蒸发式冷凝器(闭式冷却塔)用于火电厂冷却系统中可行性分析
日期：2016-09-05 来源：江苏华塔冷却技术有限公司 人气：
概述了火电厂冷却体系的特色，介绍了蒸腾式冷凝器的作业原理，依据朗肯循环详细剖析了蒸腾式冷凝器用在火电厂
冷却体系中所具有的长处，然后提出了在我国运用这项技能的必要性，并经过两个实例阐明蒸腾式冷凝器用于火电厂的冷却体系是
可行的。
关键字：
蒸发式冷凝器；冷却体系；朗肯循环；必要性；可行性
导言
跟着国民经济的开展，节省用水用电已越来越首要。现在我国火电厂选用的水冷却体系需要的冷却水量较大，因此，研讨节能
节省用水的冷却体系十分必要。
蒸腾式冷凝器首要运用水蒸腾时吸收潜热进行传热，是一种高效节能的换热设备，因为其传热效率高、节能、构造紧凑等长处
，在制冷设备和石油化工等职业有广泛的运用[1]。20世纪80年代中期，我国开端从国外引进蒸腾式冷凝器技能，首要运用于制冷装
置和石油化工等职业，但在电厂中还没得到运用。而在国外，蒸腾式冷凝器已在电厂冷却体系中得到了运用，而且取得了不错的效
果。
1.火电厂冷却体系简介
火电厂冷却体系首要是指汽轮机排汽端凝汽器冷却体系，它将汽轮机排出的、已做过功的乏汽冷凝成冷凝水，冷凝水再送回锅
炉中持续循环。它是发电体系中的一个首要构成有些，其作业功能的优劣直接影响到全部电力体系的热经济性和运转可靠性。现在
火电厂的冷却体系有水冷却体系和空气冷却体系。
1.1水冷却体系
水冷却体系是一种由冷却水来冷却冷凝汽轮机排汽的体系。现在电厂大多选用水冷却体系，它首要运用在水源足够的本地。按
供水方法可分为开式直流冷却水体系和闭式循环冷却水体系。
在开式直流冷却水体系中，水自水源的上游引进，经过火力发电厂的冷却设备，运用后排至水源的下贱。
在闭式循环冷却水体系中，温度增加了的冷却水在专设的冷却设备中冷却，下降温度后供再次运用，构成一个封闭的循环。按冷却
水的冷却方法又分为冷却水池循环供水体系、冷却水塔循环供水体系及喷水池冷却循环供水体系。
1.2空冷体系
空冷体系是一种用空气来冷却冷凝汽轮机排气的体系，它不需要冷却水或只需要很少数的冷却水。它也能够分为直接空冷体系
和直接空冷体系，它有如下特色：
（1）耗水量小，厂址挑选不受水源及长距离输电线路的限制。
（2）热经济性较低。空气凝汽器归于外表式换热器，它经过换热外表向大气排放热量，故规划时有必要选用较高的干球温度，
且为了削减空气凝汽器的尺度，在空气和放热介质（排汽或冷却水）之间应选用较大的温差。这将会致使汽轮机的背压增加，循环
热效率下降。
（3）投资高。全部空冷体系的造价及占地面积均较大，其造价约为湿式冷却塔的2倍。
（4）空冷体系作业时对本地的气候条件的动摇十分灵敏。这将会对汽轮机组的运转状况带来很多晦气影响，引起机组振动、
末级叶片冲刷等。
2.蒸腾式冷凝器的作业原理
蒸腾式冷凝器技能是一种“风”冷和“水”冷相结合的技能，这种设备直接将冷凝器放在冷却塔中，使两者紧密地结合起来。
蒸腾式冷凝器运用的是蒸腾冷却原理，首要运用水蒸腾吸收潜热而使制冷剂蒸汽或汽轮机乏汽凝聚。它格外适用于缺水区域，在气
候枯燥处更为有用。蒸腾式冷凝器的构造如图1所示。它首要由换热器、水循环体系及风机三有些构成，在箱体内装有蛇形冷却管，
管组上面为喷水设备。制冷剂蒸汽或汽轮机乏汽从蛇形冷却管上面进入管内，冷凝液体则经集液管流入储液器中（在火电厂中冷凝
液将流入热井中），管内介质冷凝冷却时放出的热量使喷淋水蒸腾。空气在风机作用下从箱体下部进入，上部排出，当空气温度低
于水温时风机还能够起到必定的冷却作用。冷却水用循环水泵压送到蛇形冷却管的上方，经喷嘴喷淋后，沿蛇形冷却管的外表构成
水膜层下贱。水受热后一有些成为蒸汽由空气带走，未蒸腾的喷淋水落入下面的水池中，经水泵再送至喷嘴循环运用。水池中有浮
球阀调理弥补水量，使之保持必定的水位。
喷嘴上面一般装有挡水板，阻挠被空气带出的水滴。有时在挡水板上设有预冷管组，这么可使进入淋水管的蒸汽温度下降，有
利于削减外外表结垢，增强传热作用。蒸腾式冷凝器用软水或经软化处理的水。吸风机的长处是使箱内保持负压，水的蒸腾温度低
；缺陷是湿润和带有水滴的空气流经风机，使风机的零件易于腐蚀损坏。
由此可见，蒸腾式冷凝器的传热、传质进程由两步构成：①管内蒸汽凝聚时放出的热量经过管壁及尘垢传给管外的水膜，传热的驱
动力来自于管内蒸汽和水膜的温差；②热量再经过水膜与空气的热质交流传给空气，传热的驱动力取决于两者的焓差。
3. 蒸腾式冷凝器与水冷却体系的热力功能对比
在电厂的冷却体系中，相对于空冷体系及水冷体系，选用蒸腾式冷凝器具有如下长处：
（1）节省能量。蒸腾式冷凝器的传热量是空气湿球温度的函数，而空冷式冷凝器的传热量是干球温度的函数。因为湿球温度
一般比干球温度低，加上水膜与金属壁面的传热系数大和风机发生的部分负压作用，因此选用蒸腾式冷凝器的冷凝温度远低于空冷
式。
蒸腾式冷凝器同带冷却水塔的水冷式冷却体系相比，它把汽轮机乏汽的热量直接传到周围空气中去，而在水冷式冷却体系中，热量
有必要先在凝汽器中传递给冷却水，然后再由循环水带到冷却塔中，最终传到周围空气中去。因为只要一次传热，所以选用蒸腾式冷
凝器的冷凝温度较低。冷凝温度的下降，致使蒸汽冷凝压力下降，这么机组的能耗下降，全部火电厂的热经济性可进步。从表2中可
以看出，当选用蒸腾式冷凝器时，郎肯循环的热效率相对于水冷却式进步了8.6%，一起其循环净功和汽耗率都有所下降。
（2）节省用水。蒸腾式冷凝器充分运用水的汽化潜热，这与空冷式和水冷式运用空气或水的显热来吸收热量彻底不一样。空冷式冷
凝器虽然不必水源，但需要消耗更多的机组和冷凝功耗。一般水冷式冷凝器中每千克冷却水能带走16.7～25.1 kJ的热量，而1 kg水
在常压下蒸腾能带走约2400 kJ的热量，因此蒸腾式冷凝器的理论耗水量只为一般水冷式冷凝器的1%，实际上因为吹散丢失、排污换
水等原因，耗水量约为一般水冷式冷凝器的5%～10[7]。一般弥补的水量仅为水冷式的1/25～1/50。蒸腾式冷凝器格外适用于缺水地
区，在气候枯燥处更为有用。
（3）运转费用削减。和传统的冷却水塔循环供水冷却体系相对比，蒸腾式冷凝器运用较少的循环水，且循环水的处理较简略
。一起又因为风机和水泵的耗能减小，保护较简单，所以其运转费用大大下降。
恰是考虑到节省用水和体系的能耗低这些长处，所以在我国，把蒸腾式冷凝器运用在火电厂的冷却体系中有其必要性，尤其在水源缺乏
的西部区域更是如此。
下面两个实例阐明国外把蒸腾式冷凝器运用在电厂冷却体系中的状况。
4.两个实例
（1）加拿大“TransAlta”能源公司的联合发电体系选用了蒸汽轮机和燃气轮机联合循环发电，蒸腾式冷凝器作为电力体系的
一有些，用来冷却汽轮机排出的蒸汽。电厂宣布的75MW电力供“Ontario Hydro”运用。另外，来自体系的热蒸汽供邻近的一家汽车
制造商运用。因为两家用户不一样的需要，致使蒸汽冷负荷发生较大的动摇，而美国巴尔的摩公司生产的V型蒸腾式冷凝器在全年运转
条件下能够适用于这种状况。
空气和喷淋水以逆流的方法流过蛇形冷却管外表，这么可使较少数的水蒸腾到空气中去。蒸汽冷凝为液体由下部流出，直接排入电
力体系的热井中，再由凝聚水泵送入锅炉中参与下一次循环。
冷凝参数：进口空气的湿球温度22.8℃，蒸汽流量31.5kg/s，冷凝肯定压力10.16kPa。设备：两台电机功率为1.23kW的风机，
两台电机功率为1kW的喷淋水泵（其中一台备用）,混凝土逆流式冷却塔，带有组合式空气排出器体系。
（2）在美国弗吉尼亚“Tradewinds”公司锯木场的发电体系中，锅炉发生的水蒸汽送到一台枯燥炉中运用。因为枯燥炉所需
要的蒸汽在很大范围内改变，给充分运用蒸汽供给了也许。枯燥炉运用有余的蒸汽以低压力送给蒸汽发电体系，蒸腾式冷凝器用来
冷凝汽轮机排出的蒸汽。电厂容量为900kW，宣布的电供锯木场运用。冷却设备选用的是蒸腾式冷凝器.
喷淋水泵以0.407 m3/(min·m2)的速率把冷却水送到蒸腾式冷凝器的上部。空气和水以顺流的方式流过冷却盘管，这么能够减
小“干区”的空间。蒸汽冷凝为液体由下部流出，直接排入电力体系的热井中，再由凝聚水泵送入锅炉中参与下一次循环，未凝聚
的蒸汽被组合式空气排出器带走。热水流到湿板面和吸入的冷空气进行热质传递，然后被预冷，最终流回水池。预冷增大了水和工
质间的温差，这么能够减小冷却盘管的尺度，进步冷却作用。
冷凝参数：进口空气的湿球温度26℃，蒸汽流量2.27 kg/s，冷凝肯定压力13.54kPa，冷凝温度51.8℃。
风机和水泵的耗功为25.7 kW。
5.对几个问题的讨论
上述剖析阐明，把蒸腾式冷凝器用在电厂冷却体系中有其必要性和可行性，但在我国推行运用应留意以下几个问题：
（1）蒸腾式冷凝器的开展首先应留意理论立异和完善，寻求新理论的突破。高效传热管的研发、管型的改善和管外表性质的
改造是蒸腾式冷凝器开展的一个首要方面[7]。格外是当电厂凝汽器由管外冷凝改用管内冷凝后，其传热功能和构造发生了很大的变
化，在这些方面更需要有理论的辅导和立异。
（2）火电厂中蒸腾式冷凝器要冷却的工质是水蒸气或天然气，而我国现在用在石油化工和制冷设备上的蒸腾式冷凝器所冷却
的工质是氨、氟里昂或碳氢化合物。要使蒸腾式冷凝器在火电厂中得到运用，就有必要依据水蒸气或天然气自身的性质特色，请求冷
却体系在流程组织、构造规划及运转操作等方面与之相适应。
（3）因为我国幅员辽阔，各地气候条件有很大区别，而蒸腾式冷凝器的冷凝作用受气候条件影响较大，所以应结合我国本地
实情来规划蒸腾式冷凝器。
6.定论
蒸腾式冷凝器具有节省能量、节省用水和运转费用低一级特色，其功能受气候条件的影响很大。对节省能源已火烧眉毛的我国来说，
把蒸腾式冷凝器用在火电厂的冷却体系中有其必要性，尤其是在气候枯燥区域。国外成功的运用实例阐明，蒸腾式冷凝器用在火电
厂的冷却体系中是可行的。
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