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蒸发式冷凝器在余热发电冷却系统中的作用

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  • 发布时间:2017/2/6 11:17:02
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蒸发式冷凝器在余热发电冷却系统中的作用


回收一些工业生产过程中的余热来进行发电 , 既可减轻对环境的热污染 , 又具有显著的节能效果 , 以及良好的经济效益和社会效益。

蒸发式冷凝器是一种高效节能的换热设备 , 主要利用水蒸发过程吸收潜热进行传热 , 由于其换热效率高 、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。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 , 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 , 蒸发式冷凝器已应用于电厂冷却系统 , 取得了较好的效果

1、蒸发式冷凝器

蒸发式冷凝器(蒸凝器)将湿式冷却系统凝汽器和冷却塔设备合为一体,主要由换热管组、水循环系统及鼓风机三部分组成。换热管束是一组蛇形盘管,循环水泵将冷却水压送到蒸凝器上方的布水管,经布水管的喷嘴喷淋到换热管组上面,沿蒸凝器换热管的外表面形成水膜流下,水膜从换热管壁吸取热量后,部分冷却水蒸发为水蒸气,被风机抽吸的空气快速流动带走,这样利用较少冷却水的蒸发潜热,达到盘管内蒸汽冷却凝结的目的。未蒸发的冷却水则落入蒸凝器下部的水箱中,经循环水泵再送至布水管循环使用,水箱中有浮球阀调节补充水量,使之保持一定的水位。


电厂用蒸发式冷凝器

2、蒸发式冷凝器的优点

与电厂湿式和干式冷却系统(湿冷和干冷系统)相比,蒸凝器有以下优点:

1)蒸凝器将冷却水换热与冷却过程合为一体 , 循环水(冷却水)流量仅为湿冷的 5 %~ 10 %,冷却水泵的耗功为湿冷的 5 %~ 15 %。 另外 , 蒸凝器冷却水温更接近空气湿球温度 , 相应的凝结水温度可以更低 , 其凝结水温度比干冷系统低 8 ~ 11 ℃, 比湿冷系统低 3~ 10 ℃, 凝结水温度的高低对汽轮机背压有很大影响,直接关系到热力系统循环效率的高低。

2) 蒸凝器充分利用冷却水的汽化潜热,这与干冷和湿冷系统利用空气和冷却水的显热来吸收水蒸气的热量完全不同 , 它更能充分利用水的蒸发潜热。冷却水在湿冷系统中的温升一般为 6 ~ 8 ℃, 即冷却水可带 走 25 ~ 34 kJ/kg 的显热量 , 而蒸凝器主要通过冷却水蒸发潜热来完成换热 , 1kg冷却水吸热蒸发可以带走2450 kJ的热量 , 因而蒸凝器理论耗水量只为一般湿 冷系统的 1 %。 实际上 , 由于吹散损失 , 排污放水等,耗水量约为一般湿冷系统的 5 % 10 %。 通常补充的水量仅约为湿冷系统的 1/ 25 ~1/50 。

3)安装 、维护方便 , 占地面积小 , 运行费用低 。 蒸凝器将湿冷系统凝汽器和冷却塔合为一体 , 综合投资较低 , 结构紧凑 , 占地面积小 , 而且制造时更易整体组装 , 给现场安装带来很大的方便。

3、立式蒸发式冷凝器

立式蒸凝器从结构上改变了国内外的传统换热盘管结构 , 冷却水和空气在换热管内流动有逆流和顺流两种方式 , 管外为蒸汽冷凝区。立式蒸凝器是利用冷却水在管内形成水膜与强制流动的空气直接接触 , 将管外蒸汽热量传给水膜发生非饱和蒸发并与空气进行热质交换与传递 , 最后由空气带走热量的过程。

立式蒸发式冷凝器示意

立式蒸凝器特点有:强化蒸汽在换热管外表面的凝结换热,加速凝结水的排泄;在管内改善流体流动状况,强化冷却水与空气之间的传热传质过程 , 大大增强了立式蒸凝器的散热量及传热性能 。立式蒸凝器从结构上改变了国内外的传统盘管结构 ,让蒸汽在强化换热管外表面冷凝 , 从根本上解决了蒸汽凝结需要较大空间的问题 , 克服了换热盘管管程长、蒸汽在管内压降较大的缺点 , 为汽轮机排气快速冷凝和提高循环效率创造了有利条件。

立式蒸凝器的关键部件是强化换热管组 , 根据其管外蒸汽冷凝 , 管内空气——冷却水非饱和蒸发传热传质 的特点 , 为了确保节能节水的效果 , 采用如图所示的交变曲面管型强化换热管。

                                    交变曲面管型强化换热管示意

交变曲面管型强化换热管对管外的凝结水流动具有导向作用 , 同时由于受重力及交变曲 面管向心力的作用 , 冷却水在管内沿管壁呈水膜螺旋状流下 , 从而最大限度地增加有效传热面积 面积 , 强化了冷却水与空气之间的传热传质过 程 , 提高蒸凝器传热与流阻性能 。 此外 , 管内冷却水由于受到涡流离心力的影响 , 将产生二次流 , 通过减少冷却水边界层厚度和增强与空气混合程度 , 增大传热系数 , 进而改善传热效果。

4、蒸发式冷凝器的应用

蒸凝器在发电厂热力系统中已成功应用 , 例如加拿大 TransAlta 能源公司的 75MW发电机组和美国弗吉尼亚 Tradewinds 公司锯木场的自备电厂中均采用了蒸凝器进行冷却 , 并取得了显著的节能节水效果。

采用立式蒸凝器代替余热发电机组的耗电耗水设备 ———凝汽器与冷却塔 , 可以降低蒸汽凝结温度 , 提高真空度 , 从而提高循环热效率 , 达到节能节水的目的 。 例如 , 在单机容量为 20MW发电机组中 , 凝汽器所配 循环水泵的冷却水流量为 2000 ~ 2200 t/h , 功率为 120 ~ 140 kW , 如果采用蒸凝器 , 则循环水泵的冷却水流量降到 700 ~ 900 t/ h , 功率为 40 ~ 50 kW 。 所以仅循环水泵就节水达 50 %以上 , 节电 60 %以上 , 如果连 续运行一年 , 按 0 .5 元/ (kW · h)来计算 , 则循环水泵可节省电费近 3 万元 , 同时大大降低了发电厂的运行费用 。余热发电厂立式蒸凝器系统流程如图所示 。

余热发电厂立式蒸凝器系统流程

立式蒸凝器在余热发电厂中的应用需要对换热管束的长度 、间距 、风机风量等结构和技术参数进一步改 进优化 , 从而实现最大程度的节能节水。

       随着换热板组全焊 、钎焊 、板壳式等新型结构的研 制 、开发 , 以及新技术 、新工艺 、新材料的应用 , 在许多应用领域换热板组正逐步取代换热管组 。换热板组是用薄金属板压制成具有一定波纹形状的换热板片 , 然后叠装 , 用夹板 、螺栓紧固而成 。冷热流体依次在两块板片间形成的窄小而曲折的通道中流过 , 并通过此板片进行换热 。 换热板组具有结构紧凑 、占地面积小 、传热效率高 、操作灵活性高 、应用范围广 、热损失小 、安装和清洗方便等特点 。 冷热介质的平均温差可以小至 1 ℃, 热回收效率可达 99 %以上 。 在相同压力损失情况下 , 换热板组的换热系数是换热管组的 3 ~ 5 倍 , 占地面积为其 1/ 3 , 金属耗量只占其 2/ 3 。 因此换热板组是一种高效 、节能 、节约材料 、节约投资的先进热交换设备 。立式蒸凝器换热板组工作原理如图所示 。

立式蒸凝器换热 板组示意

换热板组本身还存在许多问题 , 例如针对不同应用场合采用不同板形 , 换热板的焊接 、密封和腐蚀等 , 一直都影响着立式蒸凝器的推广和应用 , 因此 , 优化设计换热板组的性能对节能节水具有重要作用。

蒸发式冷凝器在余热发电系统中的应用 , 可以降低凝结水温度 , 从而提高热力循环效率和发电机组的整体性能 。与湿冷系统相比 , 仅循环水泵就能节水达 50 %以上 , 节电 60 %以上 。采用强化换热管或换热板组作为换热元件,节能效果将更加突出。所以,推进蒸发式冷凝器在电力行业的应用具有广阔的发展前景。

(文章来自转载)

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