ГИБРИДНЫЙ КОНДЕНСАТОР Российский патент 2017 года по МПК F28B5/00 

Область техники

Настоящее изобретение относится к важному элементу, так называемому гибридному конденсатору водосберегающих систем сухого/мокрого охлаждения, используемых, главным образом, для охлаждения циклов электростанций.

Уровень техники

Поверхностный конденсатор, широко используемый при охлаждении электростанций, известен более ста лет. Паровые турбины, оснащенные поверхностным конденсатором, можно охлаждать посредством мокрых, то есть испарительных систем охлаждения, или посредством системы сухого охлаждения. Центральный элемент системы, описанной в документе FR 877696, защищающем изобретение профессора Ласло Геллера (Laszlo Heller), представляет собой, так называемый, контактный конденсатор (то есть смешивающий конденсатор), который можно использовать в циклах электростанций вместо традиционного поверхностного конденсатора. Указанный контактный конденсатор обеспечивает более эффективное сухое (воздушное) охлаждение. Реализуемую при этом систему обычно называют системой Геллера.

В данной области техники неоднократно рассматривали возможность совместного использования поверхностных и контактных конденсаторов в комбинированных системах мокрого/сухого охлаждения. В большинстве связанных с этим публикаций отсутствуют реальные конструктивные решения для гибридного конденсатора. В одном из первых патентных документов, относящихся к комбинированным системам мокрого/сухого охлаждения, US 3635042 дополнительно раскрыт конденсатор в принципиальной схеме системы охлаждения, при этом впрыск охлаждающей воды системы сухого охлаждения происходит в корпусе поверхностного конденсатора. Аналогичная принципиальная схема представлена в документе US 3831667. В данном случае согласно фиг. 1 охлажденная вода, поступающая из контура сухого охлаждения, впрыскивается в более высокой зоне относительно труб поверхности охлаждения, связанной с контуром мокрого охлаждения. Известная конструкция, в которой один блок расположен над другим, не является предпочтительной, поскольку на трубы выливается количество воды, примерно в пятьдесят раз превышающее количество конденсата, образующегося снаружи от труб поверхностного конденсатора. Таким образом, путь прохождения потока пара между трубами большей частью заблокирован, при этом охлаждающий эффект труб поверхностного конденсатора ухудшается, поскольку вследствие конденсации части пара уже нагретая вода, поступающая из контура сухого охлаждения, функционирует в качестве изоляционного слоя между стенкой труб, охлажденных изнутри, и еще не сконденсированным паром.

В документе US 6233941 B1 описан гибридный конденсатор, связанный с, так называемой, мокрой/сухой градирней, конденсирующей отходящий пар, а также представлена соответствующая конструктивная схема. На фиг. 2 указанного документа изображено два конденсаторных блока, расположенных в отдельных корпусах, что не только приводит к дополнительным расходам, но также вызывает дополнительное падение давления, то есть снижение эффективности, вследствие разветвления расширяющегося пара. На фиг. 1 указанного документа представлено решение, согласно которому блок поверхностного конденсатора и блок контактного конденсатора расположены в одном корпусе. Часть пара, выходящего из турбины, конденсируется на поверхностном конденсаторе, причем указанная часть потока пара первой подвергается охлаждению. Пар, который при этом не конденсируется, и пар, который обходит поверхностный конденсатор, конденсируются в пространстве, занимаемом контактным конденсатором. Линейное расположение конденсаторных блоков значительно увеличивает требуемое поперечное сечение конденсатора, что приводит к повышению его стоимости. Известную конструкцию можно использовать в лучшем случае только в комбинированном мокром/сухом режиме работы, в результате чего режим сухого охлаждения в чистом виде, предпочтительный в условиях холодной погоды, когда требуется функционирование только блока контактного конденсатора, является неэффективным. Блок поверхностного конденсатора содержит традиционно применяемые элементы, а блок контактного конденсатора соответствует конструкции контактного конденсатора Геллера. Согласно известному из уровня техники решению между блоком поверхностного конденсатора и блоком контактного конденсатора предусмотрена пароотбойная стенка, которая предназначена для того, чтобы частично повернуть путь прохождения пара в противоток воде, поступающей в контактный конденсатор. При этом следует отметить, что, поскольку указанная пароотбойная стенка установлена на пути потока пара, направленного к контактному конденсатору, использование такой пароотбойной стенки приводит к значительному падению давления пара. Кроме того, недостаток такой конструкции заключается в том, что пар вводится в блок контактного конденсатора в виде вихревого потока после неоднократных изменений направления, что также снижает эффективность конденсаторного блока.

В документе WO 2011/067619 A2 раскрыта система мокрого/сухого охлаждения, направленная на обеспечение значительной годовой экономии воды по сравнению с системой мокрого охлаждения в чистом виде. Согласно указанному документу два отдельных контура сухого и мокрого охлаждения могут проходить частично через водо-водяные теплообменники и частично через гибридный конденсатор. Большая годовая экономия воды (от 70 до 90% по сравнению с системой мокрого охлаждения в чистом виде) требует функционирования системы охлаждения как в чисто сухом, так и в переменном мокром режимах. Одним из наиболее важных компонентов системы является гибридный конденсатор, который содержит в одном корпусе и контактный конденсатор, использующий охлаждающий эффект контура сухого охлаждения, и поверхностный конденсатор, использующий охлаждающий эффект контура мокрого охлаждения. Указанный документ не содержит информацию о предпочтительной конструкции и дизайне гибридного конденсатора.

В ряде документов представлены отдельные варианты исполнения контактных или поверхностных конденсаторов, а также их вспомогательного оборудования. Например, в документе DE 1014568 раскрыто оборудование для сброса пара турбины в поверхностный конденсатор. Из документа US 3520521 известны секционные конденсаторы для тяжелых условий эксплуатации. В документах ЕР 0467878 A1 и DE 1451133 описаны контактные конденсаторы.

Имеющееся пространство для осуществления конденсации пара, отходящего от турбины, ограничено как в горизонтальном направлении, так и по глубине, особенно в случае потока пара, выходящего вниз из турбины, что является наиболее распространенным случаем. Ограничение в боковых направлениях создают опорные колонны роторного стола турбины, а по глубине - фундаментная плита машинного зала и высота столба жидкости над всасывающим патрубком насоса (net positive sucktion head, NPSH), требуемая для насосов, откачивающих конденсат. Таким образом, необходимо, чтобы гибридный конденсатор представлял собой компактное устройство. Кроме того, целесообразно избегать возникновения потенциальной негативной реакции двух конденсаторных блоков друг на друга. Известные из уровню техники конструкции не обеспечивают решение указанных проблем.

Раскрытие изобретения

Таким образом, задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить конструкцию и предпочтительный компоновочный план гибридного конденсатора, которые позволят в максимально возможной степени устранить недостатки известных технических решений. Кроме того, задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы создать гибридный конденсатор, который обеспечит эффективную конденсацию, адаптированную к вышеуказанным ограничениям, и в максимально возможной степени устраняет негативные обратные воздействия. Задачей настоящего изобретения является также создание гибридного конденсатора, который позволит исключить ухудшение работы сегмента поверхностного конденсатора под действием охлаждающей воды из сегмента контактного конденсатора.

Потребность в создании настоящего изобретения обусловлена отсутствием в документах, раскрывающих известные технические решения, информации о конструкции гибридного конденсатора, который можно было бы эффективно и гибко использовать в типичных системах охлаждения на электростанциях. В своих экспериментах авторы настоящего изобретения установили, что поток пара, выходящего из турбины, нежелательно сначала подвергать действию сегмента поверхностного конденсатора в гибридном конденсаторе. Это связано с тем, что вода, охлаждаемая способом мокрого охлаждения, проходит по трубам поверхностного конденсатора и, как правило, имеет температуру, гораздо более низкую, чем температура воды, охлаждаемой способом сухого охлаждения и разбрызгиваемой соплами контактного конденсатора. С одной стороны, пар, поступающий из турбины, должен проходить через группу труб, что приводит к возникновению значительного тягового усилия, а с другой стороны, вследствие относительно низкой температуры труб, пар может подвергаться значительному переохлаждению, которое ухудшает эффективность с точки зрения паровых циклов. Потеря давления пара, вызванная тяговым усилием трубопровода, также приводит к дополнительному переохлаждению.

Контактный конденсатор имеет наибольшую эффективность, если он получает пар, поступающий по относительно прямым линиям потока перпендикулярно направлению охлаждающей воды, разбрызгиваемой соплами.

Таким образом, в настоящем изобретении предложен гибридный конденсатор, в котором по меньшей мере основная часть входящего пара сначала подвергается действию сегментов контактного конденсатора. В этом случае, с одной стороны, входящий пар может поступать в систему в направлениях прямолинейного потока, благоприятных с точки зрения функционирования, перпендикулярно направлению движения охлаждающей воды, разбрызгиваемой соплами, а с другой стороны, благодаря относительно теплой охлаждающей воде, получаемой способом сухого охлаждения, пар не подвергается переохлаждению. Однако в данном случае возникает другая проблема.

Суть указанной проблемы заключается в том, что в общей зоне конденсации гибридного конденсатора смесь охлаждающей воды/конденсата поступает на сегмент поверхностного конденсатора, установленный в том направлении, в котором происходят естественные процессы конденсации, то есть за сегмент контактного конденсатора в направлении потока пара или физически под сегментом контактного конденсатора, что чрезвычайно ухудшает эффективность сегмента поверхностного конденсатора. Авторами настоящего изобретения было установлено, что в случае расположения в общей зоне конденсации соответствующих водонаправляющих элементов, отводящих смесь охлаждающей воды и конденсата от сегментов поверхностного конденсатора, можно получить чрезвычайно выгодную и эффективную конструкцию.

Указанные задачи настоящего изобретения решены посредством гибридного конденсатора, раскрытого в пункте 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения описаны ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее:

На фиг. 1 схематично показана конструкция гибридного конденсатора, содержащего модули, которые состоят из последовательно соединенных сегментов контактного и поверхностного конденсаторов, в случае нижнего выхода пара из турбины.

На фиг. 2 схематично показана конструкция гибридного конденсатора, аналогичная той, что представлена на фиг. 1.

На фиг. 3 схематично показана конструкция гибридного конденсатора, содержащего компоненты, соединенные с концом элементов, отделяющих модули, при этом указанные компоненты превращают воду, стекающую вниз по стенкам, в водяную пыль, имеющую большую поверхность.

На фиг. 4 схематично показана конструкция гибридного конденсатора, имеющего зазор вдоль боковых ограничительных стенок, который позволяет небольшой части потока пара, выходящего из турбины, обходить модули конденсаторов.

На фиг. 5 схематично показана конструкция гибридного конденсатора, содержащего дополнительный модуль поверхностного конденсатора и направляющую планку, расположенную вдоль двух боковых стенок, а также уменьшенный угол переходной части (горловины).

На фиг. 6 схематично показана конструкция гибридного конденсатора, аналогичная той, что представлена на фиг. 5, при этом указанная переходная часть (горловина) имеет два угла и присоединена к более широкому конденсатору под меньшим углом.

На фиг. 7 схематично показана конструкция предлагаемого гибридного конденсатора, соединенного с турбиной, имеющей осевой или боковой выхлоп.

На фиг. 8 схематично показана конструкция гибридного конденсатора согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения, причем указанный гибридный конденсатор соединен с турбиной, имеющей осевой или боковой выхлоп.

На фиг. 9 схематично показана конструкция гибридного конденсатора, аналогичная той, что представлена на фиг. 8, при этом добавочный охладитель сегментов контактного конденсатора расположен отдельно позади сегментов поверхностного конденсатора.

На фиг. 10 схематично показана конструкция гибридного конденсатора, аналогичная той, что представлена на фиг. 8, при этом в нижней части траектории движения пара, входящего в горизонтальном направлении, расположены только модули поверхностного конденсатора вместо гибридных модулей.

На фиг. 11 схематично показана конструкция гибридного конденсатора, аналогичная той, что представлена на фиг. 10, при этом позади сегментов контактного конденсатора отсутствуют сегменты поверхностного конденсатора.

Осуществление изобретения

Предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения состоит из модулей, показанных на фиг. 1. Расширившийся пар 1 проходит вниз через выходное поперечное сечение (не показано) паровой турбины 2 низкого давления в переходную часть (горловину) 5 гибридного конденсатора. Через входное поперечное сечение гибридного конденсатора 4 пар 1 из указанной переходной части с увеличивающимся поперечным сечением подходит к модулям 12 контактного/поверхностного конденсатора.

Конструкция, основанная на модулях 12, обеспечивает то, что размеры гибридного конденсатора в горизонтальной плоскости не превышают соответствующие размеры традиционного поверхностного или контактного конденсатора. При этом не происходит существенного увеличения глубины конденсатора, благодаря техническим решениям, описанным ниже, в результате чего конденсаторные сегменты сохраняют или дополнительно увеличивают эффективность.

В верхнем пространстве модулей 12 расположен сегмент 9 контактного конденсатора, а в нижнем пространстве далее по направлению потока пара за указанным сегментом 9 контактного конденсатора расположен сегмент 10 поверхностного конденсатора, то есть два конденсаторных сегмента последовательно соединены друг с другом относительно направления потока и конденсации пара 1. Как показано на чертеже, сегменты 9 контактного конденсатора и сегменты 10 поверхностного конденсатора расположены в общей зоне конденсации. В блоке контактного конденсатора часть входящего пара 1 конденсируется на пленкообразных потоках воды, которые направлены перпендикулярно направлению потока пара и выходят из сопел распределительной камеры 6 сегмента 9 контактного конденсатора. Меньшая часть потока пара, выходящая отсюда (весь остальной пар, если работает только сегмент контактного конденсатора), конденсируется в противоточном добавочном охладителе 7, который относится к сегменту 9 контактного конденсатора и расположен ниже распределительных камер 6. Конденсация происходит, например, на перфорированной пластине или в добавочном охладителе 7 пленочного типа под действием охлаждающей воды, отобранной из нижнего конца распределительной камеры 6 для охлаждающей воды. Неконденсируемые газы могут быть выведены из зоны 8, предназначенной для отсасывания воздуха в добавочном охладителе 7. Пар, остающийся после сегмента 9 контактного конденсатора, конденсируется на наружной поверхности труб 24, проходящих по длине гибридного конденсатора и расположенных в сегменте 10 поверхностного конденсатора, под действием охлаждающей воды, протекающей в трубах 24 и поступающей из системы мокрого охлаждения. Кроме конфигурации поперечного сечения, показанной на фиг. 1, сегмент 10 поверхностного конденсатора может иметь любую известную форму, в частности форму елки, V-образную форму, грушевидную форму и т.д. В сегменте 10 поверхностного конденсатора предусмотрена соответствующая зона 11 для вывода воздуха.

Для эффективной работы сегмента 10 поверхностного конденсатора требуется, чтобы смесь большого объема нагретой охлаждающей воды и конденсата, поступающая из сегмента 9 контактного конденсатора, обходила сегмент 10 поверхностного конденсатора. Из сопел распределительной камеры 6 сегмента 9 контактного конденсатора охлаждающая вода попадает на поверхность водонаправляющего элемента 17, расположенного между соседними модулями 12, которая обращена к соплам и предназначена для приема воды, причем смесь охлаждающей воды и конденсата проходит вдоль таких водонаправляющих элементов 17 до уровня, соответствующего нижней части сегментов 10 поверхностного конденсатора. Таким образом, водяные пленки, под давлением выбрасываемые сегментом 9 контактного конденсатора и вызывающие конденсацию пара, достигают водонаправляющих элементов 17, отделяющих модули 12 друг от друга, и направляются далее вдоль указанных водонаправляющих элементов, не контактируя с охлаждающими трубами сегмента 10 поверхностного конденсатора, расположенными ниже.

Водонаправляющие элементы 17 могут быть изготовлены из пластины или из перфорированного плоского материала, например из плотной проволочной сетки, закрепленной в каркасной конструкции.

Поток охлаждающей воды, достигающий зоны добавочного охладителя 7, как правило, составляет всего от 1 до 5% потока охлаждающей воды, подаваемого в виде водяных пленок. Однако необходимо, чтобы даже такой объем воды не попадал на трубы сегмента 10 поверхностного конденсатора. Сток воды из зоны добавочного охладителя реализован, соответственно, посредством другого водонаправляющего элемента. Согласно фиг. 1 смесь охлаждающей воды и конденсата, выходящая из добавочного охладителя 7 сегмента 9 контактного конденсатора, собирается на поддоне 13, откуда одна или более дренажных труб 14 отводит ее под сегмент 10 поверхностного конденсатора. В соответствии с альтернативной конструкцией, показанной на фиг. 2, вместо водосборного поддона 13 и дренажной трубы 14 может быть использован водораспределительный элемент 27, который имеет форму зонта и расположен под добавочным охладителем 7 контактного конденсатора. Указанный элемент распыляет воду в направлении водонаправляющих элементов 17, расположенных с двух сторон, исключая, тем самым, контакт воды с охлаждающими трубами 24 сегмента 10 поверхностного конденсатора. В варианте осуществления настоящего изобретения, показанном на фиг. 1 и фиг. 2, смесь охлаждающей воды и конденсата из вышеуказанных дренажных и направляющих элементов и конденсат с наружной поверхности труб 24 сегмента 10 поверхностного конденсатора подаются в сборник 15 для конденсата и охлаждающей воды. Оттуда водяные вытяжные и циркуляционные насосы, известные как таковые и не показанные на чертежах, направляют меньшую часть собранной жидкости в питающий контур, а большую часть - в контур сухого охлаждения.

На фиг. 3 показана частично усиленная версия варианта осуществления настоящего изобретения, представленного на фиг. 1. Последовательно соединенные модули 12 контактного/поверхностного конденсаторов в гибридном конденсаторе с аналогичной компоновкой отличаются от конструкций, представленных ранее (фиг. 1 и 2), тем, что на конце каждого из водонаправляющих элементов 17, отделяющих модули, и предпочтительно на каждой из двух боковых стенок 16 конденсатора, выровненных с нижними концами водонаправляющих элементов 17, предусмотрен разбрызгивающий элемент 20, предназначенный для распыления воды. Указанный элемент 20 может предпочтительно представлять собой перфорированную пластину, проволочную сетку или полосу насадок, которые превращают нагретую смесь охлаждающей воды и конденсата, стекающую вниз по обеим сторонам водонаправляющих элементов 17, в водяную пыль с большой поверхностью. Это дополнительно улучшает экстракцию неконденсирующихся газов из текучей фазы.

На фиг. 4 показана другая усовершенствованная версия решения, проиллюстрированного на фиг. 3. Вдоль каждой из двух боковых стенок 16 гибридного конденсатора предусмотрен тонкий зазор 21, через который расширившийся пар 1, выходящий из турбины, может протекать непосредственно между поверхностью воды в сборнике 15 для конденсата и охлаждающей воды и нижней частью последовательно соединенных модулей 12 контактного/поверхностного конденсаторов, где он конденсируется в брызгах или струях воды, образованных разбрызгивающими элементами 20, что дополнительно улучшает экстракцию неконденсирующихся газов и в то же время уменьшает переохлаждение смеси охлаждающей воды и конденсата. При этом на наружной стороне каждого крайнего снаружи модуля 12 также предусмотрен водонаправляющий элемент 17, установленный на надлежащем расстоянии от соответствующей боковой стенки 16 гибридного конденсатора, образуя зазор 21, который позволяет потоку пара обходить модули 12.

На фиг. 5 показан предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения, который может быть использован в том случае, когда допускается немного увеличивать размер гибридного конденсатора в горизонтальной плоскости и необходимо (по меньшей мере в самый жаркий период в году) увеличивать поверхность блока поверхностного конденсатора, соединенного с контуром мокрого охлаждения. В данном случае при неизменных вертикальных размерах выхлопного патрубка турбины необходимо уменьшить угол 19 между боковым контуром переходной части (горловины) 5 и горизонталью. Увеличенное таким образом входное поперечное сечение 4 конденсатора может быть использовано без ухудшения эффективности сегментов контактного конденсатора 9 так, чтобы в дополнительном зазоре, полученном в результате увеличения ширины вдоль двух боковых стенок 16 гибридного конденсатора, были расположены только сегменты 22 поверхностного конденсатора. Аналогично последовательно соединенным сегментам 10 поверхностного конденсатора они также имеют зону 23, которая позволяет выводить воздух. Чтобы способствовать прохождению потока в указанную точку, опционально можно использовать направляющую пар планку 25. В такой конструкции зоны контактного конденсатора остаются в плоскости, которая имеет предпочтительный угол с выходным устройством турбины, при этом, благодаря более холодной охлаждающей воде, уменьшение входного угла происходит практически без падения эффективности за счет дополнительных параллельно соединенных сегментов 22 поверхностного конденсатора. Таким образом, общую площадь поверхности поверхностного конденсатора можно увеличить без увеличения общей высоты корпуса конденсатора.

На фиг. 6 показана конструкция, по существу идентичная конструкции, представленной на фиг. 5. Единственное отличие заключается в очертании переходной части (горловины) 5, поскольку вместо бокового контура, который имеет уменьшенный угол на протяжении всей переходной соединительной части 26, только ее нижняя часть имеет меньший угол, и, как показали исследования потоков, проведенные авторами настоящего изобретения, это дополнительно улучшает в первую очередь параметры потока пара, поступающего на сегменты 9 контактного конденсатора.

На фиг. 1-6 показаны гибридные конденсаторы, предназначенные для конденсации пара 1, проходящего вниз от корпуса низкого давления паровой турбины, в то время как на фиг. 7 представлен вариант осуществления гибридного конденсатора, соединенного с паровой турбиной, которая имеет осевой или боковой выхлоп пара. Пар 29, подаваемый турбиной в горизонтальном направлении (направление наблюдения чертежа), входит в переходную часть через входное поперечное сечение 33, расположенное в плоскости, перпендикулярной горизонтали. Указанная переходная часть поворачивает поток пара на 90° относительно горизонтали, и под действием паронаправляющих элементов 30 и 31 пар совершает поворот на 180° и проходит в зону, расположенную над последовательно соединенными модулями 12 контактного/поверхностного конденсаторов в гибридном конденсаторе, и поступает в модули 12, проходя вниз. При этом модули 12, показанные на фиг. 1-6, могут быть также использованы в данном варианте осуществления настоящего изобретения практически без каких-либо изменений. На фиг. 7 показаны модули 12, идентичные модулям, представленным на фиг. 3. Поскольку в результате пар 29 проходит вниз, может быть использована любая конструкция, показанная на фиг. 1-6.

На фиг. 8 показан вариант осуществления гибридного конденсатора, используемого для турбины с осевым или боковым выхлопом и горизонтальным входом пара. Пар 29, выходящий горизонтально из переходной части 33, горизонтально входит в гибридный конденсатор через входное поперечное сечение 34 конденсатора. В указанном гибридном конденсаторе последовательно соединенные модули 43 контактного/поверхностного конденсаторов расположены друг под другом в по существу горизонтальной конфигурации, адаптированной к горизонтальному входу пара. Пар 29, входящий в сегмент 39 контактного конденсатора модулей 43, сначала конденсируется на водяных пленках, образуемых в по существу вертикальной плоскости посредством сопел распределительной камеры 36 контактного конденсатора. После этого процесс конденсации продолжается на поддонах (или насадках) добавочных охладителей 37, прилегающих к распределительным камерам 36. Зона выхлопа 38 воздуха также предусмотрена в добавочных охладителях 37 контактного конденсатора. Водонаправляющие элементы 45 последовательно соединенных модулей 43 контактного/поверхностного конденсаторов имеют угол относительно горизонтали, составляющий примерно от 5 до 10°, и наклон вниз в направлении потока пара. Нижние концы имеют криволинейную форму, аналогичную четверти окружности, и являются пригодными для слива смеси охлаждающей воды и конденсата, поступающей из сегмента 39 контактного конденсатора, не ухудшая эффективности работы сегментов 40 поверхностного конденсатора, расположенных за сегментами 39 контактного конденсатора. В данном случае водонаправляющие элементы 45 представляют собой пластины, отделяющие сегменты 39 контактного конденсатора друг от друга, имеющие наклон в направлении сегментов 40 поверхностного конденсатора и способствующие прохождению смеси охлаждающей воды и конденсата между сегментами 39 контактного конденсатора 39 и сегментами 40 поверхностного конденсатора. По аналогии с предыдущими конструкциями каждый сегмент поверхностного конденсатора 40 имеет зону 41, предназначенную для вывода воздуха. Смесь охлаждающей воды и конденсата, направляемая водонаправляющими элементами 45, и капли конденсата, поступающие от сегментов 40 поверхностного конденсатора, перемещаются в сборник 44 для охлаждающей воды и конденсата, расположенный в нижней части гибридного конденсатора.

На фиг. 9 показан другой предпочтительный вариант осуществления гибридного конденсатора, присоединенного к осевому или боковому выхлопу пара. Последовательно соединенные модули 47 контактного/поверхностного конденсаторов отличаются от модуля 43, показанного на фиг. 8, тем, что в данном случае добавочный охладитель 46 контактного конденсатора не соединен непосредственно с распределительной камерой 36 сегмента контактного конденсатора, оснащенной соплами, но находится в зоне, расположенной за сегментом поверхностного конденсатора. В результате, холодную охлаждающую воду, поступающую в указанную точку из контура сухого охлаждения, необходимо отводить посредством отдельной распределительной магистрали, не показанной на фиг. 9.

На фиг. 10 показан еще один предпочтительный вариант осуществления гибридного конденсатора, предназначенного для осевого или бокового выхлопа пара. В случае осевого или бокового выхлопа пара возможное увеличение размера или конструкции конденсатора является менее проблематичным с точки зрения затрат на изготовление, в результате чего последовательно соединенные модули 43, 47 контактного/поверхностного конденсаторов (см. фиг. 8 или фиг. 9) могут быть дополнены только сегментами 49 поверхностного конденсатора на тех участках, где использование сегментов 39 контактного конденсатора является менее целесообразным (вследствие извилистой траектории движения потока), но в то же время они могут быть установлены в месте, приемлемом для элементов поверхностного конденсатора, например в нижней части гибридного конденсатора. Они также предусматривают отдельный выхлоп 50 воздуха. Менее предпочтительное положение не нарушает режима эксплуатации (распределения пара) сегментов 49 поверхностного конденсатора, снабжаемых более холодной охлаждающей водой. Такое решение является предпочтительным, если необходимо увеличить долю мокрого охлаждения, например, в периоды очень высокой температуры окружающей среды, когда они совпадают с пиковым потреблением электрической энергии. Решение, показанное на фиг. 10, с одной стороны, позволяет увеличить долю мокрого охлаждения при условии, что это допускается избыточным объемом подпиточной воды, необходимой для мокрой градирни, и, тем самым, повышает величину электрической мощности, которую можно обеспечить при повышенной температуре окружающей среды.

Опционально, сегменты поверхностного конденсатора, расположенные позади сегментов контактного конденсатора, можно даже исключить. Гибридный конденсатор, представленный на фиг. 11, представляет собой вариант решения, показанного на фиг. 10, где сегменты 39 контактного конденсатора не имеют последовательного соединения с сегментами поверхностного конденсатора. При этом сегменты 49 поверхностного конденсатора, расположенные в нижней трети или четверти гибридного конденсатора под сегментами 39 контактного конденсатора, представляют собой независимые и отдельные модули, соединенные параллельно с сегментами контактного конденсатора. Таким образом, в вариантах осуществления настоящего изобретения, показанных на двух последних чертежах, водонаправляющий элемент 45 и расположенный под ним сегмент 40 поверхностного конденсатора находятся под нижней частью сегмента 39 контактного конденсатора. При этом водонаправляющие элементы 45 обеспечивают преимущества предлагаемого изобретения также и в данном варианте осуществления.

В соответствии с приведенным выше описанием каждый сегмент контактного и поверхностного конденсаторов в гибридном конденсаторе содержит зону, предназначенную для выхлопа воздуха (то есть для удаления неконденсирующихся газов), которая является необходимой для эффективной работы. Из указанных зон общий эжектор, то есть система деаэрации, удаляет смесь неконденсирующихся газов и остаточного водяного пара. Во время выполнения указанной операции в двух типах сегментов возникают принципиально различные условия, например, когда сегменты поверхностного конденсатора с мокрым охлаждением не работают. Даже в том случае, когда конденсаторные блоки работают совместно, например, при изменении температуры окружающей среды, разность температур холодной охлаждающей воды, поступающей в сегмент контактного конденсатора с сухим охлаждением и в сегмент поверхностного конденсатора с мокрым охлаждением, изменяется. Указанная разность температур может быть значительной особенно в случае высокой температуры окружающей среды. Соответственно, давление в зонах удаления воздуха из сегментов контактного конденсатора и давление в зонах удаления воздуха из сегментов поверхностного конденсатора имеют различные значения. При отсутствии необходимых мер это может привести к выпуску значительного объема дополнительного пара из соответствующей зоны сегмента контактного конденсатора, которая имеет более высокое давление, в то время как выпуск неконденсирующихся газов из зоны низкого давления сегмента поверхностного конденсатора остается значительно ниже требуемой величины. В результате, рекомендуется применять регулирующие устройства, например управляющие клапаны, устанавливаемые в соответствующих сборных трубопроводах сегментов контактного конденсатора и сегментов поверхностного конденсатора в гибридном конденсаторе, при этом указанные клапаны могут быть выполнены с возможностью закрытия и открытия независимо друг от друга, а управление ими может осуществляться в зависимости от разности температур входящей охлаждающей воды.

Конструкция, состоящая из параллельных гибридных модулей 12, 43 или 47 является наиболее предпочтительной, поскольку в такой конструкции максимально возможное поперечное сечение входящего потока пара перекрывается сегментами контактного конденсатора. Эффективность гибридного конденсатора можно поддерживать на максимально высоком уровне даже в такие периоды, когда не требуется участие сегментов поверхностного конденсатора и функционируют только сегменты контактного конденсатора.

В представленных вариантах осуществления настоящего изобретения водонаправляющие элементы 17 и 45 расположены по существу параллельно основному направлению потока пара. Это является особенно предпочтительным, поскольку они не вызывают потери давления или ухудшения эффективности.

В контексте настоящего изобретения выражения «за сегментом контактного конденсатора в направлении потока пара» и «под сегментом контактного конденсатора», соответственно, означают, что сегменты поверхностного конденсатора по меньшей мере частично расположены в соответствующих местах.

Очевидно, что настоящее изобретение не ограничено предпочтительными вариантами осуществления, подробно показанными на чертежах, но может включать различные изменения и модификации в пределах объема, определяемого прилагаемой формулой изобретения.

Изобретение относится к области энергетики. Гибридный конденсатор содержит сегмент (9, 39) контактного конденсатора и сегмент (10, 40) поверхностного конденсатора, установленные в общей зоне конденсации, сегмент (10, 40, 49) поверхностного конденсатора установлен за указанным сегментом (9, 39) контактного конденсатора в направлении потока пара или под указанным сегментом (9, 39) контактного конденсатора, кроме того, содержит водонаправляющий элемент (17, 45), обеспечивающий возможность прохождения смеси охлаждающей воды и конденсата, образующейся в указанном сегменте (9, 39) контактного конденсатора, вниз в обход указанного сегмента (10, 40, 49) поверхностного конденсатора. Сегмент (9, 39) контактного конденсатора имеет сопла, испускающие струи воды перпендикулярно направлению потока пара, причем указанный водонаправляющий элемент (17, 45) имеет поверхность, обращенную к указанным соплам и предназначенную для приема воды. Изобретение обеспечивает эффективную конденсацию. 11 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Гибридный конденсатор, содержащий сегмент (9, 39) контактного конденсатора и сегмент (10, 40) поверхностного конденсатора, установленные в общей зоне конденсации, отличающийся тем, что содержит:

сегмент (10, 40, 49) поверхностного конденсатора, установленный за указанным сегментом (9, 39) контактного конденсатора в направлении потока пара или под указанным сегментом (9, 39) контактного конденсатора, и

водонаправляющий элемент (17, 45), обеспечивающий возможность прохождения смеси охлаждающей воды и конденсата, образующейся в указанном сегменте (9, 39) контактного конденсатора, вниз в обход указанного сегмента (10, 40, 49) поверхностного конденсатора.

2. Гибридный конденсатор по п. 1, отличающийся тем, что указанный сегмент (9, 39) контактного конденсатора имеет сопла, испускающие струи воды перпендикулярно направлению потока пара, причем указанный водонаправляющий элемент (17, 45) имеет поверхность, обращенную к указанным соплам и предназначенную для приема воды.

3. Гибридный конденсатор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что содержит модули (12, 43, 47), состоящие из сегмента (9, 39) контактного конденсатора и сегмента (10, 40) поверхностного конденсатора, расположенного за ним в направлении потока пара, причем указанный водонаправляющий элемент (17, 45) расположен между каждыми двумя соседними модулями (12, 43, 47).

4. Гибридный конденсатор по п. 3, отличающийся тем, что в указанных модулях (12) сегмент (10) поверхностного конденсатора расположен под сегментом (9) контактного конденсатора, причем каждый водонаправляющий элемент (17) выполнен из вертикально установленной пластины или перфорированного плоского материала.

5. Гибридный конденсатор по п. 4, отличающийся тем, что на нижнем конце водонаправляющих элементов (17) предусмотрены элементы (20), создающие разбрызгивание стекающей вниз смеси охлаждающей воды и конденсата.

6. Гибридный конденсатор по п. 4 или 5, отличающийся тем, что сегмент (9) контактного конденсатора также содержит добавочный охладитель (7), под которым расположен дополнительный водонаправляющий элемент, причем указанный дополнительный водонаправляющий элемент содержит водосборный поддон (13) и дренажную трубу (14), соединенную с накопительным пространством указанного водосборного поддона (13), или водораспределительный элемент (27), имеющий форму зонта.

7. Гибридный конденсатор по одному из пп. 4 или 5, отличающийся тем, что на наружной стороне каждого крайнего снаружи модуля (12) также предусмотрен водонаправляющий элемент (17), расположенный на расстоянии от соответствующей боковой стенки (16) гибридного конденсатора так, что он образует зазор (21), позволяющий потоку пара обходить модули (12).

8. Гибридный конденсатор по одному из пп. 4 или 5, отличающийся тем, что на наружной стороне каждого крайнего снаружи модуля (12) также предусмотрен водонаправляющий элемент (17), расположенный на расстоянии от соответствующей боковой стенки (16) гибридного конденсатора, причем в указанных промежутках установлены дополнительные сегменты (22) поверхностного конденсатора.

9. Гибридный конденсатор по одному из пп. 4 или 5, отличающийся тем, что содержит переходную соединительную часть, которая направляет горизонтально поступающий пар вверх, и паронаправляющие элементы (30, 31), которые отводят направленный вверх пар выше и дальше вниз на модули (12).

10. Гибридный конденсатор по п. 3, отличающийся тем, что содержит модули (43, 47), расположенные друг под другом и предназначенные для горизонтальной подачи пара, причем водонаправляющие элементы (45) представляют собой пластины, отделяющие сегменты (39) контактного конденсатора друг от друга, имеющие наклон к сегментам (40) поверхностного конденсатора и способствующие прохождению смеси охлаждающей воды и конденсата вниз между сегментами (39) контактного конденсатора и сегментами (40) поверхностного конденсатора.

11. Гибридный конденсатор по любому из пп. 2 или 10, отличающийся тем, что под нижней частью сегмента (39) контактного конденсатора расположен водонаправляющий элемент (45), а под ним установлен сегмент (49) поверхностного конденсатора.

12. Гибридный конденсатор по одному из пп. 1, 2, 4, 5 или 10, отличающийся тем, что сегменты (9, 22, 39) контактного конденсатора и сегменты (10, 40, 49) поверхностного конденсатора имеют отдельные воздушные выхлопы (8, 11, 23, 38, 41, 50), соединенные с общим деаэрирующим устройством, причем обеспечена возможность управления указанными воздушными выхлопами (8, 11, 23, 38, 41, 50).