張莉　馮宇

摘 要：凝汽器作為汽輪發(fā)電機(jī)組重要的輔機(jī)之一，其運(yùn)行狀態(tài)對(duì)機(jī)組運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性有著非常重要的影響。因此，凝汽器技術(shù)顯得尤為重要。主要對(duì)蒸發(fā)式凝汽器的技術(shù)特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了分析，其廣泛應(yīng)用可有效提高發(fā)電系統(tǒng)的產(chǎn)能、節(jié)能減排的效率，具有較大的現(xiàn)實(shí)意義和工程價(jià)值。

關(guān)鍵詞：蒸發(fā)式凝汽器；經(jīng)濟(jì)效益；社會(huì)效益；電力行業(yè)

中圖分類號(hào)：TQ051.6+2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.13.011

近年來，我國電力和化工行業(yè)發(fā)展迅猛。在電力行業(yè)采用直接空冷系統(tǒng)、夏季氣溫較高條件下，直接空冷效率低下，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組無法“滿發(fā)”，發(fā)電量只為正常情況下的70%～85%，能耗浪費(fèi)嚴(yán)重。在化工行業(yè)，有大量的乏汽需要凝結(jié)，傳統(tǒng)工藝中采用水冷工藝凝結(jié)，造成了極大的水資源浪費(fèi)，因此，急需對(duì)傳統(tǒng)工藝進(jìn)行改造。

蒸發(fā)式凝汽器具有先進(jìn)的潛熱換熱機(jī)理，通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和管道配置，并充分利用蒸發(fā)式冷凝設(shè)備節(jié)水、冷凝效率高、背壓低等優(yōu)點(diǎn)，可提高產(chǎn)能、降低耗能，可有效解決電力和化工領(lǐng)域乏汽凝結(jié)采用直接空冷冷凝的夏季“滿發(fā)”不足、冬季防凍困難和采用水冷冷凝的水資源浪費(fèi)嚴(yán)重等問題。目前，蒸發(fā)式冷凝器在制冷行業(yè)和煤化工行業(yè)的介質(zhì)冷凝中得到了廣泛應(yīng)用，具有非常高的工程應(yīng)用價(jià)值。

1 發(fā)展概述

蒸發(fā)式冷凝主要利用水蒸發(fā)吸收潛熱進(jìn)行換熱，是一種高效、節(jié)能環(huán)保的換熱設(shè)備。由于其傳熱效率高、節(jié)能環(huán)保、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，20世紀(jì)80年代中期，我國開始從國外引進(jìn)蒸發(fā)式冷凝器技術(shù)，經(jīng)10年左右的發(fā)展應(yīng)用，在制冷裝置和石油化工等行業(yè)獲得了廣泛應(yīng)用。

進(jìn)入21世紀(jì)，國外的蒸發(fā)式冷凝器在電廠冷卻系統(tǒng)中得以應(yīng)用，并具備了一定的規(guī)模，而我國在2008年前，蒸發(fā)式冷凝在電廠冷卻系統(tǒng)中的使用幾乎是空白。蒸發(fā)式凝汽方式與傳統(tǒng)水冷卻系統(tǒng)、空氣冷卻系統(tǒng)相比，在節(jié)電、節(jié)水、環(huán)保等方面都有較大的優(yōu)勢(shì)。加拿大“TransAlta”能源公司的75 MW聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)采用美國巴爾的摩公司生產(chǎn)的V型蒸發(fā)式乏汽凝結(jié)器，可滿足全年運(yùn)行的需求；美國馬薩諸塞州的MassPower240 MW燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組采用蒸發(fā)式凝汽系統(tǒng)，汽輪機(jī)排汽量為300 t/h，夏季干球溫度為36 ℃，排汽壓力為9.48 kPa，低于水冷系統(tǒng)的排汽壓力。

國內(nèi)方面，蒸發(fā)式冷卻方式較國外發(fā)展緩慢。2008年，在自備電廠開始應(yīng)用蒸發(fā)式冷卻方式。河北文安縣6 MW自備電廠機(jī)組采用蒸發(fā)式凝汽方式，用水量較水冷降低了40%以上，經(jīng)過夏季高溫和冬季防凍的考驗(yàn)，機(jī)組運(yùn)行良好，節(jié)水、節(jié)能效果明顯；山東濰坊55 MW自備電廠機(jī)組采用蒸發(fā)式凝汽方式，經(jīng)調(diào)試運(yùn)行，用水量比水冷降低了40%～50%，機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)、可靠。

2 主要技術(shù)指標(biāo)和技術(shù)分析

2.1 工作原理

汽輪機(jī)排汽由蒸汽進(jìn)口進(jìn)入換熱模塊管內(nèi)冷凝放熱；管外噴淋水吸收管內(nèi)蒸汽冷凝放熱，蒸發(fā)變?yōu)樗魵?，并在風(fēng)機(jī)的作用下排入大氣中；未蒸發(fā)的水分經(jīng)收水器下落到水箱中循環(huán)使用；凝結(jié)水經(jīng)管道匯集于凝結(jié)水箱；不凝性氣體由抽真空裝置排出。

2.2 技術(shù)原理

采用直接空冷與蒸發(fā)式凝汽聯(lián)合運(yùn)行的方式，春、秋、冬季僅直接空冷運(yùn)行即可滿足機(jī)組運(yùn)行的要求；夏季高溫時(shí)，從直接空冷系統(tǒng)中分流出一部分蒸汽，通過蒸發(fā)式凝汽器直接將汽輪機(jī)排汽冷凝為凝結(jié)水。

蒸發(fā)式凝汽器以潛熱換熱為主要換熱方式，通過換熱管束表面水膜蒸發(fā)冷凝管內(nèi)蒸汽，1 kg水蒸發(fā)帶走的熱量是1 kg水溫升10 ℃帶走熱量的60倍，換熱效率高。蒸發(fā)式凝汽器可將蒸汽在較低溫度冷凝，夏季高溫時(shí)采用尖峰冷卻裝置可降低空冷機(jī)組的運(yùn)行背壓5～15 kPa，降低發(fā)電煤耗6～16 gce/kW·h，從而可提高發(fā)電效率。

2.3 主要技術(shù)指標(biāo)

與直接空冷系統(tǒng)相比：夏季溫度超過30 ℃時(shí)，排汽背壓可降低5～10 kPa；機(jī)組出力增加15%以上；煤耗降低2%以上；投資可降低10%以上。

2.4 關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng)新點(diǎn)

針對(duì)乏汽凝結(jié)進(jìn)汽量大的特點(diǎn)，開發(fā)了異型管箱結(jié)構(gòu)；采用V型結(jié)構(gòu)，乏汽凝結(jié)后靠自身質(zhì)量自流至冷凝管箱內(nèi)，可有效減小壓力降；采用鋼制焊接閥門調(diào)節(jié)直接空冷逆流管束與蒸發(fā)式凝汽器內(nèi)抽真空的比例，可有效解決乏汽凝結(jié)設(shè)備冬季防凍問題，保證了系統(tǒng)整體的嚴(yán)密性。

2.5 三維設(shè)計(jì)

三維設(shè)計(jì)效果如圖1所示。

2.6 技術(shù)特點(diǎn)

將直接空冷的顯熱換熱機(jī)理與蒸發(fā)式凝汽器的潛熱換熱機(jī)理有機(jī)結(jié)合，合理配置高效、節(jié)能的復(fù)合型空冷凝汽器，充分發(fā)揮直接空冷不耗水、蒸發(fā)冷綜合節(jié)能效果好和背壓低等優(yōu)點(diǎn)，可有效提高發(fā)電系統(tǒng)的產(chǎn)能、降低能耗。

蒸發(fā)式冷凝器結(jié)構(gòu)緊湊，換熱效果取決于當(dāng)?shù)氐臐袂驕囟龋皇墉h(huán)境干球溫度的影響。由于水的蒸發(fā)潛熱大、傳熱溫差小，所以，換熱效果好、循環(huán)量少、效率高、投資低，具有節(jié)電、節(jié)水和運(yùn)行費(fèi)用低等特點(diǎn)，適合在水資源短缺、氣候干燥的地區(qū)使用。該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)合理、技術(shù)先進(jìn)，在采用蒸發(fā)冷、空冷復(fù)合冷卻和結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面具有創(chuàng)新性，其節(jié)能、節(jié)水效果居國內(nèi)領(lǐng)先水平。

3 經(jīng)濟(jì)效益

采用蒸發(fā)式凝汽器對(duì)現(xiàn)有30萬機(jī)組進(jìn)行改造的經(jīng)濟(jì)效益分析如下。

3.1 計(jì)算原始數(shù)據(jù)

改造前，夏季滿發(fā)背壓為34 kPa（環(huán)境溫度為32～41 ℃，實(shí)際運(yùn)行背壓為33～39 kPa）；改造后，夏季機(jī)組滿發(fā)背壓降低了8～10 kPa，即運(yùn)行背壓為25～29 kPa。

夏季運(yùn)行時(shí)間段為6月底至9月底（共3個(gè)月）；蒸發(fā)式凝汽器（尖峰冷卻裝置）在夏季32 ℃以上時(shí)開啟。

運(yùn)行小時(shí)數(shù)：按3個(gè)月計(jì)算，即2 160 h。

煤耗差：機(jī)組背壓每降低1 kPa，煤耗減少1.25 g/kW·h。

標(biāo)煤價(jià)：800元/t（含稅，僅僅為計(jì)算參考值，以當(dāng)?shù)孛簝r(jià)為準(zhǔn)）。

單臺(tái)機(jī)組

年煤耗降低約8 100 t、年煤耗費(fèi)用降低648萬元。

3.2 年操作費(fèi)用計(jì)算

成本電價(jià)按0.4元/kW·h計(jì)算，水價(jià)按2.0元/t計(jì)算。

3.3 計(jì)算結(jié)果

年收益（節(jié)省煤耗費(fèi)用）為648萬元；年操作費(fèi)用（電費(fèi)+水費(fèi)）為133.2萬元；電費(fèi)為69.9萬元；水費(fèi)為63.3萬元；凈收益為514.8萬元。

通過計(jì)算可知，采用蒸發(fā)式凝汽器對(duì)現(xiàn)有機(jī)組改造后，夏季溫度超過30 ℃時(shí)，排汽背壓可降低5～10 kPa，煤耗可降低2%以上，機(jī)組出力可提高15%.

4 結(jié)束語

截至2010年，我國6 000 kW及以上火電發(fā)電設(shè)備容量為6.74×1010 kW。據(jù)此推測(cè)，預(yù)計(jì)到2016年，按15%的火電廠空冷系統(tǒng)采用蒸發(fā)式凝汽器作為尖峰冷卻裝置、年使用1 500 h計(jì)算，預(yù)期每年可節(jié)能1.592 5×108 tce。其作為電力系統(tǒng)節(jié)能、節(jié)水、安全、可靠、可提高機(jī)組發(fā)電效率的冷卻系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)國家“節(jié)能減排”的目標(biāo)。綜上所述，采用蒸發(fā)式凝汽系統(tǒng)后，無論是新電廠建設(shè)，還是舊電廠改造，采用空冷機(jī)組夏季出力的蒸發(fā)式換熱裝置——高效復(fù)合型空冷凝汽器的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益巨大，市場(chǎng)前景廣闊。

作者簡(jiǎn)介：張莉（1973—），女，本科，主要從事水工機(jī)械、升船機(jī)和電站機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)和研究。

〔編輯：張思楠〕

Abstract： As one of the important auxiliary condenser turbine generator， its operating state of the plant operation safety and economy has a very important impact. Therefore， the condenser technology is particularly important. Evaporative Condenser mainly technical characteristics and economic analyzes， which are widely used to improve the capacity of power generation systems， energy saving efficiency， has great practical significance and value of the works.

Key words： evaporative condenser； economic efficiency； social efficiency； the power industry