蒸發(fā)式空氣冷卻器解決直接空冷系統(tǒng)夏季高負荷研究

黃興晨

（哈爾濱空調(diào)股份有限公司，黑龍江 哈爾濱 150078）

自20世紀90年代初開始，國內(nèi)大型蒸汽發(fā)電機組汽輪機應(yīng)用直接空冷凝汽器系統(tǒng)，并在北方地區(qū)取得了很好的運行效果。鑒于日益突出的能源矛盾及節(jié)約能源政策的緊迫要求，加之企業(yè)本身面對市場競爭和運行費用降低的成本要求，如何為發(fā)電機組配置最優(yōu)的凝汽冷卻系統(tǒng)，提高機組運行效率以及機組運行的安全可靠性，從而降低機組能耗，越來越受到電站企業(yè)和電力科技工作者的重視。

本文對采用蒸發(fā)式空氣冷卻器來解決直接空冷系統(tǒng)夏季高負荷，發(fā)電站不能滿發(fā)問題進行初步探討。

一、直接空冷系統(tǒng)夏季負荷過高的分析

電站冷卻系統(tǒng)主要指汽輪機排汽端凝汽冷卻系統(tǒng)，它將汽輪機排出的已做完功后的乏汽冷凝成冷凝水，回流到凝結(jié)水箱后再通過水泵送回鍋爐燃燒繼續(xù)循環(huán)。凝汽冷卻系統(tǒng)作為發(fā)電機組熱力循環(huán)過程中重要環(huán)節(jié)，對于整個熱力發(fā)電廠的安全經(jīng)濟運行具有決定性的影響。

由于直接空冷凝汽器屬于表面熱交換器，對當(dāng)?shù)貧夂驐l件的波動十分敏感，經(jīng)常會受到周圍環(huán)境中風(fēng)速、風(fēng)向、溫度的影響，特別是在炎熱的夏季，當(dāng)外界環(huán)境溫度達到35℃以上時，散熱器入口空氣溫度就會變高，換熱溫差減小，空冷凝汽器散熱效果變差，導(dǎo)致機組背壓高；另若橫向風(fēng)速超過5m/s或者風(fēng)向改變后，空冷島周圍的空氣流場也會發(fā)生相應(yīng)變化，也會在空冷凝汽器周圍產(chǎn)生熱風(fēng)回流現(xiàn)象，導(dǎo)致散熱器入口熱量無法散出，凝汽器散熱效率大幅降低，機組背壓發(fā)生波動，從而直接影響機組正常工作，引起機組出力受阻，被迫降負荷，機組夏季尖峰時刻真空度急劇下降情況時有發(fā)生，機組無法穩(wěn)定運行。因此如何解決直接空冷機組安全度夏，就成為發(fā)電廠提高發(fā)電機組運行效率以及保證機組安全運行的重要問題。

二、解決方案

1 對于新建電廠空冷島的度夏問題，其在空冷島設(shè)計初期，就考慮度夏的各種方案，歸納總結(jié)如下：

（1）增加空冷島散熱面積

設(shè)計方在設(shè)計初期根據(jù)項目所在地區(qū)的氣候，考慮空冷島的散熱面積設(shè)計裕量，通常在5%～10%左右，裕量小不能解決度夏問題，裕量大電廠初期投資大，而且使用率不高，冬季防凍困難容易發(fā)生凍結(jié)。

（2）增加噴霧系統(tǒng)

此方案主要靠冷卻水霧化后降低環(huán)境溫度來實現(xiàn)增強換熱的效果，投資小，安裝方便，操作簡單。

（3）增加水冷器或冷卻塔

此方案換熱效果好，但占地面積大，電廠初期投資大，而且耗水量過大，不符合節(jié)能節(jié)水要求。

目前，電廠采取的主要方式是適當(dāng)增加空冷島散熱面積與增加噴霧系統(tǒng)相結(jié)合。第（3）種方案由于存在一定弊端，在實際工程中應(yīng)用較少。

2 蒸發(fā)式空氣冷凝器技術(shù)分析

（1）蒸發(fā)式空氣冷卻器的技術(shù)特點

蒸發(fā)空冷器是一種將水冷與空氣冷卻、傳質(zhì)傳熱過程融為一體的高效冷凝冷卻設(shè)備。其工作原理，是用泵將下部貯水池中的循環(huán)水輸送到位于水平放置的光管（或翅片管）管束上方的噴淋分配器，由分配器的噴嘴將冷卻水向下噴淋道熱管表面，使管外表面濕潤并形成連續(xù)的水膜。同時用風(fēng)機將空氣從設(shè)備的下部空氣吸入窗吸入，自下而上掠過管束。

蒸發(fā)空冷器適用于入口溫度低于80℃的介質(zhì)的冷凝冷卻，同時利用冷卻水的潛熱和顯熱，冷卻后介質(zhì)出口溫度，可接近于環(huán)境濕球溫度。

以上得知，蒸發(fā)式空氣冷卻器比較適合作為直接空冷的尖峰冷卻器使用。

（2）工藝流程

在直接空冷系統(tǒng)中將蒸發(fā)式空冷器與空冷島并聯(lián)使用這種形式可稱為復(fù)合式空冷系統(tǒng)。

此種聯(lián)接方式可充分發(fā)揮蒸發(fā)空冷器降溫能力強的特點，而且在不啟用蒸發(fā)空冷器時，可通過三個閥門將蒸發(fā)空冷系統(tǒng)隔離出來，方便維修檢查，降低能耗。

（3）蒸發(fā)式空冷器在空冷系統(tǒng)中的作用

①保證夏季高溫安全滿發(fā)，縮短或消除不滿發(fā)小時數(shù)

蒸發(fā)式空冷凝汽器可以在夏季尖峰時刻穩(wěn)定運行，以微量的水量來降低凝汽器背壓及背壓變化差，大大提高汽輪機運行的可靠性和穩(wěn)定性，實現(xiàn)提高峰荷出力，減少能耗的目的。

②氣溫高于16攝氏度時，保持設(shè)計背壓，降低煤耗

并聯(lián)蒸發(fā)式空冷系統(tǒng)后，使整個空冷系統(tǒng)的換熱能力增強，降低空冷島的負荷，使汽輪機的背壓降低，提高汽輪機的效率，降低煤耗。

③增大整個空冷系統(tǒng)的安全系數(shù)，降低意外情況發(fā)生時的損失

在非高溫時段滿負荷運行蒸發(fā)空冷器，可使空冷島的風(fēng)機輪流檢修，避免空冷島發(fā)生故障時影響發(fā)電機組正常運行。

3 采用本系統(tǒng)時還需進一步解決的的問題

采用這種復(fù)合式空冷系統(tǒng)，我們還要分析該空冷系統(tǒng)可能存在的問題，充分考慮應(yīng)對措施，從而最大限度地減小其對空冷系統(tǒng)的影響，以保證電站安全運行。

如何更經(jīng)濟的采用本循環(huán)系統(tǒng)，還要有以下幾方面要注意的問題：

（1）在噴水時，如果換熱管外表金屬溫度較高，水中的鈣、鎂離子變成鈣、鎂鹽而結(jié)垢影響換熱。需要定期除垢，并且凈化水質(zhì)。

（2）腐蝕問題。蒸發(fā)式冷凝凝汽器外殼由于常年處于水與空氣的潮濕環(huán)境下，易于腐蝕，從而嚴重影響產(chǎn)品壽命。因此蒸發(fā)式冷凝凝汽器換熱管熱浸鋅處理或不銹鋼板質(zhì)量要嚴格把好關(guān)。

（3）該系統(tǒng)汽輪機的排氣壓力和空冷系統(tǒng)的冷卻能力及抽真空系統(tǒng)之間關(guān)系復(fù)雜，應(yīng)充分做好電氣控制方面的考慮。

（4）除鹽水的消耗占蒸發(fā)式空冷器總能耗的50 %～65%，如何保證蒸發(fā)冷卻器的最佳運行狀態(tài)，應(yīng)該做進一步的實驗研究。

結(jié)語

近年北方地區(qū)夏季高溫時間延長，原有直接空冷系統(tǒng)大部分都不能滿足夏季安全運行，不滿發(fā)小時數(shù)逐年增加，使電站的經(jīng)濟效益降低。在這種情況下，在系統(tǒng)中增加蒸發(fā)空冷器增強整個空冷系統(tǒng)的換熱能力，提高電站運行的經(jīng)濟性，是解決直接空冷系統(tǒng)現(xiàn)有問題的上佳選擇。

[1]張卓澄.大型電站凝汽器[M].北京：機械工業(yè)出版社，1993：8-9.