复合型空冷乏汽凝结器技术

复合型空冷乏汽凝结器技术第一页，共四十页，2022年，8月28日●以先进的蒸发式潜热换热替代水冷空冷等其他形式的显热换热理念，深入研究影响蒸发换热的各种因素。

●通过对蒸发换热、空冷换热及其他各种换热技术优化复合，研发复合型高效、节能、节水、环保冷却（凝）设备。

●在换热单元体研究方面，对各种管形、板形、管翅、板翅式结构进行深入研究，各尽其用、取长补短，设计出高效、经济、实用、可靠的各种换热产品。4、公司技术特点第二页，共四十页，2022年，8月28日在电力行业推广

高效复合型空冷乏汽凝结装置的背景电力是我国国民经济发展的重要能源之一，电力乏汽凝结庞大的耗水量已成为制约国民经济发展的重要因素之一。同时该行业节能问题也是国家关注的重点之一。大型电厂一般采用以水作为冷却介质的表面式凝汽装置（水冷式凝汽装置），这些电厂机组在运行时，虽然能保证汽轮机较低的背压，有较高的效率，但需要消耗大量的水资源（一个600MW的汽轮机组，若采用水冷式凝汽装置需用冷却水约为66500t/h，其中补充新水量为2200t/h）。第三页，共四十页，2022年，8月28日我国水资源相对缺乏，人均占有水量只有世界人均占有量的四分之一，特别是火电站主要集中地——华北及西部地区，水资源更加贫乏，年平均产水模数尚不足全国平均数的1/3，在这些地区，节水显得更为重要。因此水资源的合理利用已成为当今的重要研究课题之一，研发高效、节水、节能、低碳的乏汽凝汽装置刻不容缓。第四页，共四十页，2022年，8月28日近年来国家发改委推广节水的空冷凝汽器取得一定的进展，与水冷相比，空冷节水65%以上。但由于空气的热比容低的先天缺陷，导致自身换热效果差、受环境温度影响大等，真正达到社会所期望的综合节能、环保目标，还存在以下待解决完善的问题：

1）汽轮机背压高，循环效率低；第五页，共四十页，2022年，8月28日2）自身耗能较高，由于风机数量多、功率大，耗电量一般占到电厂负荷的3%左右；3）夏季气温超过30℃时（正值用电高峰期），机组很难达到满发，发电量一般为额定值的60%-85%，使得想以高耗能换满发的愿望都难以实现。4）一次投资成本高，较水冷、蒸发冷等要高1-2倍，如果要保持相同的背压，相同的效率，可能增加再高的成本也较难实现。第六页，共四十页，2022年，8月28日目前为了解决空冷器的先天不足，有设计研发单位特别是用户，千方百计采取各种措施，如在翅片管上喷水等，起到一些效果，但又带来的严重的副作用，属权宜之策、临时之计。为了保证国家节能、减排国策的实现，同时较好的解决上述空冷存在的问题，我公司研究开发了高效复合型空冷乏汽凝结装置。第七页，共四十页，2022年，8月28日高效复合型空冷乏汽凝结装置性能效果较传统水冷换热设备节水70%～90%；

较传统空冷换热设备节电20%～60%；较传统空冷换热设备可降汽轮机背压5～15kp；较传统空冷换热设备性价比提高20%~30%。第八页，共四十页，2022年，8月28日电站凝汽器发展的方向1、蒸发式乏汽凝汽系统代替湿式冷却系统2、复合型空冷凝汽系统代替空冷凝汽系统。第九页，共四十页，2022年，8月28日传统常用凝结器种类

开式冷却系统

湿式冷却系统闭式冷却系统

直接空冷系统 干式冷却系统

具有混合式凝汽器的间接空冷系统间接空冷系统（即海勒系统）

具有表面式凝汽器的间接空冷系统 （即哈蒙系统）凝汽系统第十页，共四十页，2022年，8月28日

1、开式湿式冷却系统的原理及优缺点优点：1、冷凝效果好，背压低，发电效率高

2、投资小，设备简单缺点：1、耗水量大，必须建在水资充沛的地区。

2、在夏季高温期排水温度较高，对环境产生热污染，破坏生态平衡。各种换热设备原理及优缺点第十一页，共四十页，2022年，8月28日2、闭式湿式冷却系统的原理及优缺点优点：1、冷凝效果好，背压低，发电效率高缺点：1、耗水量大，投资高。第十二页，共四十页，2022年，8月28日3、海勒系统的原理及优缺点优点：1、喷射式凝汽器体积小，可以布置在汽轮机的下部。

2、汽轮机排汽管道短，真空系统小，保持了水冷的特点。

3、可与中背压汽轮机配套，煤耗率低。缺点：1、设备多，系统复杂，设备布置比较困难。

2、由于采用了喷射式凝汽器，系统中的冷却水量相当于锅炉给水的40倍，这就需要大量的与锅炉水质一样的水，从而增加了水处理费用。

3、自动控制复杂，全铝制散热器的防冻性能差，冷却效果受风的影响大。第十三页，共四十页，2022年，8月28日4、哈蒙系统原理及优缺点优点：1、设备少，系统比较简单，节约厂用电

2、冷却水系统与汽水系统分开，两者水质可按各自要求控制。

3、散热器在塔内通常呈倾斜布置，带负荷能力受大风影响小。缺点：1、冷却水进行两次热交换，传热效果差。

2、在同样设计气温下，汽轮机背压较高，导致经济性下降。

3、如果保证同样的汽轮机背压，则投资会相应增大。第十四页，共四十页，2022年，8月28日5、直接空冷系统的原理及优缺点优点：1、不需要冷却水等中间冷却介质，节水效果好。缺点：1、空冷凝汽器体积比水冷凝汽器大得多，庞大的真空系统容易漏气。

2、大直径的排汽管道加工比较困难，投资高。

3、直接空冷大多采用强制通风，因此耗电量大，同时也增加了噪声。

4、采用空气做为冷却介质，其换热效果直接受环境干球温球影响，换热温差大，介质终温高，所以系统运行不稳定、背压高、发电效率无保障。第十五页，共四十页，2022年，8月28日6.蒸发式凝汽系统的工作原理及优缺点第十六页，共四十页，2022年，8月28日

蒸发式冷却（凝）器是利用喷淋到换热盘管外表面的水膜蒸发（由引风机产生的强制对流空气将其吸纳、排出）吸收管内流体热量，使管内流体得以冷却（凝）的一种高效节能的换热设备。蒸发式冷凝器工作原理第十七页，共四十页，2022年，8月28日与空冷

换热机理比较

空冷换热：换热效果和环境干球温度有关，换热温差在15—25℃以上，由于昼夜温差、季度温差非常大，所以换热效果不稳定设计时并不采用最高大气干球温度作为依据，故空冷换热在环境温度较高时汽轮机发电功率无保障。第十八页，共四十页，2022年，8月28日蒸发换热：

利用循环水蒸发潜热换热，是一种高效、先进的换热机理，其换热效果取决于当地的湿球温度，不受环境干球温度的影响，由于水的蒸发潜热大，故较少的循环量即可满足需要，效率高、投资低。第十九页，共四十页，2022年，8月28日优点：

1）、如果全部采用变频技术优化控制运行的蒸发冷。在保证满发的前提下，与传统的水冷换热方案相比，可节水40％～50％，与空冷换热方案相比，节电30％一60％。投资比相同条件下的空冷降低50%。2）、采用纯蒸发式换热器，占地仅为空冷的30%-50%。第二十页，共四十页，2022年，8月28日

3）、换热效率高，循环水在设备内自循环蒸发换热，不会对河流等造成热污染。4）、真空容积小。5）、系统背压稳定可靠，发电效率高。

第二十一页，共四十页，2022年，8月28日8、高效复合型空冷凝汽器的工作原理及优缺点第二十二页，共四十页，2022年，8月28日工作原理利用空冷式换热器与蒸发式换热器的串、并联合理优化组合，将传统空冷凝汽器中的部分管束由空冷换热改为蒸发换热，以空冷换热为主，蒸发换热为保证背压的补充措施。乏汽由分配管进入顺流管束中进行空冷换热，管束中未冷凝的蒸汽沿着凝结水联箱进入逆流管束中再次进行蒸发换热。不凝性气体在逆流管束上部由抽真空系统排出，凝结水汇集于凝结水联箱中，通过管道送入回热系统循环利用。第二十三页，共四十页，2022年，8月28日运行过程分析：A、当环境温度较低空冷部件能满足系统需要时，蒸发部件处于关闭状态。B、当环境温度高到一定程度，空冷不能满足背压需求时，蒸发部件启动，因蒸发换热与环境的干球温度无关，换热效果不受环境干球温度影响，并且换热效率高，可以较好的降低背压，保障系统稳定、高效运行。

第二十四页，共四十页，2022年，8月28日

优点：

A、因有70%-80%的空冷器组合，有较好的综合节水效果，比水冷节水70%-90%。（如:采用25%的蒸发式换热器，水用量仅为水冷的10%-25%）B、换热效果和环境干球温度无关，受环境温度影响较小，且真空容积小，因此系统背压稳定可靠，发电效率高。C、换热效率高，循环水在设备内自循环蒸发换热，不会对河流等造成热污染。

第二十五页，共四十页，2022年，8月28日D、因蒸发部件的投资成本远低于空冷部件，故组合后一次投资成本降低。且系统简单，耗电量小、运行成本低。E、设备采用模块化，系列化设计，安装极为方便，操作费用低，施工周期短。F、所有部件采用热浸锌处理，防腐蚀效果良好。G、蒸发式换热器换热管为光管，有效的防止了结垢。第二十六页，共四十页，2022年，8月28日复合型空冷凝汽器在各种环境温度下耗水量计算第二十七页，共四十页，2022年，8月28日复合型空冷凝汽器耗水曲线图第二十八页，共四十页，2022年，8月28日各种换热设备的耗水量对比1、闭式湿式冷却系统

循环水量：16754×860÷8÷1000=1801t/h

补充水量（浓缩倍数3.0）：1801t/h×2.5%=45t/h

2、空冷器（直接空冷、间接空冷）

原则不耗水

3、蒸发式凝汽器补充水量（蒸发量）：16754÷0.68÷1000=25t/h

4、复合型空冷凝汽器

补充水量：25t/h÷3＝8.3t/h（夏季三个月内每小时耗水）第二十九页，共四十页，2022年，8月28日蒸发式凝汽器在空冷岛改造项目中的应用

目前市场上解决空冷夏季不能满发的方法：1、在翅片上喷水（汾阳文峰实例）提高夏季发电量的同时也存在许多缺点，是一种“饮鸠止渴”的办法。缺点如下：第三十页，共四十页，2022年，8月28日A、水会对翅片管造成腐蚀，锈斑会造成系统泄漏，严重影响使用寿命；轴流风机容易损坏，尤其皮带传动风机，水淋后更容易损坏。

B、即使采用系统复杂、成本很高的软化水喷淋系统，时间过久仍然会造成翅片结垢，结垢后的翅片没有办法除垢，翅片换热效果会越来越差。第三十一页，共四十页，2022年，8月28日C、喷淋系统复杂，喷淋水量不易控制，造成严重的水量浪费，希望通过空冷节水的愿望成为泡影。D、空冷岛下部空间染污严重。第三十二页，共四十页，2022年，8月28日2、并联一套水冷凝汽器系统也能满足夏季满发，但是也存在不尽如人意的地方：第三十三页，共四十页，2022年，8月28日A、系统复杂，由多个换热部件组成系统工程，（水冷器、凉水塔、循环水泵、管线、阀门等），如果水冷器放置过低还要建一套凝结水箱等B、耗电量大，因为循水量太大，且水冷器和凉水塔之间距离远，故循环水泵功率很大，晒水塔风机功率也大。C、耗水量大，由于循环水量大，且在凉水塔地方没有收水装置，故水的飘逸量是换热耗