專利名稱：全自然循環(huán)空氣冷卻塔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱交換設(shè)備，具體為一種常壓核供熱堆所用的全自然循環(huán)空氣冷卻塔。
背景技術(shù)：
隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水資源的缺乏已經(jīng)引起世人的廣泛關(guān)注，利用取之不盡的海水資源作為賴以生存的人類水資源的補(bǔ)充是一個(gè)可取途徑。為此，多年來(lái)世界各國(guó)就開始了利用核能進(jìn)行海水淡化的研究和探索，但是至今仍未能實(shí)現(xiàn)廣泛的商業(yè)應(yīng)用，其主要原因是必須建在人口密集地區(qū)的反應(yīng)堆的安全性問(wèn)題和為保證安全而必須付出高昂的建造和運(yùn)行成本以及采用特殊材料的昂貴的海水淡化設(shè)施，使淡水生產(chǎn)價(jià)格不能與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，制約了其發(fā)展。目前，采用鋁合金代替昂貴的銅管或鈦管的具有一定規(guī)模的低溫多效蒸餾海水淡化裝置已研制成功，如果與之配套的安全可靠的低造價(jià)的核供熱堆能成功應(yīng)用，將使核供熱海水淡化的生產(chǎn)成本具有較大的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，從而得到廣泛的商業(yè)應(yīng)用。
常壓堆是使用成熟技術(shù)設(shè)計(jì)的燃料組件、在低溫下將裂變能轉(zhuǎn)換為熱能的反應(yīng)堆。該種形式的反應(yīng)堆采用池殼式布置，在低溫、常壓下運(yùn)行，設(shè)備簡(jiǎn)化、系統(tǒng)簡(jiǎn)單、運(yùn)行方便，具有良好的固有安全性，在任何情況下都不會(huì)發(fā)生堆芯熔化的嚴(yán)重事故，滿足不需要廠外干預(yù)的要求，建造費(fèi)用和運(yùn)行成本低，占地面積小，可以建在沿海地區(qū)、城市附近，作為海水淡化、區(qū)域供熱的熱源。由于全部采用核動(dòng)力領(lǐng)域內(nèi)的成熟技術(shù)，不需要進(jìn)行預(yù)先研究和技術(shù)開發(fā)，因此，可直接用于商業(yè)應(yīng)用。
核反應(yīng)堆的一個(gè)突出特點(diǎn)是在停堆后反應(yīng)堆功率不能立即降為零，仍有長(zhǎng)時(shí)間衰變余熱釋放。如果停堆后余熱不能及時(shí)導(dǎo)出，會(huì)嚴(yán)重影響堆的安全。同時(shí)，基于常壓堆的特點(diǎn)，需要設(shè)計(jì)全自然循環(huán)空氣冷卻塔作為常壓堆的余熱冷卻系統(tǒng)，以便在事故和停堆工況下導(dǎo)出堆芯余熱，從而保證反應(yīng)堆安全停堆。
目前，冷卻塔在火力發(fā)電站和核電站均有較為廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)冷卻塔多用于冷卻較高溫度的水或蒸汽，且采用強(qiáng)制循環(huán)及加入噴淋裝置，其設(shè)備復(fù)雜，且造價(jià)高。而對(duì)于冷卻溫度在100℃左右的水(如常壓堆、工業(yè)鍋爐等)，采用常規(guī)的冷卻塔設(shè)計(jì)將不能滿足工業(yè)實(shí)際應(yīng)用要求。其原因主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面一是常規(guī)空冷塔的傳熱管多布置在塔體的底部，空氣側(cè)循環(huán)動(dòng)力是通過(guò)風(fēng)機(jī)等動(dòng)力設(shè)備來(lái)提高風(fēng)速，通過(guò)噴淋增大空氣濕度增強(qiáng)換熱，水側(cè)循環(huán)只能通過(guò)泵來(lái)提供動(dòng)壓頭，這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是既增加了設(shè)備從而增加了成本，也不能滿足常壓堆所要求的非能動(dòng)特性要求；二是對(duì)于常溫常壓堆來(lái)講，由于水的溫度較低，采用傳統(tǒng)的冷卻塔設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)會(huì)造成冷卻塔內(nèi)傳熱面積太大及冷卻塔體積過(guò)大，從而造成所需費(fèi)用過(guò)高，無(wú)法達(dá)到商業(yè)運(yùn)營(yíng)的成本要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可適用于低溫常壓反應(yīng)堆，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低的全自然循環(huán)空氣冷卻塔。該空氣冷卻塔的結(jié)構(gòu)特征有效地增大了水側(cè)的自然循環(huán)能力，保證以足夠快的速度帶出一回路衰變熱，同時(shí)提高了空氣側(cè)合理的自然循環(huán)能力以保證長(zhǎng)時(shí)間地把熱量帶到大氣中。全自然循環(huán)主要包括兩個(gè)方面的含義一是空冷器工作時(shí)，水側(cè)循環(huán)采用全自然循環(huán)方式；二是空冷器工作時(shí)，空氣側(cè)的循環(huán)也采用全自然循環(huán)方式(即自然對(duì)流)。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下全自然循環(huán)空氣冷卻塔，包括塔體和設(shè)置在塔體內(nèi)的傳熱管，塔體上部設(shè)有煙囪，塔體內(nèi)還設(shè)有與常壓堆二回路熱管段相連接的上升管，上升管的頂端設(shè)有膨脹箱，膨脹箱連接傳熱管，傳熱管下部連接一個(gè)水箱，水箱下部與常壓堆二回路冷管段相連接，上升管外側(cè)包有保溫層，傳熱管外側(cè)設(shè)有肋片。
本發(fā)明中在上升管外側(cè)包有保溫層，用以減少熱量的傳遞；傳熱管外側(cè)設(shè)有肋片，用以強(qiáng)化傳熱。利用上升管與傳熱管間較高的溫差所造成的高密度差，從而增加提升力，有利于增大二回路的自然循環(huán)能力。
本發(fā)明中在傳熱管與常壓堆二回路冷管段之間設(shè)置一水箱，其主要有三個(gè)方面的作用(1)可以增加事故時(shí)二回路的熱容量；(2)增大了水側(cè)自然循環(huán)驅(qū)動(dòng)壓頭；(3)提高了常壓堆的經(jīng)濟(jì)性。在瞬變過(guò)程開始時(shí)，較高溫度的傳熱管出口水進(jìn)入水箱后，由于水箱水容量大且溫度較低，經(jīng)過(guò)混合后可以保證進(jìn)入二回路冷管段的溫度較低，增大了事故初始階段導(dǎo)出余熱的能力，同時(shí)較大的溫差使得自然循環(huán)能力得以有效地增強(qiáng)。另外，水箱的存在有效地減小了進(jìn)入二回路冷管段的水溫波動(dòng)，因此，也更有效地保證了二回路水側(cè)保持相對(duì)穩(wěn)定的自然循環(huán)。
本發(fā)明中，充分利用衰變熱和水側(cè)自然循環(huán)流量隨著冷卻時(shí)間推移的變化規(guī)律，通過(guò)設(shè)計(jì)可以采用了相對(duì)較小的傳熱面積，即較少的傳熱管根數(shù)，降低了成本，提高了常壓堆的經(jīng)濟(jì)性。
本發(fā)明中，較小的傳熱面積(即較少的傳熱管根數(shù))將使得傳熱管內(nèi)出口水溫較高，換熱管內(nèi)外側(cè)溫差增大，從而換熱得以強(qiáng)化。另外，傳熱管外側(cè)設(shè)有肋片，在保證空氣側(cè)有較大流量的情況下，可以增強(qiáng)換熱，增大了空氣帶出的熱量。


圖1為全自然循環(huán)空氣冷卻塔的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1.煙囪 2.膨脹箱 3.上升管 4.傳熱管 5.水箱 6、7、8.隔離閥 9.保溫層 10.熱管段 11.調(diào)節(jié)閥 12.冷管段
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，一種全自然循環(huán)空氣冷卻塔，包括塔體和設(shè)置在塔體內(nèi)的與常壓堆二回路熱管段10相連接的上升管3，上升管3豎直布置，且外側(cè)包有保溫層9，該保溫層9一般可使用保溫棉。上升管3的頂端設(shè)有膨脹箱2，膨脹箱2連接豎直布置的傳熱管4。膨脹箱2的主要作用是將水更均勻的分配到傳熱管4中，另外，在膨脹箱2的上部留有氮?dú)夥€(wěn)壓空間，保證在任何工況下二回路壓力均超過(guò)一回路壓力，根據(jù)具體要求可以通過(guò)充放氮?dú)獾姆椒ㄕ{(diào)節(jié)壓力，以消除壓力波動(dòng)，使裝置能穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)也可以及時(shí)緩解壓力瞬變。膨脹箱2上還設(shè)有本領(lǐng)域通用的水位測(cè)量裝置，測(cè)量水位、檢測(cè)泄漏，以防止自然循環(huán)中斷。水位測(cè)量裝置可以采用具有智能判斷、分析功能的電接點(diǎn)水位計(jì)，該型水位計(jì)常用于各類水容器水位的測(cè)量；或者采用測(cè)量精度高、穩(wěn)定性好及安裝調(diào)試方便的液位計(jì)，它通過(guò)測(cè)量液體壓力的方法來(lái)測(cè)量液位。傳熱管4下部連接一個(gè)水箱5，水箱5下部再與常壓堆二回路冷管段12相連接，水箱5的設(shè)置可以增加二回路的熱容量，并增加驅(qū)動(dòng)壓頭。傳熱管4外側(cè)設(shè)有肋片，以強(qiáng)化傳熱。塔體上部設(shè)有煙囪1，用來(lái)增加空氣側(cè)熱驅(qū)動(dòng)力，以增大空氣流量。
在上升管3與常壓堆二回路熱管段10的連接管上設(shè)有氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥11，氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥11是通過(guò)調(diào)節(jié)氣信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)閥門開度，從而調(diào)節(jié)自然循環(huán)流量，此閥門在失去氣源時(shí)(事故工況)處于常開狀態(tài)，是一個(gè)非能動(dòng)裝置，具有失效安全特性。另外，在水箱5與常壓堆二回路冷管段12的連接管上設(shè)置了隔離閥7，從而保證了在事故工況下仍能有效地建立自然循環(huán)。
權(quán)利要求
1.一種全自然循環(huán)空氣冷卻塔，包括塔體和設(shè)置在塔體內(nèi)的傳熱管(4)，塔體上部設(shè)有煙囪(1)，其特征在于塔體內(nèi)設(shè)有與常壓堆二回路熱管段(10)相連接的上升管(3)，上升管(3)的頂端設(shè)有膨脹箱(2)，膨脹箱(2)連接傳熱管(4)，傳熱管(4)下部連接一個(gè)水箱(5)，水箱(5)下部與常壓堆二回路冷管段(12)相連接，上升管(3)外側(cè)包有保溫層(9)，傳熱管(4)外側(cè)設(shè)有肋片。
2.如權(quán)利要求1所述的一種全自然循環(huán)空氣冷卻塔，其特征在于所說(shuō)的膨脹箱(2)的上部留有氮?dú)夥€(wěn)壓空間。
3.如權(quán)利要求2所述的一種全自然循環(huán)空氣冷卻塔，其特征在于所說(shuō)的膨脹箱(2)上設(shè)有水位測(cè)量裝置。
4.如權(quán)利要求1所述的一種全自然循環(huán)空氣冷卻塔，其特征在于上升管(3)與傳熱管(4)均豎直布置。
5.如權(quán)利要求1或4所述的一種全自然循環(huán)空氣冷卻塔，其特征在于在上升管(3)與常壓堆二回路熱管段(10)的連接管上設(shè)有氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥(11)。
6.如權(quán)利要求1或4所述的一種全自然循環(huán)空氣冷卻塔，其特征在于在水箱(5)與常壓堆二回路冷管段(12)的連接管上設(shè)有隔離閥(7)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種熱交換設(shè)備，具體為一種常壓核供熱堆所用的全自然循環(huán)空氣冷卻塔。該全自然循環(huán)空氣冷卻塔包括塔體和設(shè)置在塔體內(nèi)的傳熱管，塔體上部設(shè)有煙囪，塔體內(nèi)還設(shè)有與常壓堆二回路熱管段相連接的上升管，上升管的頂端設(shè)有膨脹箱，膨脹箱連接傳熱管，傳熱管下部連接一個(gè)水箱，水箱下部與常壓堆二回路冷管段相連接，上升管外側(cè)包有保溫層，傳熱管外側(cè)設(shè)有肋片。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征有效地增大了水側(cè)的自然循環(huán)能力，保證以足夠快的速度帶出一回路衰變熱，同時(shí)提高了空氣側(cè)合理的自然循環(huán)能力以保證長(zhǎng)時(shí)間地把熱量帶到大氣中。
文檔編號(hào)F28C1/00GK1815121SQ200510004990
公開日2006年8月9日 申請(qǐng)日期2005年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月1日
發(fā)明者俞爾浚, 林誠(chéng)格, 張浚 申請(qǐng)人:北京北大青鳥新能源科技有限公司