蒸發(fā)式冷凝器主要利用水蒸發(fā)時(shí)吸收潛熱進(jìn)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(yōu)點(diǎn)，在制冷裝置和石油化工等行業(yè)有廣泛的應用。20世紀80年代中期，我國開(kāi)始從國外引進(jìn)蒸發(fā)式冷凝器技術(shù)，主要應用于制冷裝置和石油化工等行業(yè)，但在電廠(chǎng)中還沒(méi)得到應用。而在國外，蒸發(fā)式冷凝器已在電廠(chǎng)冷卻系統中得到了應用，并且取得了不錯的效果

蒸發(fā)式冷凝器的工作原理

　　蒸發(fā)式冷凝器技術(shù)是一種“風(fēng)”冷和“水”冷相結合的技術(shù)，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(lái)。蒸發(fā)式冷凝器運用的是蒸發(fā)冷卻原理，主要利用水蒸發(fā)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(fā)式冷凝器的結構如圖1所示。它主要由換熱器、水循環(huán)系統及風(fēng)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(jìn)入管內，冷凝液體則經(jīng)集液管流入儲液器中（在火電廠(chǎng)中冷凝液將流入熱井中），管內介質(zhì)冷凝冷卻時(shí)放出的熱量使噴淋水蒸發(fā)?？諝庠陲L(fēng)機作用下從箱體下部進(jìn)入，上部排出，當空氣溫度低于水溫時(shí)風(fēng)機還可以起到一定的冷卻作用。冷卻水用循環(huán)水泵壓送到蛇形冷卻管的上方，經(jīng)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(fā)的噴淋水落入下面的水池中，經(jīng)水泵再送至噴嘴循環(huán)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(shí)在擋水板上設有預冷管組，這樣可使進(jìn)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(fā)式冷凝器用軟水或經(jīng)軟化處理的水。吸風(fēng)機的優(yōu)點(diǎn)是使箱內保持負壓，水的蒸發(fā)溫度低；缺點(diǎn)是潮濕和帶有水滴的空氣流經(jīng)風(fēng)機，使風(fēng)機的零件易于腐蝕損壞。由此可見(jiàn)，蒸發(fā)式冷凝器的傳熱、傳質(zhì)過(guò)程由兩步組成：①管內蒸汽凝結時(shí)放出的熱量通過(guò)管壁及污垢傳給管外的水膜，傳熱的驅動(dòng)力來(lái)自于管內蒸汽和水膜的溫差；②熱量再通過(guò)水膜與空氣的熱質(zhì)交換傳給空氣，傳熱的驅動(dòng)力取決于兩者的焓差。

蒸發(fā)式冷凝器與水冷卻系統的熱力性能比較

火力發(fā)電廠(chǎng)熱力系統是基于朗肯循環(huán)，簡(jiǎn)單的火力發(fā)電廠(chǎng)熱力系統圖和朗肯循環(huán)示意如圖

　　在T-s圖中，原冷卻系統采用水冷式的朗肯循環(huán)為1—2—3—4—5—6—1，改用蒸發(fā)式冷凝器的郎肯循環(huán)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(diǎn)和4點(diǎn)、3′點(diǎn)和4′點(diǎn)幾乎重合。

　　本文以烏魯木齊地區電廠(chǎng)的朗肯循環(huán)為例，闡述改用蒸發(fā)式冷凝器的優(yōu)點(diǎn)。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(shí)，冷凝溫度t2=45.8℃，相應的冷凝壓力p2=0.01 MPa。

　　當采用蒸發(fā)式冷凝器冷卻時(shí)，工質(zhì)的冷凝溫度直接與環(huán)境的氣象參數有關(guān)，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(fā)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(tài)點(diǎn)的參數，如表1所示。表2為采用兩種冷卻系統時(shí)朗肯循環(huán)的熱力計算與評價(jià)循環(huán)的重要指標及對比結果，其中的對比結果是蒸發(fā)式冷凝器系統相對于水冷卻系統而言。

　　從以上比較可看出，在電廠(chǎng)的冷卻系統中，相對于空冷系統及水冷系統，采用蒸發(fā)式冷凝器具有如下優(yōu)點(diǎn)：

　?。?）節約能量。蒸發(fā)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(fēng)機產(chǎn)生的局部負壓作用，因此采用蒸發(fā)式冷凝器的冷凝溫度遠低于空冷式。

　　蒸發(fā)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?chē)諝庵腥?，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(huán)水帶到冷卻塔中，最后傳到周?chē)諝庵腥?。因為只有一次傳熱，所以采用蒸發(fā)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(gè)火電廠(chǎng)的熱經(jīng)濟性可提高。從表2中可以看出，當采用蒸發(fā)式冷凝器時(shí)，郎肯循環(huán)的熱效率相對于水冷卻式提高了8.6%，同時(shí)其循環(huán)凈功和汽耗率都有所降低。

　?。?）節水。蒸發(fā)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(lái)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(fā)能帶走約2400 kJ的熱量，因而蒸發(fā)式冷凝器的理論耗水量只為一般水冷式冷凝器的1%，實(shí)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?jì)H為水冷式的1/25～1/50。蒸發(fā)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(huán)供水冷卻系統相比較，蒸發(fā)式冷凝器使用較少的循環(huán)水，且循環(huán)水的處理較簡(jiǎn)單。同時(shí)又因為風(fēng)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(yōu)點(diǎn)，所以在我國，把蒸發(fā)式冷凝器運用在火電廠(chǎng)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。