蒸发式空气冷却器解决直接空冷系统夏季高负荷研究

黄兴晨

（哈尔滨空调股份有限公司，黑龙江 哈尔滨 150078）

自20世纪90年代初开始，国内大型蒸汽发电机组汽轮机应用直接空冷凝汽器系统，并在北方地区取得了很好的运行效果。鉴于日益突出的能源矛盾及节约能源政策的紧迫要求，加之企业本身面对市场竞争和运行费用降低的成本要求，如何为发电机组配置最优的凝汽冷却系统，提高机组运行效率以及机组运行的安全可靠性，从而降低机组能耗，越来越受到电站企业和电力科技工作者的重视。

本文对采用蒸发式空气冷却器来解决直接空冷系统夏季高负荷，发电站不能满发问题进行初步探讨。

一、直接空冷系统夏季负荷过高的分析

电站冷却系统主要指汽轮机排汽端凝汽冷却系统，它将汽轮机排出的已做完功后的乏汽冷凝成冷凝水，回流到凝结水箱后再通过水泵送回锅炉燃烧继续循环。凝汽冷却系统作为发电机组热力循环过程中重要环节，对于整个热力发电厂的安全经济运行具有决定性的影响。

由于直接空冷凝汽器属于表面热交换器，对当地气候条件的波动十分敏感，经常会受到周围环境中风速、风向、温度的影响，特别是在炎热的夏季，当外界环境温度达到35℃以上时，散热器入口空气温度就会变高，换热温差减小，空冷凝汽器散热效果变差，导致机组背压高；另若横向风速超过5m/s或者风向改变后，空冷岛周围的空气流场也会发生相应变化，也会在空冷凝汽器周围产生热风回流现象，导致散热器入口热量无法散出，凝汽器散热效率大幅降低，机组背压发生波动，从而直接影响机组正常工作，引起机组出力受阻，被迫降负荷，机组夏季尖峰时刻真空度急剧下降情况时有发生，机组无法稳定运行。因此如何解决直接空冷机组安全度夏，就成为发电厂提高发电机组运行效率以及保证机组安全运行的重要问题。

二、解决方案

1 对于新建电厂空冷岛的度夏问题，其在空冷岛设计初期，就考虑度夏的各种方案，归纳总结如下：

（1）增加空冷岛散热面积

设计方在设计初期根据项目所在地区的气候，考虑空冷岛的散热面积设计裕量，通常在5%～10%左右，裕量小不能解决度夏问题，裕量大电厂初期投资大，而且使用率不高，冬季防冻困难容易发生冻结。

（2）增加喷雾系统

此方案主要靠冷却水雾化后降低环境温度来实现增强换热的效果，投资小，安装方便，操作简单。

（3）增加水冷器或冷却塔

此方案换热效果好，但占地面积大，电厂初期投资大，而且耗水量过大，不符合节能节水要求。

目前，电厂采取的主要方式是适当增加空冷岛散热面积与增加喷雾系统相结合。第（3）种方案由于存在一定弊端，在实际工程中应用较少。

2 蒸发式空气冷凝器技术分析

（1）蒸发式空气冷却器的技术特点

蒸发空冷器是一种将水冷与空气冷却、传质传热过程融为一体的高效冷凝冷却设备。其工作原理，是用泵将下部贮水池中的循环水输送到位于水平放置的光管（或翅片管）管束上方的喷淋分配器，由分配器的喷嘴将冷却水向下喷淋道热管表面，使管外表面湿润并形成连续的水膜。同时用风机将空气从设备的下部空气吸入窗吸入，自下而上掠过管束。

蒸发空冷器适用于入口温度低于80℃的介质的冷凝冷却，同时利用冷却水的潜热和显热，冷却后介质出口温度，可接近于环境湿球温度。

以上得知，蒸发式空气冷却器比较适合作为直接空冷的尖峰冷却器使用。

（2）工艺流程

在直接空冷系统中将蒸发式空冷器与空冷岛并联使用这种形式可称为复合式空冷系统。

此种联接方式可充分发挥蒸发空冷器降温能力强的特点，而且在不启用蒸发空冷器时，可通过三个阀门将蒸发空冷系统隔离出来，方便维修检查，降低能耗。

（3）蒸发式空冷器在空冷系统中的作用

①保证夏季高温安全满发，缩短或消除不满发小时数

蒸发式空冷凝汽器可以在夏季尖峰时刻稳定运行，以微量的水量来降低凝汽器背压及背压变化差，大大提高汽轮机运行的可靠性和稳定性，实现提高峰荷出力，减少能耗的目的。

②气温高于16摄氏度时，保持设计背压，降低煤耗

并联蒸发式空冷系统后，使整个空冷系统的换热能力增强，降低空冷岛的负荷，使汽轮机的背压降低，提高汽轮机的效率，降低煤耗。

③增大整个空冷系统的安全系数，降低意外情况发生时的损失

在非高温时段满负荷运行蒸发空冷器，可使空冷岛的风机轮流检修，避免空冷岛发生故障时影响发电机组正常运行。

3 采用本系统时还需进一步解决的的问题

采用这种复合式空冷系统，我们还要分析该空冷系统可能存在的问题，充分考虑应对措施，从而最大限度地减小其对空冷系统的影响，以保证电站安全运行。

如何更经济的采用本循环系统，还要有以下几方面要注意的问题：

（1）在喷水时，如果换热管外表金属温度较高，水中的钙、镁离子变成钙、镁盐而结垢影响换热。需要定期除垢，并且净化水质。

（2）腐蚀问题。蒸发式冷凝凝汽器外壳由于常年处于水与空气的潮湿环境下，易于腐蚀，从而严重影响产品寿命。因此蒸发式冷凝凝汽器换热管热浸锌处理或不锈钢板质量要严格把好关。

（3）该系统汽轮机的排气压力和空冷系统的冷却能力及抽真空系统之间关系复杂，应充分做好电气控制方面的考虑。

（4）除盐水的消耗占蒸发式空冷器总能耗的50 %～65%，如何保证蒸发冷却器的最佳运行状态，应该做进一步的实验研究。

结语

近年北方地区夏季高温时间延长，原有直接空冷系统大部分都不能满足夏季安全运行，不满发小时数逐年增加，使电站的经济效益降低。在这种情况下，在系统中增加蒸发空冷器增强整个空冷系统的换热能力，提高电站运行的经济性，是解决直接空冷系统现有问题的上佳选择。

[1]张卓澄.大型电站凝汽器[M].北京：机械工业出版社，1993：8-9.