蒸发式冷凝器用于火电厂冷却系统的可行性分析

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蒸发式冷凝器用于火电厂冷却系统的可行性分析

FeasibilityAnalysisoftheEvaporative-coolingCondenserApplicationinCoolingSystemoftheThermalPower

Plant

包

卫

杭州

310005)

(中天建设集团浙江安装公司,浙江

摘要:文章概述了火电厂冷却系统的特点,,在火电厂冷却系统中所具有的优点,,。关键词:;;中图分类号::B

文章编号:1007-1881(2004)04-0046-04

蒸发式冷凝器主要利用水蒸发吸收潜热进行传热,是一种高效节能的换热设备,由于其传热效率高、节能、结构紧凑和安装方便等优点,在制冷装置和石油化工等行业有广泛的应用[1]。20世纪80年代中期,我国开始从国外引进蒸发式冷凝器技术,它主要应用于制冷装置和石油化工等行业,但在电厂中还没得到应用。在国外,蒸发式冷凝器已在电厂冷却系统中得到了应用,并且取得了不错的效果[2][3]。

环。

1.2空气冷却系统

空气冷却系统是一种用空气来冷却汽轮机排汽的系统,不需要冷却水或只需要很少量的冷却水。可分为直接空冷系统和间接空冷系统,有如下特点。

(1)耗水量小。厂址选择不受水源及长距离输

1火电厂冷却系统简介

火电厂冷却系统主要是指汽轮机排汽端凝汽

电线路的限制。

(2)热经济性较低。空气凝汽器属于表面式换热器,它是通过换热表面向大气排放热量,故设计时必须采用较高的干球温度,且为了减少空气凝汽器的尺寸,在空气和放热介质(排汽或冷却水)之间应采用较大的温差。这将会导致汽轮机的背压升高,循环热效率降低。

(3)投资高。整个空冷系统的造价及占地面积

器冷却系统,它将由汽轮机排出的已作过功的乏汽直接冷凝成冷凝水,再送回锅炉中继续循环。目前火电厂的冷却系统有水冷却系统和空气冷却系统。

均较大,其造价约为湿式冷却塔的2倍。

(4)空冷系统的工作对当地的气候条件的波动

1.1水冷却系统

目前电厂大多采用水冷却系统,它主要应用在水源充足的地方。按供水方式可分为开式直流冷却水系统和闭式循环冷却水系统。在开式直流冷却水系统中,水自水源的上游引入,通过火力发电厂的冷却设备,使用后排至水源的下游。在闭式循环冷却水系统中,冷却水被重复利用。温度升高了的冷却水在专设的冷却设备中冷却,降低温度后再次供电厂使用,构成一个封闭的循

十分敏感。这将会对汽轮机组的运行状态带来许多不利影响,引起机组振动,末级叶片冲刷等。

2蒸发式冷凝器的工作原理

蒸发式冷凝器技术是一种风冷和水冷相结合

的技术,这种设备直接将冷凝器放在冷却塔中。蒸发式冷凝器运用的蒸发冷却原理是利用水蒸发吸收潜热而使制冷剂蒸汽凝结。

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蒸发式冷凝器的结构如图1所示。主要有换热器、水循环系统及风机3部分组成,在箱体内装有蛇形冷却管,管组上面为喷水装置。制冷剂蒸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(在火电厂中冷凝液将流入热井),制冷剂放出的热量使喷淋水蒸发。空气在风机作用下从箱体下部进入,上部排出,当空气的温度低于水温时风机还可以起到一定的冷却作用。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,沿蛇形冷却管的表面成膜层下流。水受热后一部分变成蒸汽由空气带走,未蒸发的喷淋水落入下面的水池中,经水泵再送至喷嘴循环使用。水池中有浮球阀调节补充水量,使之保持一定的水位。

本文以在乌鲁木齐地区建立的电厂的朗肯循环为例,阐述改用蒸发式冷凝器后的优点。机组的容量为12MW,水蒸汽的初参数为P1=3.5

[5]

MPa,t1=435℃。

当采用水冷却方式时,冷凝温度t2=45.8℃,相应的冷凝压力P2=0.01MPa。

当采用蒸发式冷凝器冷却时,工质的冷凝温度直接与环境的气象参数有关,根据热湿交换完善程度,冷凝温度一般比空气的湿球温度高5～

[6]

10℃。乌鲁木齐地区的夏季室外计算湿球温度为18.5℃,为23.28.,温度t2′=,004MPa。

1,其中的对比结果是蒸发式冷凝器系统相对于水冷却系统而言。从表中可以看出,在电厂的冷却系统中,相对于空冷系统及水冷系统,采用蒸发式冷凝器具有如下优点:

表1两种冷却系统重要指标对比

参

量

水冷却蒸发式冷凝系统1

3114

器系统2

3187

比较1/2结果

工质在锅炉内吸热

-1

量q1/kJ kg

0.98吸热大对外作功大对外放热少需要外功少净功高效率高汽耗率少

汽轮机中工质对外做功WT/kJ kg

-1

109512040.91

冷凝器中工质对外放热q2/kJ kg

-

1

202319851.02

图1蒸发式冷凝器结构示意图

1-风机;2-挡水板;3-喷嘴;4-蛇形冷却管;

5-浮球阀;6-

水泵

水泵内工质接受的外功Wp/kJ kg

-1

410910.35

-1

212020.383

20.918.61.1

-1循环净功W/kJ kg

蒸发式冷凝器的传热、传质过程由两步组成:

(1)制冷剂蒸汽在管内凝结时放出的热量通过

循环热效率η/%汽耗率d/kg (kW h)

3.3

管壁及污垢传给管外的水膜,传热的驱动力来自

于制冷剂和水膜的温差。

(2)热量再通过水膜与空气的热质交换传给空

(1)节约能量。蒸发式冷凝器同带冷却水塔的

水冷式冷却系统相比,它的热量直接传到周围空气中去。因为只有一次传热,所以采用蒸发式冷凝器的冷凝温度较低。冷凝温度的降低,导致蒸汽冷凝压力降低和汽轮机的排气压力降低,这样机组的能耗降低、性能提高,整个火电厂的热经济性可提高。

气,传热的驱动力取决于两者的焓差。

蒸发式冷凝器与水冷却系统的热力性能比较

3

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(2)节水。蒸发式冷凝器充分利用水的汽化潜

热,这与空冷式和水冷式利用显热来吸收制冷剂的热量完全不同。空冷式冷凝器虽然不用水源,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1kg冷却水能带走16.75～25.12kJ热量,而1kg水在常压下蒸发能带走约2428kJ热量,因而蒸发式冷凝器理论耗水量只为一般水冷式冷凝器的1%,实际上由于吹散损失,排污换水等,耗水量约为一般水冷式冷凝器的5%～10%[7]

。通常补充的水量仅约为水冷式的1/25～1/50。蒸发式冷凝器特别适用于缺水地区,在气候干燥处更为有效。

(3)初投资少。和传统冷却水塔循环供水冷却

系统相比较,“冷却塔”内,,,占地面积小,。所以,蒸发式冷凝器的初投资实际上低于水冷式凝汽器和冷却塔的综合初投资。

(4)运行费用减少。因为风机和水泵的耗能减小,循环水的处理简单,维护较容易,所以,运行费用大大降低。

正是由于初投资节省、节水和系统的能耗低,所以在我国,把蒸发式冷凝器运用在火电厂的冷却系统中有其必要性,在水源缺乏的地区更是如此。

图2V型蒸发式冷凝器结构示意图

1-喷嘴;2-蛇形冷却管;3-鼓风机;4-浮球阀;5-喷淋水泵

设备:两台电机功率为1.226kW的风机,两台电机功率为0.981kW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系统。

(2

)

在美国弗吉尼亚“Tradewinds”公司锯木场

4两个应用实例

(1)在加拿大“TransAlta”能源公司的75MW

的发电系统中,锅炉产生的水蒸汽送到一台干燥炉中使用[3]。由于干燥炉所需要的蒸汽在很大范围内变化,所以这给充分利用蒸汽提供了可能。干燥炉中过剩的蒸汽以低压力送给蒸汽发电系统,蒸发式冷凝器用来冷凝汽轮机排汽。冷却设备采用的是美国巴尔的摩生产的CXV-449型号的蒸发式冷凝器(如图3)。

喷淋水泵以0.407m3/min m2的速率把冷却水送到蒸发式冷凝器的上部。空气和水以顺流的形式流过冷却盘管,这样可以减小“干区”的空间。制冷剂蒸汽冷凝为液体由下部流出,冷凝汽直接排入系统的热井中,再由凝结水泵送入锅炉中参加下一次循环,未凝结的蒸汽被组合式空气排出器带走。热水流到湿板面和二次空气进行热、质传递,从而被冷却,最后流回水池。预冷增大了水和工质间的温差,这样,它可以减小冷却盘管的尺寸,提高冷却效果。

冷凝参数:进口空气的湿球温度为26℃,蒸汽流量为:2.27kg/s,蒸汽绝对压力:13.55kPa,蒸汽温度:51.8℃.

联合发电系统中,采用蒸汽轮机和燃气轮机联合发电,蒸发式冷凝器用来冷却汽轮机排出的蒸汽[2],电厂还给附近用户供热。美国巴尔的摩公司生产的V型蒸发式冷凝器(如图2)在全年运行条件下可以适用于这种情况。

空气和喷淋水以逆流的方式流过蛇形冷却管表面,这样可使较少部分的水蒸发到空气中去。蒸汽冷凝为液体由下部流出,凝汽直接排入系统的热井,再由凝结水泵送入锅炉中参加下一次循环。

冷凝参数:进口空气的湿球温度为22.8℃,蒸汽流量为:31.5kg/s,绝对冷凝压力:10.16kPa。

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电厂中得到应用,就必须根据水蒸汽或天然气本身性质上的特点,要求冷却系统在流程安排、结构设计及运行操作等方面与之相适应。

5结论

蒸发式冷凝器具有节约能量、节水、初投资少和运行费用低等特点,对于各种气候条件有很大差异,节约能源已迫在眉睫的我国来说,把蒸发式冷凝器用在火电厂的冷却系统中有其必要性,尤其是在气候干燥地区图[王铁军.蒸发式冷凝器经济技术分析[J].低温与超导,2003,31(2):65-69.

1-喷嘴;3-;4-;5-湿板面;6-鼓风机

[2]

PROJECTREPORT(PRJ41/98).BaltimoreAircoilCompa2ny.1998.

风机和水泵的耗功为25.7kW。

上述实例说明了蒸发式冷凝器用在电厂冷却系统中的可行性,但在中国推广使用应注意以下几个问题:

(1)蒸发式冷凝器的发展首先应注意理论创新

[3]PROJECTREPORT(PRJ40/

99

).BaltimoreAircoilCompa2ny.1999.

[4]中国动力工程学会.火力发电设备技术手册[M].北京:机械工业出版社,2001.

[5]曾丹苓,敖越.工程热力学(第二版)[M].北京:高等教育出版社,1986.

和完善,寻求新理论的突破。高效传热管的研制,管型的改进和管表面性质的改造是蒸发式冷凝器发展的一个重要方面[7]。

(2)由于我国幅员辽阔,各地气候条件有很大

[6]袁建新.蒸发式冷凝器的应用分析[J].制冷,2000,19(2):85-86.

[7]蒋湘,朱冬生.蒸发式冷凝器发展和应用[J].制冷,2002,21(4):29-33.

差异,而蒸发式冷凝器的冷凝效果受气候条件影响较大,所以,应结合中国国情来设计蒸发式冷凝器。

(3)火电厂中蒸发式冷凝器要冷却的工质是水

[8]吴业正,韩宝琦.制冷原理及设备(第2版)[M].西安:西安交通大学出版社,1997.

蒸汽或天然气,而在我国,目前用在石油化工和制冷装置上的蒸发式冷凝器所冷却的工质是氨、氟里昂或碳氢化合物。故要使蒸发式冷凝器在火

收稿日期:2004-05-29

作者简介:包卫(1956-),男,浙江杭州人,总经济师,从事热力发电技术管理工作。

(上接第42页)

化物和固态微粒状铁的氧化物。要降低汽机叶片金属氧化物的沉积量,首先要减少给水系统腐蚀量以减少炉水含铁量,减少蒸汽溶解铁的氧化物量;其次,要防止锅炉过热器管过热而形成过多的高温腐蚀氧化皮和锅炉停用期间产生的铁锈,

以减少固态微粒状铁的氧化物带入汽轮机流通部位,也即要加强锅炉超温管理和停炉保护工作。

收稿日期:2004-05-19

作者简介:邓冬青(1951-),女,浙江温州人,高级工程师,从事发电厂在线化学仪表技术工作。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/5cy4.html