。
(2)工况二:采用常规单级回水方式,利用开式水作为冷却液 对工作液进行换热。
(3)工况三:采用本发明所示多级回水方式,首先在前置冷却 器中用凝结水进行换热,真空泵后再利用温度相对较高的闭式水在一 次换热器中进行换热,然后利用温度相对较低的开式水在二次换热器 中进行换热。
(4)工况四:采用本发明所示多级回水方式,首先在前置冷却 器中用凝结水进行换热,真空泵后再利用温度相对较高的闭式水在一 次换热器中进行换热,然后利用温度最低的空调冷却水在二次换热器 中进行换热。
根据换热器原理,为方便计算,将各级换热器内进行的真空泵循 环工作液与凝结水/闭式水/开式水/空调冷却水的换热等效为平板逆 流换热,水的比热cp=4200J/(kg·℃)。由牛顿冷却定理分析可得, 换热量的计算公式如下:
Q=qm1cp(t1″-t1′)=qm2cp(t2′-t2″) (式1)
Q=kAΔtm (式2)
Nu=0.023Re0.8Prb (式4)
式中,Q为换热量,qm1为工作液循环流量,qm2为冷却水流量, cp为比热容,t1″为换热过后工作液的温度,t2″为换热过后冷却液的 温度,k为总换热系数,Δtm为换热平均温差,h为对流换热系数。
对于逆流换热,效能的计算式如下:
综合已知条件及式1至式6,应用效能-传热单元法求出了上述 四种工况下不同工作液循环流量的工作液温度及换热量,如表1~表4
表1工况一计算结果
表2工况二计算结果
表3工况三计算结果
表4工况四计算结果
将上述四个表中的数据汇总后如图3或图4所示:
上述计算结果表明,本发明公开的一种燃煤电站真空泵多级冷却水 ***在相同回水流量下其换热量较常规回水方式更大,工作液平均温 度更低,真空泵液环的冷却效果也更高。此外,其换热效率较常规回 水方式有明显提升,并可根据情况选择不同冷却液进行换热,大幅提 升了***工作效率。
上述未详细说明的部分均为现有技术。
Claims (6)
1.一种燃煤电站真空泵多级冷却水***,其特征在于:它包括真空泵本体(1)、气水分离器(2)、前置冷却器(3)、一级冷却器(4)、二级冷却器(5)、气水混合物(6)、排气(6.1)、回流工作液(6.2)、凝结水结构(7)、闭式循环水结构(8)、开式循环水结构(9)、空调冷冻水结构(10)、凝结水回水结构(11)、闭式循环水回水结构(12)、开式循环水回水结构(13)、空调冷冻水回水结构(14)和阀门(15);
所述的真空泵本体(1)上设置有气液入口(1.1)、气液出气口(1.2)和工作液回水口(1.3);所述的气水分离器(2)上设置有气水入口(2.1)、气体出口(2.2)、工作液出口(2.3)和溢流口(2.4);所述的前置冷却器(3)上设置有设置有气水入口(3.1)、气水出口(3.2)、冷却液入口(3.3)和冷却液出口(3.4);所述的一级冷却器(4)上设置有工作液入口(4.1)、工作液出口(4.2)、冷却液入口(4.3)和冷却液出口(4.4);所述的二级冷却器(5)上设置有工作液入口(5.1)、工作液出口(5.2)、冷却液入口(5.3)和冷却液出口(5.4);
所述前置冷却器(3)上设置的气水出口(3.2)通过管道与所述真空泵本体(1)上设置的气液入口(1.1)相连接;所述真空泵本体(1)上设置的气液出口(1.2)通过管道与所述气水分离器(2)的气水入口(2.1)相连接;所述的气水分离器(2)的工作液出口(2.3)通过管道与所述一级冷却器(4)的工作液入口(4.1)相连接;所述的一级冷却器(4)的工作液出口(4.2)通过管道与所述二级冷却器(5)的工作液入口(5.1)相连接,所述二级冷却器(5)的工作液出口(5.2)通过管道与所述真空泵本体(1)的工作液回水口(1.3)相连接;
所述的凝结水结构(7)、闭式循环水结构(8)、开式循环水结构(9)、空调冷冻水结构(10)、凝结水回水结构(11)、闭式循环水回水结构(12)、开式循环水回水结构(13)和空调冷冻水回水结构(14)的管道上均设置有阀门(15)。
2.根据权利要求1所述的一种燃煤电站真空泵多级冷却水***,其特征在于:所述的前置冷却器(3)的冷却液入口(3.3)上外接有凝结水结构(7),所述的冷却液出口(3.4)外接有凝结水回水结构(11)。
3.根据权利要求1或2所述的一种燃煤电站真空泵多级冷却水***,其特征在于:所述的一级冷却器(4)和二级冷却器(5)的冷却水入口均设置有三路冷却水源,分别为闭式循环水结构(8)、开式循环水(9)和空调冷冻水(10);且冷却水出口设置有相对应的闭式循环水结构回水结构(12)、开式循环水回水结构(13)和空调冷冻水回水结构(14)。
4.根据权利要求1-3中任意一项权利要求所述的一种燃煤电站真空泵多级冷却水***的冷却方法,其特征在于:它包括如下步骤;
①、待处理的高温气水混合物(6)首先通过所述的气水入口(3.1)进入前置冷却器(3)内,所述的前置冷却器(3)一侧设置的凝结水结构(7),所述的凝结水结构(7)喷出凝结水通过冷却液入口(3.3)进入前置冷却器(3)内与高温的气水混合物(6)进行喷淋换热,换热后气水混合物(6)继续从冷却器(3)顶部的出气口(3.2)进入至真空泵本体(1)中,换热气水混合物(6)形成的液体从冷却器(3)底部的冷却液出口(3.4)排至凝结水回水结构(11)中;
②、步骤①处理后的气水混合物(6)通过真空泵气水入口(1.1)进入真空泵本体(1)进行压缩抽吸;随后通过气水入口(2.1)进入所述的气水分离器(2)中,在所述的气水分离器(2)内完成气液分离后气体(6.1)通过气水分离器(2)顶部的排气口(2.2)排出,一部分液体(6.2)作为工作液通过气水分离器(2)底部的工作液出口(2.3)排出入至所述的一级换热器(4)中,另一部分液体通过气水分离器(2)侧面的溢流口(2.4)排出;
③、步骤②处理后的回流工作液(6.2)进入一级换热器(4)后,根据现场环境需求,与一级换热器(4)上设置的闭式循环水结构(8)或开式循环水结构(9)或空调冷冻水结构(10)内喷出的工作液进行换热,换热后的回流工作液(6.2)随后从所述的工作液出口(4.2)排出,并从所述的工作液入口(5.1)进入至二级换热器(5)中;
④、步骤③处理后的回流工作液(6.2)进入至二级换热器(5)后,根据现场环境需求,与设置在所述的二级换热器(5)上设置的闭式循环水结构(8)或开式循环水结构(9)或空调冷冻水结构(10)喷出的工作液进行换热,换热后的回流工作液(6.2)通过所述的工作液出口(5.2)排入所述的工作液回水口(1.3)中,并最终回流至真空泵(1)。
⑤、循环步骤①至步骤④的过程直至达到真空泵本体(1)换热要求。
5.根据权利要求4所述的一种燃煤电站真空泵多级冷却水***的冷却方法,其特征在于:在步骤③中;进入一级换热器(4)的冷却水源的温度高于在步骤④中进入二级换热器(5)的冷却水源。
6.根据权利要求4一种燃煤电站真空泵多级冷却水***的冷却方法,其特征在于:所述的一级换热器(4)和二级换热器(5)可采用板式换热器或采用管式换热器。
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