冷卻設備在引風機改造項目的靈活應用

中國船舶集團公司第七O三研究所 韓根深 湯成偉 田雷雷

鍋降溫方式可基本分為：空冷島降溫系統、蒸發式冷卻塔降溫系統、機力通風冷卻塔降溫系統。

空冷島是利用空氣間接通過空冷凝器（翅片管束）從熱源系統（蒸汽乏汽）中吸收熱量并排放至大氣中，通過凝結提供低溫凝結水可循環使用的設備，主要包括空冷島；冷卻塔是利用空氣同水的接觸（直接或間接）冷卻熱源機組循環水的設備。從熱源系統中吸收熱量并排放至大氣中，從而降低高溫循環水溫度，提供低溫冷卻水可循環使用的設備，主要包括蒸發式冷卻塔、機力通風冷卻塔；空冷島屬于閉式冷卻設備，冷卻塔屬于開式冷卻設備。

1 冷卻設備功能概述

空冷島概述：空冷島是利用空氣取代水為冷卻介質的冷卻方式，是指乏汽直接進入空冷凝器（翅片管束）用空氣來冷凝，空氣與蒸汽進行熱交換，所需的冷卻空氣通常由機械通風方式供應，其凝結水由凝結水泵排入回熱蒸汽系統，可用于大設備冷卻，能夠實現多臺大設備公用一個集成空冷島，此系統無需循環水[1]。

圖1 空冷島冷卻原理

圖2 機力通風冷卻塔原理

冷卻塔概述。蒸發冷卻塔工作原理。蒸發式冷卻塔是以水和空氣為冷卻介質與換熱管束內的高溫介質（水）進行間接換熱，在盤管外的噴淋水部分進行蒸發的同時吸收高溫介質（水）的熱量，可以實現進入機組的循環水與降溫噴淋水分離，有利于機組的循環水水質長期保持良好，也可以替換換熱管束內的高溫介質（水）為有機可壓縮形態工質，可用于中、小型設備冷卻[3]；機力通風冷卻塔工作原理。機力通風冷卻塔是以空氣為冷卻介質與高溫水進行直接換熱，高溫水在噴頭進行噴淋同時，空氣吸收高溫水的熱量，利用水汽飄散、蒸發實現熱源機組循環水降溫，可以用于大、中設備冷卻[4]。

案例分析。熱源條件：汽輪機進汽壓力0.57MPa，汽輪機進汽溫度220℃，汽輪機排汽壓力0.008MPa，機組夏季工況需要循環水量2028m3/h（33℃），機組冬季工況需要循環水量1338m3/h（24℃）；自然條件：干球溫度31.5℃，濕球溫度28℃，大氣壓1.004×105Pa；冷源條件：夏季工況冷卻塔循環水進口溫度43℃，循環水出口溫度33℃。

2 技術經濟比較

2.1 耗水、耗電量

空冷島因為無循環水系統，所以無蒸發、排污、風吹水損失。根據機組夏季工況需要循環水量2028m3/h（33℃）要求，需要配置蒸發冷卻塔（2500m3/h）1座，主要損失水量為噴淋水的蒸發、排污，風吹水損失約占噴淋量2%，1座蒸發式冷卻塔噴淋水量為1320m3/h，1座蒸發式冷卻塔每小時補水量26.4m3/h；根據機組夏季工況需要循環水量2028m3/h（33℃）要求，需要配置機力通風冷卻塔（2500m3/h）1座，主要損失水量為循環水蒸發、排污，風吹水損失約占循環水量2.5%，1座機力通風冷卻塔每小時補水量62.5m3/h。

表1 主要技術指標[2]

2.2 建設費用

空冷島方案、蒸發冷卻塔方案、機力通風冷卻塔方案的設備采購費用分別為150、27、25萬元，設備安裝費用分別為30、13.5、5萬元，設備土建費用分別為50、15、24萬元，建設總投資分別為230、55.5、54萬元。

2.3 年度運行經濟指標

空冷島方案、蒸發冷卻塔方案、機力通風冷卻塔方案的年度增加水費分別為0、85.54、202.5萬元，年度增加電費分別為482.4、70.8、70.8萬元，年費用值分別為511.84、163.38、280.21萬元。以上數據以電廠使用年限20年、年運行8000h、電價0.67元/kWh、水費4.05元/m3評估得出。

冷卻設備的經濟性比較采用年費用最小法,將工程的一次投資按規定的回收率等額分攤至預期的經濟使用年限內的每一年中,再加上一年的水泵、風機等的耗電費，其總值最小的方案為最佳，本次僅衡量冷卻設備的建設投資和水泵、風機增加的耗電費用。

根據《火力發電廠水工設計規范》（DL/T5339-2018）中的相關規定，計算公式為NF=P(AFCR)＋μa、AFCR=CR+MR、CR=i(1+i)n/(1+i)n-1，式中，NF 為年費用值；P 為總投資現值；AFCR 為年固定分攤率；μa 為年運行的電耗(包括水泵、風機增加水電費)；CR 為資金回收系數；MR 為大修費用率，可取2.5%；i 為投資回收率，可取8%；n 為經濟使用年限，可取20。

2.4 運行方式比較

空氣冷卻系統（空冷島）。優點：空氣免費獲取，安裝布置不受空間限制，空氣腐蝕性低，不需要采取防結垢及清垢措施，維護費用低；缺點：空氣冷卻效果依賴環境溫度，空氣換熱系數低，需要采用較大換熱器面積，換熱材質成本高。

水冷卻系統（蒸發冷卻塔、機力通風冷卻塔）。優點：水冷卻效果對環境氣溫變化不敏感，水換熱系數高，需要采用較小換熱器面積，換熱材質成本低；缺點：水通過泵、管網運輸獲取，安裝布置受空間限制，水腐蝕性高需要采取防結垢及清垢措施，維護費用高。

3 結語

隨著國家節能減排逐步推行，降低能源企業的自耗率，提升可用能源階梯分級使用顯得日益重要。在電力需求增速不斷放緩，發電設備尤其是火力發電設備利用小時數不斷下降，我國能源消耗企業合理選擇冷卻設備不僅可以降低發電成本、提升經濟效益，更有助于企業實現節能減排。

空氣冷卻系統：空冷島技術是一種無水的冷卻途徑，鑒于其一次成本投入高，年度運行費用大的工況特點，適用于干旱地區的火力發電廠機組系統；水冷卻系統：蒸發冷卻塔、機力通風冷卻塔技術是一種有水冷卻途徑，結合其一次投入成本不高及實際節水、節地、節能的工況特點，適用于非干旱地區的火力發電廠機組系統的各種余熱利用、節能減排及引風機改造項目。