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      蒸發式冷凝器
      蒸發式冷凝器
      詳細說明

        蒸發式冷凝器主要利用水蒸發時吸收潛熱進行傳熱,是一種高效節能的換熱設備,由于其傳熱效率高、節能、結構緊湊等優點,在制冷裝置和石油化工等行業有廣泛的應用。20世紀80年代中期,我國開始從國外引進蒸發式冷凝器技術,主要應用于制冷裝置和石油化工等行業,但在電廠中還沒得到應用。而在國外,蒸發式冷凝器已在電廠冷卻系統中得到了應用,并且取得了不錯的效果

      蒸發式冷凝器1

      蒸發式冷凝器的工作原理

        蒸發式冷凝器技術是一種“風”冷和“水”冷相結合的技術,這種設備直接將冷凝器放在冷卻塔中,使兩者緊密地結合起來。蒸發式冷凝器運用的是蒸發冷卻原理,主要利用水蒸發吸收潛熱而使制冷劑蒸汽或汽輪機乏汽凝結。它特別適用于缺水地區,在氣候干燥處更為有效。蒸發式冷凝器的結構如圖1所示。它主要由換熱器、水循環系統及風機三部分組成,在箱體內裝有蛇形冷卻管,管組上面為噴水裝置。制冷劑蒸汽或汽輪機乏汽從蛇形冷卻管上面進入管內,冷凝液體則經集液管流入儲液器中(在火電廠中冷凝液將流入熱井中),管內介質冷凝冷卻時放出的熱量使噴淋水蒸發??諝庠陲L機作用下從箱體下部進入,上部排出,當空氣溫度低于水溫時風機還可以起到一定的冷卻作用。冷卻水用循環水泵壓送到蛇形冷卻管的上方,經噴嘴噴淋后,沿蛇形冷卻管的表面形成水膜層下流。水受熱后一部分變成蒸汽由空氣帶走,未蒸發的噴淋水落入下面的水池中,經水泵再送至噴嘴循環使用。水池中有浮球閥調節補充水量,使之保持一定的水位。噴嘴上面一般裝有擋水板,阻擋被空氣帶出的水滴。有時在擋水板上設有預冷管組,這樣可使進入淋水管的蒸汽溫度降低,有利于減少外表面結垢,增強傳熱效果。蒸發式冷凝器用軟水或經軟化處理的水。吸風機的優點是使箱內保持負壓,水的蒸發溫度低;缺點是潮濕和帶有水滴的空氣流經風機,使風機的零件易于腐蝕損壞。由此可見,蒸發式冷凝器的傳熱、傳質過程由兩步組成:①管內蒸汽凝結時放出的熱量通過管壁及污垢傳給管外的水膜,傳熱的驅動力來自于管內蒸汽和水膜的溫差;②熱量再通過水膜與空氣的熱質交換傳給空氣,傳熱的驅動力取決于兩者的焓差。

      蒸發式冷凝器與水冷卻系統的熱力性能比較

      火力發電廠熱力系統是基于朗肯循環,簡單的火力發電廠熱力系統圖和朗肯循環示意如圖

      蒸發式冷凝器2

        在T-s圖中,原冷卻系統采用水冷式的朗肯循環為1—2—3—4—5—6—1,改用蒸發式冷凝器的郎肯循環為1—2′—3′—4′—5—6—1。由于水泵耗功遠小于汽輪機所做出的功,所以T-s\%圖上3點和4點、3′點和4′點幾乎重合。

        本文以烏魯木齊地區電廠的朗肯循環為例,闡述改用蒸發式冷凝器的優點。機組容量為12 MW,水蒸汽初參數為p1=3.5 MPa,t1=435℃[5]。

        當采用水冷卻方式時,冷凝溫度t2=45.8℃,相應的冷凝壓力p2=0.01 MPa。

        當采用蒸發式冷凝器冷卻時,工質的冷凝溫度直接與環境的氣象參數有關,根據熱濕交換的完善程度,冷凝溫度一般比空氣的濕球溫度高5~10℃[6]。烏魯木齊地區夏季室外計算濕球溫度為18.5℃,所以采用蒸發式冷凝器的冷凝溫度為23.5~28.5℃。這里取冷凝溫度,相應的冷凝壓力

        由水蒸汽的T-s圖可得各狀態點的參數,如表1所示。表2為采用兩種冷卻系統時朗肯循環的熱力計算與評價循環的重要指標及對比結果,其中的對比結果是蒸發式冷凝器系統相對于水冷卻系統而言。

      蒸發式冷凝器3

      蒸發式冷凝器4

        從以上比較可看出,在電廠的冷卻系統中,相對于空冷系統及水冷系統,采用蒸發式冷凝器具有如下優點:

       ?。?)節約能量。蒸發式冷凝器的傳熱量是空氣濕球溫度的函數,而空冷式冷凝器的傳熱量是干球溫度的函數。因為濕球溫度通常比干球溫度低,加上水膜與金屬壁面的傳熱系數大和風機產生的局部負壓作用,因此采用蒸發式冷凝器的冷凝溫度遠低于空冷式。

        蒸發式冷凝器同帶冷卻水塔的水冷式冷卻系統相比,它把汽輪機乏汽的熱量直接傳到周圍空氣中去,而在水冷式冷卻系統中,熱量必須先在凝汽器中傳遞給冷卻水,然后再由循環水帶到冷卻塔中,最后傳到周圍空氣中去。因為只有一次傳熱,所以采用蒸發式冷凝器的冷凝溫度較低。冷凝溫度的降低,導致蒸汽冷凝壓力降低,這樣機組的能耗降低,整個火電廠的熱經濟性可提高。從表2中可以看出,當采用蒸發式冷凝器時,郎肯循環的熱效率相對于水冷卻式提高了8.6%,同時其循環凈功和汽耗率都有所降低。

       ?。?)節水。蒸發式冷凝器充分利用水的汽化潛熱,這與空冷式和水冷式利用空氣或水的顯熱來吸收熱量完全不同??绽涫嚼淠麟m然不用水源,但需要消耗更多的機組和冷凝功耗。一般水冷式冷凝器中每千克冷卻水能帶走16.7~25.1 kJ的熱量,而1 kg水在常壓下蒸發能帶走約2400 kJ的熱量,因而蒸發式冷凝器的理論耗水量只為一般水冷式冷凝器的1%,實際上由于吹散損失、排污換水等原因,耗水量約為一般水冷式冷凝器的5%~10[7]。通常補充的水量僅為水冷式的1/25~1/50。蒸發式冷凝器特別適用于缺水地區,在氣候干燥處更為有效。

       ?。?)運行費用減少。和傳統的冷卻水塔循環供水冷卻系統相比較,蒸發式冷凝器使用較少的循環水,且循環水的處理較簡單。同時又因為風機和水泵的耗能減小,維護較容易,所以其運行費用大大降低。

        正是考慮到節水和系統的能耗低這些優點,所以在我國,把蒸發式冷凝器運用在火電廠的冷卻系統中有其必要性,尤其在水源缺乏的西部地區更是如此。


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