蒸發式空氣冷卻器解決直接空冷系統夏季高負荷研究

黃興晨

（哈爾濱空調股份有限公司，黑龍江 哈爾濱 150078）

自20世紀90年代初開始，國內大型蒸汽發電機組汽輪機應用直接空冷凝汽器系統，并在北方地區取得了很好的運行效果。鑒于日益突出的能源矛盾及節約能源政策的緊迫要求，加之企業本身面對市場競爭和運行費用降低的成本要求，如何為發電機組配置最優的凝汽冷卻系統，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和電力科技工作者的重視。

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

一、直接空冷系統夏季負荷過高的分析

電站冷卻系統主要指汽輪機排汽端凝汽冷卻系統，它將汽輪機排出的已做完功后的乏汽冷凝成冷凝水，回流到凝結水箱后再通過水泵送回鍋爐燃燒繼續循環。凝汽冷卻系統作為發電機組熱力循環過程中重要環節，對于整個熱力發電廠的安全經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，對當地氣候條件的波動十分敏感，經常會受到周圍環境中風速、風向、溫度的影響，特別是在炎熱的夏季，當外界環境溫度達到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，導致機組背壓高；另若橫向風速超過5m/s或者風向改變后，空冷島周圍的空氣流場也會發生相應變化，也會在空冷凝汽器周圍產生熱風回流現象，導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生，機組無法穩定運行。因此如何解決直接空冷機組安全度夏，就成為發電廠提高發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，其在空冷島設計初期，就考慮度夏的各種方案，歸納總結如下：

（1）增加空冷島散熱面積

設計方在設計初期根據項目所在地區的氣候，考慮空冷島的散熱面積設計裕量，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生凍結。

（2）增加噴霧系統

此方案主要靠冷卻水霧化后降低環境溫度來實現增強換熱的效果，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，不符合節能節水要求。

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

2 蒸發式空氣冷凝器技術分析

（1）蒸發式空氣冷卻器的技術特點

蒸發空冷器是一種將水冷與空氣冷卻、傳質傳熱過程融為一體的高效冷凝冷卻設備。其工作原理，是用泵將下部貯水池中的循環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的水膜。同時用風機將空氣從設備的下部空氣吸入窗吸入，自下而上掠過管束。

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

以上得知，蒸發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

在直接空冷系統中將蒸發式空冷器與空冷島并聯使用這種形式可稱為復合式空冷系統。

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

（3）蒸發式空冷器在空冷系統中的作用

①保證夏季高溫安全滿發，縮短或消除不滿發小時數

蒸發式空冷凝汽器可以在夏季尖峰時刻穩定運行，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定性，實現提高峰荷出力，減少能耗的目的。

②氣溫高于16攝氏度時，保持設計背壓，降低煤耗

并聯蒸發式空冷系統后，使整個空冷系統的換熱能力增強，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增大整個空冷系統的安全系數，降低意外情況發生時的損失

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

3 采用本系統時還需進一步解決的的問題

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

如何更經濟的采用本循環系統，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、鎂鹽而結垢影響換熱。需要定期除垢，并且凈化水質。

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

（3）該系統汽輪機的排氣壓力和空冷系統的冷卻能力及抽真空系統之間關系復雜，應充分做好電氣控制方面的考慮。

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

結語

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

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