凝汽器冷却水系统及其影响分析

汽轮机装置的基本循环是兰金循环(Rankine cycale，又译为朗肯循环)，为提高兰金循环热效率，措施之一是降低蒸汽凝结时的温度。因此，火力发电厂往往要用大量的冷却水以使蒸汽凝结，并达到让凝结水降温的目的。

(一)凝汽器冷却水系统

供给火力发电厂汽轮机凝汽器的冷却水有直流供水系统和循环供水系统两种基本形式。有的电厂根据当地水资源条件，采用同时有直流和循环两种形式的系统——称为混合式系统。

1.直流供水系统

直流供水系统是从天然水体取水，利用水泵和管渠将水输入凝汽器，经热交换后即行排回原水体的贯流供水设施。

在水源充足的地方，例如在有大江、大河、大湖(或大水库)的地方以及沿海建的火电厂，大都采用直流供水方式。

直流供水系统包括水源、取水建筑物、水泵与水泵房，以及输水构筑物等设施。

2.循环供水系统

循环供水系统是将汽轮机凝汽器使用过的冷却水经处理降温，又输入凝汽器再循环使用的供水系统。当水资源不足，或由于技术方面或经济方面的原因不宜采用直流供水方式时，可以采用循环供水系统。循环供水系统可以大大节约冷却水的取水量，但也因此加大了对水处理的要求。

循环供水系统除了水源、取水建筑物、水泵房、输水构筑物这些取水设施之外，还需要有冷却设施和循环水泵。冷却设施的作用是把循环水从凝汽器带出的热量不断发散到大气中去，使循环水能保持较低的温度。

与直流系统相比，循环系统相对复杂，建设投资大。

发电厂供水系统的选择，应根据水源条件和规划容量，通过技术经济比较确定。在水源条件允许的情况下，宜采用直流或混流供水系统。当水源条件受限制时，宜采用循环供水或混合供水系统。

3.循环供水系统的冷却设施

循环供水系统的冷却设施主要有以下几种：

(1)冷却塔。冷却塔是最常用的一种用来降低冷却水温度的冷却设施。它通过循环使用的冷却水作为中间介质，将汽轮机排汽冷凝所释放的热量，经由流动的空气转移到大气中，起到冷却作用。

图2-7是一个建有冷却塔的循环冷却系统。

冷却塔按通风方式分为自然通风冷却塔和机械通风冷却塔。

图2-7　循环冷却水系统示意图

1—凝汽器；2—冷却塔；3—循环水泵

图2-8　机械通风湿式逆流抽风式冷却塔

自然通风冷却塔中的空气以高大的塔体内外空气密度差形成的上浮力为动力，具有节省电耗、运行维护工作量小、性能稳定、排出的湿热气流对环境影响小等优点，虽造价较高，但在火力发电厂中得到普遍采用。机械通风冷却塔中的空气流通以风机为动力，塔体小，在相同冷却水量条件下，占地面积小，造价较低；但风机及其传动装置的运行维护工作量较大，一般只在高温高湿和场地狭窄的电厂使用。冷却塔按气、水流动方向，分为逆流式和横流式。逆流式冷却塔水流垂直向下、气流向上逆向运行。横流式冷却塔水流垂直向下而气流沿水平横向穿过水流，交叉运行。图2-8是机械通风湿式逆流抽风式冷却塔结构简图。

大中型电厂大都使用逆流式自然通风冷却塔。

(2)喷水池。喷水池因具有造价低、施工方便等优点，早期在小容量电厂中常采用，但由于占地面积和水量损失均较大，飘滴对环境影响亦较严重，散热能力较差，目前有被在工厂制造的带风机的玻璃钢机械通风冷却塔代替的趋向。

(3)漂浮喷射冷却装置。作为单独的冷却设施或提高水面冷却能力的辅助措施，喷射冷却装置近年来发展较快。该装置飘浮布列在电厂排水水面上，就地吸取表层热水喷出，把热量释放于大气，风损失较少，能灵活地分单元运行，但要有一定的水面，并增加一部分水泵动力消耗。(www.xing528.com)

(4)冷却池。通过水池水面与大气间的热交换，将冷却水携带的热量排放到大气中去的冷却设施。冷却池需要的占地面积大，一般以利用天然的或略加改造的水面为宜。冷却池分深水型(水深大于3～4m)和浅水型 (水深大于2m小于3～4m)，一般每千瓦装机容量需冷却池面积5～10m2。

冷却设施的类型应根据电厂负荷和运行方式对冷却水量、水温和供水系统运行方式的要求，并结合当地的水文、气象、地形、地质、水文地质等自然特征，以及设备、材料、场地布置和施工条件等因素，通过技术经济比较选择。

(二)凝汽器冷却水的水量

凝汽器冷却水量以保证在最高冷却水温下机组能满负荷运行为原则。冷却水水量不但与装机容量有关，还与运行要求、原水温度等因素有关。当采用直流、混流供水系统时，冷却水的最高计算温度，应按历年最炎热时期 (以3个月计算)频率为10%的昼夜平均水温确定，并应考虑温排水对取水水温的影响。当采用循环供水系统时，冷却水的最高计算温度，宜按历年最炎热时期(以3个月计算)频率为10%的昼夜平均气象条件计算。

1.凝汽器冷却水量

凝汽器冷却水量qm按式(2-9)计算，即

式中 m——冷却倍率；

Dc——进入凝汽器的排汽量，t/h。

表2-8列出了我国不同地区冷却倍率的推荐值。

表2-8　我国不同地区冷却倍率选用范围

设计时还应注意所选的最小流量也能保证凝汽器铜管内水流处于充分紊流状态，以便保证获得良好的冷却效果。

2.循环冷却水系统补充水量

直流冷却系统由于是贯流式取水、排水，所以无需考虑水量损失问题。但循环冷却系统中，冷却水经反复循环使用，水量的损耗不可忽视，必须及时给予补充。循环水的损耗主要是由以下原因造成的：

(1)开放向大气散热的冷却方式导致蒸发损失和风吹损失。

(2)输送过程中难以避免的泄漏损失。

(3)为防止水在循环过程中盐分不断浓缩以及吸收空气中的污染物和有害气体等对循环水造成的污染，使系统中产生结垢、腐蚀、黏泥和菌藻，最后导致热交换和冷却效果降低，而人为控制的连续排污，这部分水量损失称为排污损失。

循环水系统补充水就是为了弥补以上所有损失，以确保冷却效果和火电厂的正常运行。

循环冷却系统的补充水量受冷却设施的类型、生产工艺、运行状况、管理水平、补给水水质以及处理方式有关，具体数量因厂而异，统计资料显示，约占循环冷却水总量的2%～3%。其中冷却塔蒸发损失量最大，约为循环冷却水总量的1.2%～1.6%，占电厂水损失总量的30%～55% (国外电厂因其他损失小，这项损失可占到80%以上)。该项水损失主要受环境条件影响，目前没有回收方法。冷却塔风吹损失量不大，约占循环水总量的0.3%～0.5%。目前大型火电厂冷却塔均装有收水器，可使这一损失降到冷却水总量的0.001%。循环冷却水排污损失与冷却水的浓缩倍率关系很大，当浓缩倍率在2～3之间时，此项损失约占冷却水总量的0.6%，占电厂总水损失的14%～29%。泄漏损失因与各电厂的系统设计、设备状况、管理水平不同而有较大不同，需根据电厂的有关资料确定。

(三)凝汽器冷却水的水质要求

不同类型的冷却设施对冷却水水质有不同的要求。

如前所述，凝汽器分为水冷和空冷两大类，空冷又分为直接空冷和间接空冷两种类型，因为直接空冷是将汽轮机排汽直接用机械通风冷凝，不需要水。所以涉及凝汽器冷却水水质问题的只有水冷凝汽器和间接空气冷却器。

水冷使用的表面式凝汽器由于冷却水与蒸汽不接触，蒸汽在冷却表面一侧凝结，而冷却水在冷却表面另一侧流动，因此，对水质的要求仅需保证换热器不腐蚀磨损、不结垢、不产生沉淀以及能防止水生生物滋长即可。

间接空冷又分为带表面式凝汽器的和带混合式凝汽器的两种，前者对水质的要求与水冷情况相仿，而后者由于冷却水与蒸汽直接混合接触，所以对冷却水的质量要求很高——和上一节介绍的凝结水的质量标准相同。