冷卻設備在引風機改造項目的靈活應用

中國船舶集團公司第七O三研究所 韓根深 湯成偉 田雷雷

鍋降溫方式可基本分為：空冷島降溫系統(tǒng)、蒸發(fā)式冷卻塔降溫系統(tǒng)、機力通風冷卻塔降溫系統(tǒng)。

空冷島是利用空氣間接通過空冷凝器（翅片管束）從熱源系統(tǒng)（蒸汽乏汽）中吸收熱量并排放至大氣中，通過凝結提供低溫凝結水可循環(huán)使用的設備，主要包括空冷島；冷卻塔是利用空氣同水的接觸（直接或間接）冷卻熱源機組循環(huán)水的設備。從熱源系統(tǒng)中吸收熱量并排放至大氣中，從而降低高溫循環(huán)水溫度，提供低溫冷卻水可循環(huán)使用的設備，主要包括蒸發(fā)式冷卻塔、機力通風冷卻塔；空冷島屬于閉式冷卻設備，冷卻塔屬于開式冷卻設備。

1 冷卻設備功能概述

空冷島概述：空冷島是利用空氣取代水為冷卻介質的冷卻方式，是指乏汽直接進入空冷凝器（翅片管束）用空氣來冷凝，空氣與蒸汽進行熱交換，所需的冷卻空氣通常由機械通風方式供應，其凝結水由凝結水泵排入回熱蒸汽系統(tǒng)，可用于大設備冷卻，能夠實現(xiàn)多臺大設備公用一個集成空冷島，此系統(tǒng)無需循環(huán)水[1]。

圖1 空冷島冷卻原理

圖2 機力通風冷卻塔原理

冷卻塔概述。蒸發(fā)冷卻塔工作原理。蒸發(fā)式冷卻塔是以水和空氣為冷卻介質與換熱管束內的高溫介質（水）進行間接換熱，在盤管外的噴淋水部分進行蒸發(fā)的同時吸收高溫介質（水）的熱量，可以實現(xiàn)進入機組的循環(huán)水與降溫噴淋水分離，有利于機組的循環(huán)水水質長期保持良好，也可以替換換熱管束內的高溫介質（水）為有機可壓縮形態(tài)工質，可用于中、小型設備冷卻[3]；機力通風冷卻塔工作原理。機力通風冷卻塔是以空氣為冷卻介質與高溫水進行直接換熱，高溫水在噴頭進行噴淋同時，空氣吸收高溫水的熱量，利用水汽飄散、蒸發(fā)實現(xiàn)熱源機組循環(huán)水降溫，可以用于大、中設備冷卻[4]。

案例分析。熱源條件：汽輪機進汽壓力0.57MPa，汽輪機進汽溫度220℃，汽輪機排汽壓力0.008MPa，機組夏季工況需要循環(huán)水量2028m3/h（33℃），機組冬季工況需要循環(huán)水量1338m3/h（24℃）；自然條件：干球溫度31.5℃，濕球溫度28℃，大氣壓1.004×105Pa；冷源條件：夏季工況冷卻塔循環(huán)水進口溫度43℃，循環(huán)水出口溫度33℃。

2 技術經濟比較

2.1 耗水、耗電量

空冷島因為無循環(huán)水系統(tǒng)，所以無蒸發(fā)、排污、風吹水損失。根據機組夏季工況需要循環(huán)水量2028m3/h（33℃）要求，需要配置蒸發(fā)冷卻塔（2500m3/h）1座，主要損失水量為噴淋水的蒸發(fā)、排污，風吹水損失約占噴淋量2%，1座蒸發(fā)式冷卻塔噴淋水量為1320m3/h，1座蒸發(fā)式冷卻塔每小時補水量26.4m3/h；根據機組夏季工況需要循環(huán)水量2028m3/h（33℃）要求，需要配置機力通風冷卻塔（2500m3/h）1座，主要損失水量為循環(huán)水蒸發(fā)、排污，風吹水損失約占循環(huán)水量2.5%，1座機力通風冷卻塔每小時補水量62.5m3/h。

表1 主要技術指標[2]

2.2 建設費用

空冷島方案、蒸發(fā)冷卻塔方案、機力通風冷卻塔方案的設備采購費用分別為150、27、25萬元，設備安裝費用分別為30、13.5、5萬元，設備土建費用分別為50、15、24萬元，建設總投資分別為230、55.5、54萬元。

2.3 年度運行經濟指標

空冷島方案、蒸發(fā)冷卻塔方案、機力通風冷卻塔方案的年度增加水費分別為0、85.54、202.5萬元，年度增加電費分別為482.4、70.8、70.8萬元，年費用值分別為511.84、163.38、280.21萬元。以上數(shù)據以電廠使用年限20年、年運行8000h、電價0.67元/kWh、水費4.05元/m3評估得出。

冷卻設備的經濟性比較采用年費用最小法,將工程的一次投資按規(guī)定的回收率等額分攤至預期的經濟使用年限內的每一年中,再加上一年的水泵、風機等的耗電費，其總值最小的方案為最佳，本次僅衡量冷卻設備的建設投資和水泵、風機增加的耗電費用。

根據《火力發(fā)電廠水工設計規(guī)范》（DL/T5339-2018）中的相關規(guī)定，計算公式為NF=P(AFCR)＋μa、AFCR=CR+MR、CR=i(1+i)n/(1+i)n-1，式中，NF 為年費用值；P 為總投資現(xiàn)值；AFCR 為年固定分攤率；μa 為年運行的電耗(包括水泵、風機增加水電費)；CR 為資金回收系數(shù)；MR 為大修費用率，可取2.5%；i 為投資回收率，可取8%；n 為經濟使用年限，可取20。

2.4 運行方式比較

空氣冷卻系統(tǒng)（空冷島）。優(yōu)點：空氣免費獲取，安裝布置不受空間限制，空氣腐蝕性低，不需要采取防結垢及清垢措施，維護費用低；缺點：空氣冷卻效果依賴環(huán)境溫度，空氣換熱系數(shù)低，需要采用較大換熱器面積，換熱材質成本高。

水冷卻系統(tǒng)（蒸發(fā)冷卻塔、機力通風冷卻塔）。優(yōu)點：水冷卻效果對環(huán)境氣溫變化不敏感，水換熱系數(shù)高，需要采用較小換熱器面積，換熱材質成本低；缺點：水通過泵、管網運輸獲取，安裝布置受空間限制，水腐蝕性高需要采取防結垢及清垢措施，維護費用高。

3 結語

隨著國家節(jié)能減排逐步推行，降低能源企業(yè)的自耗率，提升可用能源階梯分級使用顯得日益重要。在電力需求增速不斷放緩，發(fā)電設備尤其是火力發(fā)電設備利用小時數(shù)不斷下降，我國能源消耗企業(yè)合理選擇冷卻設備不僅可以降低發(fā)電成本、提升經濟效益，更有助于企業(yè)實現(xiàn)節(jié)能減排。

空氣冷卻系統(tǒng)：空冷島技術是一種無水的冷卻途徑，鑒于其一次成本投入高，年度運行費用大的工況特點，適用于干旱地區(qū)的火力發(fā)電廠機組系統(tǒng)；水冷卻系統(tǒng)：蒸發(fā)冷卻塔、機力通風冷卻塔技術是一種有水冷卻途徑，結合其一次投入成本不高及實際節(jié)水、節(jié)地、節(jié)能的工況特點，適用于非干旱地區(qū)的火力發(fā)電廠機組系統(tǒng)的各種余熱利用、節(jié)能減排及引風機改造項目。