一种冷凝器、吸热介质及使用其的过热蒸汽调温系统
技术领域
本发明涉及火电技术领域，尤其涉及一种冷凝器、吸热介质及使用其的过热蒸汽调温系统。
背景技术
近年来，随着国家对绿色能源产业的大力扶持，一批以生物质、生活垃圾等固体废弃物作为分布式能源应用产业在农村不断兴起。
生物质、生活垃圾等固体废弃物实际是由多种物质组成的混合物，组成比例、每种组分的燃烧特性各异；加之随季节变化，燃料中的水分和热值时常波动变化；这些燃料难于输送，送入炉膛的速度呈现出不均匀性。以上这些特性都造成炉内燃烧的不稳定，锅炉出口的过热蒸汽温度波动剧烈。通常作为火电厂能源，利用时对蒸汽的参数均要求只能在一狭窄的幅度内波动，要求输出稳定。过热蒸汽参数的波动主要包括流量、压力和温度三个方面，流量可以通过给水调节阀使之趋于平稳；压力是由锅炉给水泵扬程提供的，一般也可以保持稳定，出现重大波动的温度需要采取措施加以调整使之趋于稳定。
在大型火力发电厂，通常采用高标准的给水，按照GB12145《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量标准》中高温高压及以上的蒸汽参数选取锅炉给水标准要求开展设备选型，这样的水质标准完全可以满足喷水减温的要求，即将锅炉给水作为过热蒸汽调整用介质直接喷入过热蒸汽中以降低其温度，使之达到过热蒸汽参数的输出要求。
生物质、生活垃圾等固体废弃物由于比重轻，运输成本高，所以发展分布式能源加以利用是农村发展新能源的重要方式。正因如此，分布式能源规模均较小，且受当地条件限制，为了节约投资和运行成本，通常按照中温中压及以下蒸汽参数选取锅炉给水标准要求开展水处理设备选型，这样的给水品质无法满足喷水降温的要求，锅炉给水不能直接喷入过热蒸汽中，而只能采用表面式传热，即通过金属受热面进行传热，将过热蒸汽多余的热量通过受热面金属传递给金属壁另一侧的锅炉给水。
这种表面式传热最大的缺点在于温度调整幅度有限，通常只有喷水降温能力的1/2左右，对于传统燃煤锅炉尚且捉襟见肋，更何况这样的调温方式对运行人员的技术水平要求高，用于以生物质、生活垃圾为燃料的小型锅炉，其温度调节性能更是远远无法满足对分布式能源利用的要求。另一方面，常规中小燃煤机组所使用的表面式减温器的常规结构往往使用寿命短，最容易发生泄漏的部位就是管板与受热面管的角焊缝处，天长日久造成热疲劳，强度大幅降低，最终导致爆管，被迫停炉，使用寿命通常只有1年左右。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提供一种冷凝器，能够用于使分流自锅筒的饱和蒸汽冷凝，产出的冷凝水可用于过热蒸汽的喷水降温。
本发明公开了一种冷凝器，其特征在于：包括换热筒和换热管，所述换热筒设有饱和蒸汽进口和冷凝水出口，所述换热管两端贯穿位于所述换热筒端口处的管板，并分别通过进水腔室和出水腔室与冷却水进口和冷却水出口相连；所述进水腔室和出水腔室为与所述管板相接的腔室筒体通过隔板隔开的两个腔室，所述腔室筒体的另一端设有带有冷却水进口和冷却水出口的腔室端盖。
进一步地，所述管板上用于穿过所述换热管的孔的孔口具有倒角，用于所述换热管与所述管板焊接，焊缝为全焊透结构。更进一步地，管板与换热管间的焊接采用焊条，焊材为奥307焊条或与其在构成元素和/或机械性能上接近的不锈钢焊条。
进一步地，所述进水腔室或出水腔室设有带孔的端隔板，所述冷却水进口或冷却水出口与所述端隔板上的孔通过冷却水进口接头或冷却水出口接头相连。
进一步地，所述冷却水进口和冷却水出口处分别设有冷却水进口接头和冷却水出口接头。
进一步地，所述换热筒上部设有若干与饱和蒸汽集箱相连的饱和蒸汽进口，其下部设有若干与冷凝水集箱相连的冷凝水出口。
进一步地，所述管板的边缘具有双向或单向的环形凸起，用于与所述换热筒和/或腔室筒体焊接。
进一步地，所述管板上设有用于所述腔室隔板嵌入的凹槽。
进一步地，所述换热管设有若干且为U形管或蛇形管。
进一步地，所述换热筒内设有用于导流冷凝水的疏水板。
本发明还提供一种吸热介质，其特征在于：其为分流自锅筒的饱和蒸汽在上述任一种冷凝器中冷凝而成的冷凝水，用于过热蒸汽的喷水降温。
本发明还提供一种过热蒸汽调温系统，其特征在于：包括上述任一种冷凝器，所述冷凝器用于使分流自锅筒的饱和蒸汽冷凝，产出的冷凝水用于过热蒸汽的喷水降温。
通过综合采用上述技术方案，本发明能够取得如下有益效果：
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是一些实施例中冷凝器的整体结构示意图；
图2是图1中M处的局部放大示意图；
图3是图2中A-A处的剖面图；
图4是图2中N处的局部放大示意图；
图5是一些实施例中逆流换热方式的示意图。
附图标记说明：
1-换热筒，11-饱和蒸汽集箱，12-冷凝水集箱，13-疏水板，2-换热管，3-管板，4-腔室筒体，41-腔室隔板，42-端隔板，5-腔室端盖，51-冷却水进口接头，52-冷却水出口接头，6-坡口焊接。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的附图中，需要理解的是，不具有相互替代性的不同技术特征显示在同一附图，仅是为了便于简化附图说明及减少附图数量，而不是指示或暗示参照所述附图进行描述的实施例包含所述附图中的所有技术特征，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明公开了一种冷凝器，如图1-2所示，在一些实施例中，其包括换热筒1和换热管2，换热筒1设有饱和蒸汽进口和冷凝水出口，换热管2两端贯穿位于换热筒1端口处的管板3，并分别通过进水腔室和出水腔室与冷却水进口和冷却水出口相连。设置进水腔室和出水腔室能够在冷却水初进入冷凝器后和即将流出冷凝器前提供一个缓冲区，有助于提高换热效率。
冷却水进口和冷却水出口可分别位于换热筒1的两端，也可以位于换热筒1的同一端。在一些实施例中，冷却水进口和冷却水出口位于换热筒1的同一端，相应地，进水腔室和出水腔室也位于换热筒1的同一端，能够延长单位体积冷却水与饱和蒸汽的换热时间，进一步提高换热效率。此时，换热管2为弯管，其可以是U形管或蛇形管，或其他有助于延长换热时间的管型。
进水腔室和出水腔室可以是独立的两个组件，或者为中间通过腔室隔板41隔开的一体式结构。在一些实施例中，进水腔室和出水腔室为与管板3相接的腔室筒体4通过隔板隔开的两个腔室，腔室筒体4的另一端设有带有冷却水进口和冷却水出口的腔室端盖5。在至少一个实施例中，进水腔室或出水腔室设有带孔的端隔板42，冷却水进口或冷却水出口与端隔板42上的孔通过冷却水进口接头51或冷却水出口接头52相连。
上述结构具有至少以下两个方面的优点：
(1)进水腔室和出水腔室采用一体式结构设计，有助于提高进水腔室和出水腔室的结构强度；
(2)在零部件组装过程中，由于腔室端盖5与腔室隔板41间的焊接操作不易，甚至是无法焊接，导致进水腔室和出水腔室无法较好地密封分割，通过设置端隔板42将其中至少一个腔室焊接密封，即可实现两个腔室的密封分割。
在一些实施例中，冷却水进口和冷却水出口处分别设有冷却水进口接头51和冷却水出口接头52，以便于与冷却水的输水管道连接。当进水腔室和出水腔室中仅有一个设有端隔板42时，则仅该腔室对应的接头贯穿腔室端盖5，并连接至端隔板42上的孔的孔口处。当进水腔室和出水腔室均设有端隔板42时，则两个接头均贯穿腔室端盖5，并分别连接至对应的端隔板42上的孔的孔口处。
在一些施例中，进水腔室位于腔室筒体4的下部，出水腔室位于腔室筒体4的上部。
在一些实施例中，换热筒1上部设有若干与饱和蒸汽集箱11相连的饱和蒸汽进口，其下部设有若干与冷凝水集箱12相连的冷凝水出口。如图3所示，在至少一个实施例中，换热筒1内设有若干换热管2，以及若干用于导流冷凝水的疏水板13，疏水板13的设置有助于避免冷凝水停留在换热管2上阻滞换热管2传热。
换热筒1、管板3、腔室筒体4和腔室端盖5依次焊接，管板3与换热管2也采用焊接连接。在一些实施例中，管板3的边缘具有双向或单向的环形凸起，用于与换热筒1和/或腔室筒体4焊接，焊接的形式是全焊透坡口焊接。在一些实施例中，管板3上用于穿过换热管2的孔的孔口具有倒角，用于在换热管2和管板4间作坡口焊接6，如图4所示。在一些实施例中，管板3上设有用于腔室隔板41嵌入的凹槽，有助于提高腔室隔板41和管板3安装连接的稳定性。
本发明还公开了一种吸热介质，其为分流自锅筒的饱和蒸汽在上述任一种冷凝器中冷凝而成的冷凝水，用于过热蒸汽的喷水降温。
本发明还公开了一种过热蒸汽减温系统，其特征在于：包括上述任一种冷凝器，冷凝器用于使分流自锅筒的饱和蒸汽冷凝，产出的冷凝水用于过热蒸汽的喷水降温。
现结合附图提供至少一个示例性实施例，附图中提供的示例性实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，仅仅表示本发明中提供的示例性实施例而已。
示例性实施例1
在分布式绿色能源领域，为了很好地使用生物质固体废弃物、生活垃圾这样燃料特性时常发生变化、输送困难的燃料，锅炉为了保证其出口处过热蒸汽参数基本稳定，在一个允许的范围内波动，采用喷水的方式对过热蒸汽温度进行调整。在本示例性实施例中，通过利用锅炉本身产生的部分饱和蒸汽冷凝成水作为喷水降温用水，能够很好地解决项目的水处理经济性与使用要求之间的矛盾，提高项目的经济效益。
本示例性实施例具体涉及一种冷凝器，包括依次焊接连接的换热筒1、管板3、腔室筒体4和腔室端盖5，如图1和2所示。
换热筒1上部设有若干与饱和蒸汽集箱11相连的饱和蒸汽进口，其下部设有若干与冷凝水集箱12相连的冷凝水出口，其内部还设有用于导流冷凝水的疏水板13，如图1和3所示。换热筒1包括换热筒筒身和换热筒端盖。冷凝器还包括U形管，用作换热管2，U形管的两端贯穿管板3。管板3的边缘具有双向的环形凸起，分别用于与换热筒1和腔室筒体4的焊接。管板3上用于穿过U形管的孔的孔口具有倒角，用于在U形管和管板3间作全焊透坡口焊接6，焊接材料为奥307不锈钢焊条或与其在构成元素和/或机械性能上接近的不锈钢焊条。这种设计能够保证焊接质量，确保长期使用，极大地延长冷凝器的使用寿命，实际运行证明，其寿命等同于锅炉主要受压元件的使用寿命，完全满足了产品生命周期全阶段工作的需要。相比之下，传统的冷凝器结构中，管板3与换热管2的焊接处易产生热疲劳，使用寿命较短。
腔室筒体4通过腔室隔板41分割成上下两部分，再在下部腔室的一端设置带有孔的进水端隔板。管板3上还设有凹槽，用于腔室隔板41的嵌入，以便于腔室隔板41的安装。腔室端盖5位于腔室筒体4的另一端，腔室端盖5上与上部腔室和下部腔室相对应的位置分别设有冷却水出口接头52和冷却水进口接头51。冷却水进口接头51贯穿腔室端盖5，并连接至进水端隔板上的孔的孔口处。管板3、腔室筒体4和腔室端盖5围成的腔室，被腔室隔板41和进水端隔板42分割成出水腔室和进水腔室，出水腔室和进水腔室分别通过冷却水出口接头52和冷却水进口接头51与锅炉给水进水管和出水连接管连接。
本示例性实施例中的冷凝器的各零部件均采用碳钢材料，可按如下顺序安装：管板3与U形管、疏水板13安装成第一组件，换热筒筒身和换热筒端盖焊接成第二组件，组装并焊接第一组件和第二组件，再在换热筒1上依次组装并焊接腔室筒体4、腔室隔板41、进水端隔板42、冷却水进口接头51、腔室端盖5和冷却水出口接头52。冷凝器采用气液逆流的方式进行换热，如图5所示，吸热的锅炉给水进入冷凝器的进水腔室，再沿U形管流动并在换热筒1内与分流自锅筒的饱和蒸汽换热后，经出水腔室引出冷凝器。与此同时，饱和蒸汽从饱和蒸汽集箱11由冷凝器上部进入冷凝器，在换热筒1内遇冷变成冷凝水，由冷凝器下部进入冷凝水集箱12，用作过热蒸汽喷水降温用的水源。这种传热方式的优点在于受热面积小，金属利用率高，节约成本，有助于提高经济效益。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
