冷却设备在引风机改造项目的灵活应用

中国船舶集团公司第七O三研究所 韩根深 汤成伟 田雷雷

锅降温方式可基本分为：空冷岛降温系统、蒸发式冷却塔降温系统、机力通风冷却塔降温系统。

空冷岛是利用空气间接通过空冷凝器（翅片管束）从热源系统（蒸汽乏汽）中吸收热量并排放至大气中，通过凝结提供低温凝结水可循环使用的设备，主要包括空冷岛；冷却塔是利用空气同水的接触（直接或间接）冷却热源机组循环水的设备。从热源系统中吸收热量并排放至大气中，从而降低高温循环水温度，提供低温冷却水可循环使用的设备，主要包括蒸发式冷却塔、机力通风冷却塔；空冷岛属于闭式冷却设备，冷却塔属于开式冷却设备。

1 冷却设备功能概述

空冷岛概述：空冷岛是利用空气取代水为冷却介质的冷却方式，是指乏汽直接进入空冷凝器（翅片管束）用空气来冷凝，空气与蒸汽进行热交换，所需的冷却空气通常由机械通风方式供应，其凝结水由凝结水泵排入回热蒸汽系统，可用于大设备冷却，能够实现多台大设备公用一个集成空冷岛，此系统无需循环水[1]。

图1 空冷岛冷却原理

图2 机力通风冷却塔原理

冷却塔概述。蒸发冷却塔工作原理。蒸发式冷却塔是以水和空气为冷却介质与换热管束内的高温介质（水）进行间接换热，在盘管外的喷淋水部分进行蒸发的同时吸收高温介质（水）的热量，可以实现进入机组的循环水与降温喷淋水分离，有利于机组的循环水水质长期保持良好，也可以替换换热管束内的高温介质（水）为有机可压缩形态工质，可用于中、小型设备冷却[3]；机力通风冷却塔工作原理。机力通风冷却塔是以空气为冷却介质与高温水进行直接换热，高温水在喷头进行喷淋同时，空气吸收高温水的热量，利用水汽飘散、蒸发实现热源机组循环水降温，可以用于大、中设备冷却[4]。

案例分析。热源条件：汽轮机进汽压力0.57MPa，汽轮机进汽温度220℃，汽轮机排汽压力0.008MPa，机组夏季工况需要循环水量2028m³/h（33℃），机组冬季工况需要循环水量1338m³/h（24℃）；自然条件：干球温度31.5℃，湿球温度28℃，大气压1.004×105Pa；冷源条件：夏季工况冷却塔循环水进口温度43℃，循环水出口温度33℃。

2 技术经济比较

2.1 耗水、耗电量

空冷岛因为无循环水系统，所以无蒸发、排污、风吹水损失。根据机组夏季工况需要循环水量2028m³/h（33℃）要求，需要配置蒸发冷却塔（2500m³/h）1座，主要损失水量为喷淋水的蒸发、排污，风吹水损失约占喷淋量2%，1座蒸发式冷却塔喷淋水量为1320m³/h，1座蒸发式冷却塔每小时补水量26.4m³/h；根据机组夏季工况需要循环水量2028m³/h（33℃）要求，需要配置机力通风冷却塔（2500m³/h）1座，主要损失水量为循环水蒸发、排污，风吹水损失约占循环水量2.5%，1座机力通风冷却塔每小时补水量62.5m³/h。

表1 主要技术指标[2]

2.2 建设费用

空冷岛方案、蒸发冷却塔方案、机力通风冷却塔方案的设备采购费用分别为150、27、25万元，设备安装费用分别为30、13.5、5万元，设备土建费用分别为50、15、24万元，建设总投资分别为230、55.5、54万元。

2.3 年度运行经济指标

空冷岛方案、蒸发冷却塔方案、机力通风冷却塔方案的年度增加水费分别为0、85.54、202.5万元，年度增加电费分别为482.4、70.8、70.8万元，年费用值分别为511.84、163.38、280.21万元。以上数据以电厂使用年限20年、年运行8000h、电价0.67元/kWh、水费4.05元/m³评估得出。

冷却设备的经济性比较采用年费用最小法,将工程的一次投资按规定的回收率等额分摊至预期的经济使用年限内的每一年中,再加上一年的水泵、风机等的耗电费，其总值最小的方案为最佳，本次仅衡量冷却设备的建设投资和水泵、风机增加的耗电费用。

根据《火力发电厂水工设计规范》（DL/T5339-2018）中的相关规定，计算公式为NF=P(AFCR)＋μa、AFCR=CR+MR、CR=i(1+i)n/(1+i)n-1，式中，NF 为年费用值；P 为总投资现值；AFCR 为年固定分摊率；μa 为年运行的电耗(包括水泵、风机增加水电费)；CR 为资金回收系数；MR 为大修费用率，可取2.5%；i 为投资回收率，可取8%；n 为经济使用年限，可取20。

2.4 运行方式比较

空气冷却系统（空冷岛）。优点：空气免费获取，安装布置不受空间限制，空气腐蚀性低，不需要采取防结垢及清垢措施，维护费用低；缺点：空气冷却效果依赖环境温度，空气换热系数低，需要采用较大换热器面积，换热材质成本高。

水冷却系统（蒸发冷却塔、机力通风冷却塔）。优点：水冷却效果对环境气温变化不敏感，水换热系数高，需要采用较小换热器面积，换热材质成本低；缺点：水通过泵、管网运输获取，安装布置受空间限制，水腐蚀性高需要采取防结垢及清垢措施，维护费用高。

3 结语

随着国家节能减排逐步推行，降低能源企业的自耗率，提升可用能源阶梯分级使用显得日益重要。在电力需求增速不断放缓，发电设备尤其是火力发电设备利用小时数不断下降，我国能源消耗企业合理选择冷却设备不仅可以降低发电成本、提升经济效益，更有助于企业实现节能减排。

空气冷却系统：空冷岛技术是一种无水的冷却途径，鉴于其一次成本投入高，年度运行费用大的工况特点，适用于干旱地区的火力发电厂机组系统；水冷却系统：蒸发冷却塔、机力通风冷却塔技术是一种有水冷却途径，结合其一次投入成本不高及实际节水、节地、节能的工况特点，适用于非干旱地区的火力发电厂机组系统的各种余热利用、节能减排及引风机改造项目。