核电站用收水装置及包含收水装置的高位塔

摘要

本发明公开了一种核电站用收水装置及包含收水装置的高位塔。收水装置用于收集自淋雨填料落下的冷却水，淋雨填料采用支梁进行支撑。收水装置包括多个水平并排交错的收水单元，收水单元包括吊杆、支撑架、集水槽、高位收水板、低位收水板以及汇流板，吊杆一端悬吊于支梁上，另一端连接着支撑架，集水槽、高位收水板、低位收水板和汇流板连接着支撑架，其中，相邻高位收水板与低位收水板上下交错设置，高位收水板通过汇流板连通着集水槽，低位收水板直接连通着集水槽。本发明核电站用收水装置及包含收水装置的高位塔，可以减小循环水泵的扬程，降低噪声和使冷空气自由地进入填料。

说明书

技术领域

本发明涉及一种核电站用高位塔组成结构，更具体地说，本发明涉及一种 核电站用收水装置及包含收水装置的高位塔。

背景技术

冷却塔是被广泛使用的工业和民用冷却设备，在电力冷却设备中，采用冷 却塔最多，常规冷却塔的热水在冷却和降落过程中经历喷水区、水膜区和雨区 三部分。高位塔通过抬高收水装置，缩短雨区，达到减少循环水泵扬程、节省 泵功率，减少雨区噪声，不再需要考虑随冷却塔塔径增大、冷空气穿越雨区过 长，导致中部区域配风能力减弱且无法计算和评估的难题，在国内外火电厂和 核电厂已有应用。

现在比较常用的是自然通风冷却塔，自然通风冷却塔利用水气换热过程中 空气被加热，使塔内外空气密度差产生的抽吸力，因此空气在流动过程中不需 要耗用能源，具有节能意义，在大型冷却项目中得到了广泛应用。

自然通风冷却塔主要由塔筒、塔筒底部的配水管、喷头、填料层、支柱及 地面集水池等组成。热水是要在冷却塔中冷却，热水经循环水泵提升进入冷却 塔配水井，分配至配水管，经洒水喷头的分散作用，溅落成水滴均匀分布在填 料上，再由填料分散成微细小的水膜，与自下而上的冷空气在填料层中充分换 热，热水被空气冷却后由填料底部落入冷却塔集水池，下落过程形成雨区。部 分冷却水蒸发成水蒸汽与被加热的空气掺混后形成的热空气在浮力作用下飘出 塔外。

现在较为常规使用的是逆流式自然通风冷却塔，该冷却塔的冷、热两种介 质的循环路径为：经换热器换热后的热水被循环水泵提升进入塔内配水井，由 配水管向配水支管重力式配水，经喷头喷洒入填料后形成水膜，实现与由下而 上行进的冷空气充分换热，冷却水由填料底落入集水池，经循环水泵再次提升 进入换热器，又变成热水，如此反复循环。其中，冷却介质是冷空气，所以， 为每一块填料提供“保质保量”的冷空气是做好冷却塔配风配水设计的关键。 冷却塔填料底部的雨区具备一定的冷却能力，但其主要作用是提供足量的冷空 气，因冷却塔的进风口面积对塔内的气流分布和进风口区的气流阻力影响极大， 进风口过小会造成冷却塔进口空气流速过高、塔内风速分布不均匀，而进风口 过高将增加循环水泵的扬程和塔的总高度，增加了冷却塔的造价和运行费用。 根据试验数据和运行数据的对比分析，自然通风冷却塔的进风口面积与淋水面 积之比一般取0.3～0.4，实现此目的需要消耗超过循环水泵三分之一的功率。

逆流式自然通风冷却塔在实际使用中，存在以下几个主要问题：

1.循环水泵扬程高：循环水泵除提供冷却水循环过程中的沿程和局部水头 损失，还需要提供包括雨区高度在内的配水井水位高度的静扬程；

2.雨区噪声大：塔越大，雨区高度越高，雨区噪声越大，根据实测数据， 12000m²的常规自然通风冷却塔塔边的噪声达到80dB，对冷却塔周边居民或值 班人员的工作和生活影响较大；

3.雨区的存在使空气进入填料的过程中阻力逐渐加大，并随着塔面积的增 加，空气的穿过雨区的路程越长，塔中部区域需要足量的冷空气变得越困难， 若单方面抬高进风口高度，将加剧问题1和2的问题，并使塔的造价增加；

4.雨区同时加热了进入冷却塔中部的冷空气，使得越靠近中部，空气的含 热含湿量进一步增加，使中部的冷却条件恶化。

现在，针对现有逆流式自然通风冷却塔存在的问题，国内外已有高位收水 冷却塔在运行，施工在建的也不少，采用并排平行设置，沿塔径方向与集水母 管相等距离处，收水板的设置高度是相等的，没有高差。

在该类型的高位冷却塔中，为了满足进风面积要求，需要将其收水板设置 成较大的坡度，导致收水板的实际面积增加，而收水板的竖向坡降较大以及水 泵扬程增加会使水滴动能增加，飞溅面积增加。为防止水滴溅入塔外，需要增 设防溅填料，每一排收水板需要配置一根集水槽，增加了集水槽的建设成本和 阻风面积。

此外，收水板、集水槽等普遍选用常规塑料甚至选用混凝土材料，未能针 对部件的不同功能及腐蚀失效模式，有针对性地选用材料，导致易损易蚀部件 故障，造成停泵停机或水体掺气，循泵运行的汽蚀条件恶化。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种核电站用收水装置及包含收水装置的高位塔， 以减小循环水泵的扬程，降低噪声和使冷空气自由地进入填料。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种核电站用收水装置，用于收集 自淋雨填料落下的冷却水，淋雨填料采用支梁进行支撑。收水装置包括多个水 平并排交错设置的收水单元，收水单元包括吊杆、支撑架、集水槽、高位收水 板、低位收水板以及汇流板，吊杆一端悬吊于所述支梁上，另一端连接着支撑 架，集水槽、高位收水板、低位收水板以及汇流板连接着支撑架，其中，相邻 高位收水板与低位收水板上下交错设置，高位收水板通过汇流板连通着集水槽， 低位收水板直接连通着集水槽。

作为本发明核电站用收水装置的一种改进，所述高位收水板、低位收水板 以及汇流板均为平板结构。

作为本发明核电站用收水装置的一种改进，所述高位收水板、低位收水板 相较于水平面面向集水槽倾斜。

作为本发明核电站用收水装置的一种改进，所述高位收水板与低位收水板 存在0.35-0.40倍收水板宽的落差。

作为本发明核电站用收水装置的一种改进，所述相邻的高位收水板与低位 收水板之间在平面上重叠，重叠宽度占低位收水板自身宽度的10%至15%。

作为本发明核电站用收水装置的一种改进，所述高位收水板、低位收水板、 汇流板与支撑架连接处存在间隙，间隙通过勾缝剂进行填充。

作为本发明核电站用收水装置的一种改进，所述高位收水板的末端伸过汇 流板的顶部一定长度，长度在3cm之内。

作为本发明核电站用收水装置的一种改进，所述高位收水板、低位收水板 以及汇流板均采用CPVC材料制成。

作为本发明核电站用收水装置的一种改进，所述支撑架包括高位支撑架和 低位支撑架，高位支撑架用来连接高位收水板，低位支撑架用来连接低位收水 板。

作为本发明核电站用收水装置的一种改进，所述高位收水板、低位收水板、 汇流板以及集水槽均采用螺栓与支撑架连接。

作为本发明核电站用收水装置的一种改进，所述支撑架两侧靠近集水槽的 螺栓上安装着吊杆。

作为本发明核电站用收水装置的一种改进，所述收水装置还包括防溅板， 安装在高位收水板和低位收水板上。

作为本发明核电站用收水装置的一种改进，所述防溅板采用ABS材料或 PVC材料制成。

作为本发明核电站用收水装置的一种改进，所述收水装置还包括防溅垫， 防溅垫铺设在所述低位收水板上。

作为本发明核电站用收水装置的一种改进，所述集水槽呈U型，采用不锈 钢制成。

作为本发明核电站用收水装置的一种改进，所述收水装置还包括支柱，支 柱用于支撑着集水槽，支柱支撑在地面上，其顶端对应U型集水槽设有弧形托 架。

作为本发明核电站用收水装置的一种改进，所述支撑架、支柱以及吊杆采 用不锈钢制成。

为了实现上述发明目的，本发明还提供了一种高位塔，其包括支撑结构、 塔芯结构以及配水系统；

所述支撑结构包括土基支撑结构和悬吊结构，其中土基支撑结构包括成套 梁和支柱支撑结构，支柱支撑固定在底部水池平板上；

所述塔芯结构包括分区阀门、布水管路、喷头、淋水填料以及收水装置和 除水器；

其中，所述收水装置包括多个水平并排交错设置的收水单元，收水单元包 括吊杆、支撑架、集水槽、高位收水板、低位收水板以及汇流板，吊杆一端悬 吊于所述支梁上，另一端连接着支撑架，集水槽、高位收水板、低位收水板以 及汇流板连接着支撑架，其中，相邻高位收水板与低位收水板上下交错设置， 高位收水板通过汇流板连通着集水槽，低位收水板直接连通着集水槽。

作为本发明高位塔的一种改进，所述高位收水板、低位收水板以及汇流板 均为平板结构。

作为本发明高位塔的一种改进，所述高位收水板、低位收水板相较于水平 面面向集水槽倾斜。

作为本发明高位塔的一种改进，所述高位收水板与低位收水板存在 0.35-0.40倍收水板宽的落差。

作为本发明高位塔的一种改进，所述相邻的高位收水板与低位收水板之间 在平面上重叠，重叠宽度占低位收水板自身宽度的10%至15%。

作为本发明高位塔的一种改进，所述高位收水板、低位收水板、汇流板与 支撑架连接处存在间隙，间隙通过勾缝剂进行填充。

作为本发明高位塔的一种改进，所述高位收水板的末端伸过汇流板的顶部 一定长度，长度在3cm之内。

为了实现上述发明目的，本发明还提供了一种安装收水装置的方法，其包 括以下步骤：

S1、在支撑淋雨填料的支梁上安装好吊装支撑架的吊杆；

S2、自上游往下游逐段安装高位支撑架，连接高位收水板和汇流板；

S3、安装低位支撑架，并连接低位收水板；

S4、将高位支撑架、低位支撑架两侧的吊杆固定。

作为本发明安装收水装置的方法的一种改进，所述高位收水板与低位收水 板存在0.35-0.40倍收水板宽的落差。

作为本发明安装收水装置的方法的一种改进，所述相邻的高位收水板与低 位收水板之间在平面上重叠，重叠宽度占低位收水板自身宽度的10%至15%。

与现有技术相比，本发明提供了一种核电站用收水装置及包含收水装置的 高位塔，通过对收水装置的相邻高位收水板与低位收水板上下交错设置，可以 带来以下明显的下好处：1、由于本发明的收水板只需要很小的水力坡度，通过 进一步减小收水板的坡降而降低循泵扬程；2、相比已有技术，可以进一步降低 噪声水平；3、使得冷空气可以自由地进入填料，且在从塔外进入塔内直至塔中 心的过程中，没有雨区阻力，也没有被加湿加热，填料在全塔范围内的冷却空 气的初参数基本一致，填料内的水气热交换状态接近理想化；4、有效避免水滴 飘出塔下或塔外，避免溅落过程中水雾的产生，保持塔下及四周为干燥状态；5、 慎重选择集水槽等部件的材质，实现与机组等寿命期管理；6、每一组高、低位 收水板共用一格集水槽，节约材料和安装工程量。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式，对本发明核电站用收水装置及包含收水装 置的高位塔的有益效果进行详细说明，其中：

图1为本发明核电站用收水装置的断面示意图。

图2为本发明中高位收水板、汇流板以及集水槽安装后的正视图。

图3为本发明中低位收水板和集水槽安装后的正视图。

具体实施方式

为了使本发明的发明目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结 合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说 明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。

在进行本发明的说明之前，先行说明本发明的理论依据，本发明源自树叶 排列方式的启发。树叶为了得到充足的光合作用和呼吸作用，需要将叶面自身 充分伸展，使叶片保持最大的受光面。为了满足不同叶序树叶均得到同样的光 合和呼吸作用，采用交互对生叶序、交错布置是最常见、最有效的形式。为了 减少风、振动等外力影响，叶柄托起树叶，起支撑作用。

请参阅图1至图3，本发明提供了一种核电站用收水装置100（以下简称收 水装置），用于收集自淋雨填料20落下的冷却水，淋雨填料20采用支梁30进 行支撑。

收水装置100包括多个水平并排交错设置的收水单元40，收水单元40包括 吊杆41、支撑架（未图示）、集水槽43、高位收水板44、低位收水板45以及汇 流板46。吊杆41一端悬吊于所述支梁30上，另一端连接着支撑架，集水槽43、 高位收水板44、低位收水板45以及汇流板46连接着支撑架，其中，相邻高位 收水板44与低位收水板45上下交错设置，高位收水板44通过汇流板46连通 着集水槽43，低位收水板45直接连通着集水槽43。

高位收水板44、低位收水板45以及汇流板46均为平板结构，其中，高位 收水板44、低位收水板45相较于水平面面向集水槽43倾斜，而且，因为高位 收水板44与集水槽43之间存在高差，汇流板46的作用是将高位收水板44汇 集的冷却水汇入集水槽43，防止落入塔内。在本发明的一种实施例中，仅高位 收水板44与集水槽43之间由汇流板联接，低位收水板45可以直接汇入集水槽 43。

高位收水板44与低位收水板45存在落差，根据试验结果，给出了进风口 与淋水面积比值的推荐值，高、低位收水板44、45的高差为h(m)，该值必须满 足进风口面积的要求，规范规定进风口面积与淋水面积之比一般取0.35-0.40， 也即高位收水板44与低位收水板45存在0.35-0.40倍收水板宽的落差，因高位 塔进风口空气的冷却效率高，该比值可以适当减小。

相邻的高位收水板44与低位收水板45之间在平面上重叠，重叠宽度K占 低位收水板45自身宽度的10%至15%。根据试验结果，低位收水板45设置防 溅垫（未图示）的效果更好，也更为经济，重叠宽度与低位收水板45与填料20 底部的垂直距离、收水板的设置坡度及低位收水板45上设置的防溅垫的防溅效 果有关，目前低位收水板45与高位收水板44的重叠宽度约占低位收水板45自 身宽度的10%至15%。

高位收水板44、汇流板46与低位收水板45均采用螺栓与支撑架连接，支 撑架与集水槽43也由螺栓连接，而支撑架两侧靠近集水槽43的螺栓上安装着 吊杆41。支撑架所连接的每两片收水板44、45或汇流板46之间留有一定间隙， 通过刷涂耐候耐老化防水型勾缝剂，保证相邻的收水板44、45或汇流板46间 的缝隙不漏水，在本实施例中，留有间隙是为了便于安装，间隙用勾缝剂而不 用粘接剂是便于检修时拆卸。高位收水板44的末端伸出汇流板46顶部一定长 度，长度在3cm以内，以保证高位收水板44中的集水不渗到汇流板46外而流 出收水装置。

集水槽43是整个收水装置100的受力主体，两侧壁面承受了支撑架传递来 的高、低位收水板44、45的重力和冲击力（如水力载荷、风载荷、地震载荷）， 集水槽43放置在不锈钢支柱47顶部的弧形托架471中，两侧支撑架靠近集水 槽43的螺栓上安装有辅助支撑收水装置100的吊杆41。支柱47与支梁30位于 同一垂直面上，均等于支梁30的间距p。在本发明的一种实施例中，淋水填料 20由支梁30支撑，支梁30间距一般为2米，收水装置100的固定利用了支梁 30，故间距取与支梁30相同或是支梁30的整数倍。

在本发明的一种实施例中，由于高、低位收水板44、45、汇流板46处于水 汽交汇区，腐蚀环境恶劣，需要采取耐候耐腐蚀性最好的材料，又因检修时处 于雨区，需要满足检修和更换时简捷化，故采用了在湿热的空气环境中耐候耐 腐蚀性能较好的CPVC材质。

在本发明的一种实施例中，支撑架包括高位支撑架和低位支撑架，高位支 撑架用来连接高位收水板44，低位支撑架用来连接低位收水板45。

在本发明的一种实施例中，收水装置100还包括防溅板（未图示），安装在 高位塔外壁四周的高位收水板44和低位收水板45上。防溅板采用ABS材料或 PVC材料制成，是与相应收水板等长的不等边折板，采用螺栓固定在支撑架上。 具体来说，冷却塔外壁四周的防溅板是折板，采用CPVC材料加工难度大，因 其检修和维护容易实现，且不影响冷却系统运行，采用容易制造加工的ABS或 PVC材质。

在本发明的一种实施例中，集水槽43呈U型，采用不锈钢制成，原因在于 集水槽担负全塔冷却水的收集，设置位置较高，承受整个收水装置100的各类 载荷，破损或渗漏将直接导致冷却水系统停运，或因冷却水掺气使循泵产生汽 蚀，对生产影响最大，故选择不锈钢材料制造，槽体出厂前需要进行表面处理。 所述支撑架、支柱47以及吊杆47采用不锈钢制成，支撑架支撑着高、低位收 水板44、45，高度大，悬臂长，需要较高的强度，且关系收水板44、45及汇流 板46的正常运行，同样采用了不锈钢材质，并与集水槽43的壁面联接；其它 具有相似需求功能的支柱47和吊杆41也采用不锈钢制造。自上而下的吊杆41、 支撑架、集水槽43和支柱47统一考虑牺牲阳极阴极保护的防腐措施。

为了实现上述发明目的，请参阅图1至图3，本发明还提供了一种高位塔（未 图示整体，只显示收水装置），包括支撑结构、塔芯结构以及配水系统；

支撑结构包括土基支撑结构和悬吊结构，其中土基支撑结构包括成套梁和 支柱支撑结构，支柱支撑固定在底部水池平板上；

塔芯结构包括分区阀门、布水管路、喷头、淋水填料以及收水装置100和 除水器；

其中，收水装置100包括多个水平并排交错设置的收水单元40，收水单元 40包括吊杆41、支撑架、集水槽43、高位收水板44、低位收水板45以及汇流 板46，吊杆41一端悬吊于所述支梁30上，另一端连接着支撑架，集水槽43、 高位收水板44、低位收水板45以及汇流板46连接着支撑架，其中，相邻高位 收水板44与低位收水板45上下交错设置，高位收水板44通过汇流板46连通 着集水槽43，低位收水板45直接连通着集水槽43。

根据本发明高位塔的一个实施方式，高位收水板44、低位收水板45以及汇 流板46均为平板结构，高位收水板44、低位收水板45相较于水平面面向集水 槽43倾斜。

根据本发明高位塔的一个实施方式，高位收水板44与低位收水板45存在 落差，该落差值必须满足进风口面积的要求，规范规定进风口面积与淋水面积 之比一般取0.35-0.40，因高位塔进风口空气的冷却效率高，该比值可以适当减 小；相邻的高位收水板44与低位收水板45之间在平面上重叠，重叠宽度占低 位收水板45自身宽度的10%至15%。

根据本发明高位塔的一个实施方式，高位收水板44、低位收水板45、汇流 板46与支撑架连接处存在间隙，间隙通过勾缝剂进行填充；高位收水板44的 末端伸过汇流板46的顶部一定长度，该长度在3cm之内。

为了实现上述发明目的，请参阅图1至图3，本发明还提供了一种安装收水 装置的方法，其包括以下步骤：

S1、在支撑淋雨填料的支梁上安装好吊装支撑架的吊杆；

S2、自上游往下游逐段安装高位支撑架，连接高位收水板和汇流板；

S3、安装低位支撑架，并连接低位收水板；

S4、将高位支撑架、低位支撑架两侧的吊杆固定。

其中，高位收水板与低位收水板存在0.35-0.40倍收水板宽的落差；相邻的 高位收水板与低位收水板之间在平面上重叠，重叠宽度占低位收水板自身宽度 的10%至15%。

以上安装方法采用自上而下，在集水槽处合拢的顺序。安装填料之前，在 支撑淋水填料的支梁上安装好吊装支撑架的吊杆，根据收水量计算集水槽的断 面尺寸和水力坡度，得到支柱顶面高程，根据受力和抗震等要求给出不锈钢支 柱的壁厚和尺寸，分段或整体安装集水槽，根据淋水密度计算收水板面的水力 坡度，自上游往下游逐段安装高位支撑架，连接高位收水板和汇流板；再安装 低位支撑架，连接低位收水板，最后把高、低位支撑架两侧的吊杆拧紧。需要 注意的是，在每一次安装前均须保持集水槽和收水板壁面处于清洁状态。

具体来说，根据设计淋水密度和收水板的收水面积，计算收水板的水力坡 度，并逐段计算收水量以及集水槽的过流能力（包括集水槽的有效断面尺寸和 槽面坡度）不低于集水槽的设计收水量，支撑集水槽的支柱顶面高程根据水力 计算结果绘制的集水槽断面图确定，根据受力和抗震等要求计算不锈钢支柱的 壁厚和尺寸，根据支柱的设置间距从上游到下游的顺序逐段安装集水槽。

在实际中，安装和检修采用电动升降机，当发现漏水点后，驾驶升降机到 漏水点，升起升降机，拧下收水板背面左右两边的螺母，取下该收水板、放置 在升降机台面上，同理逐片逐段检查汇流板、高、低位支撑架和集水槽等。

与现有技术相比，本发明提供了一种核电站用收水装置及包含收水装置的 高位塔，通过对收水装置的相邻高位收水板与低位收水板上下交错设置，可以 带来以下明显的下好处：1、由于本发明的收水板只需要很小的水力坡度，通过 进一步减小收水板的坡降而降低循泵扬程；2、相比已有技术，可以进一步降低 噪声水平；3、使得冷空气可以自由地进入填料，且在从塔外进入塔内直至塔中 心的过程中，没有雨区阻力，也没有被加湿加热，填料在全塔范围内的冷却空 气的初参数基本一致，填料内的水气热交换状态接近理想化；4、有效避免水滴 飘出塔下或塔外，避免溅落过程中水雾的产生，保持塔下及四周为干燥状态；5、 慎重选择集水槽等部件的材质，实现与机组等寿命期管理。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述 实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的 具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保 护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为 了方便说明，并不对本发明构成任何限制。