一中国新技术新产品 Ｎｅｗ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ８（＿Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｏｆ Ｃｈｉｎａ 蒸发式冷却器原理及在余热利用工程中的功用 杨华明韩根深李彩东 （中国船舶重工集团公司第七零三研究所无锡分部，江苏无锡２１４１５１） 摘要：简述蒸发式冷却器的工作原理、结构和技术特点，通过案例，着重对蒸发式冷却器和机力通风冷却塔的 耗水量、耗电量、以及经济效益等多方面进行比较。 关键词：蒸发式冷却器；机力通风冷却塔；耗水量；耗电量；性能分析；经济性 中图分类号：ＴＵ８５ 文献标识码：Ａ 在余热利用工程冷却供水系统 装置中，再由喷嘴将水均匀喷淋到换 的选择上，可采用的供水系统方式基 热管表面上，形成一层很薄的水膜， 本为：带机力通风冷却塔的循环供水 管内介质与管外的水和空气进行热交 系统；带自然通风冷却塔的循环供水 换，轴流风机强制空气以３—６ｍ／ｓ的速 系统；带空气冷却器的循环供水系 度通过管束和喷淋水。管外喷淋冷却 统。近年来，随着水资源紧缺和节约 水蒸发带走热量，使部分喷淋冷却水 能源政策的实施，特别是富煤缺水地 变成水蒸汽，水蒸气经过蜂窝形收水 区，对工业用水的限制极为严格，虽 器时，水份被回收，而湿气则被排到 然带空气冷却器的供水系统基本不耗 设备外。同时在轴流风机的强制引风 水，但是出于对经济因素及夏季对汽 作用下使管箱内形成负压，又强化了 轮机经济性的影响等因素考虑，目前 喷淋水的蒸发，提高了机组的换热效 在国内电厂还很少应用；因而另一种 果，未蒸发的水落人下部水箱继续参 节能、节水的供水系统一带蒸发式冷 与循环。 却器的循环供水系统应运而生。随着 蒸发式冷却器在钢铁行业的闭式 生产工艺要求的提高及蒸发式冷却器 循环冷却水系统中广泛应用，并取得 本身性能的逐步完善，国内对该类塔 良好效果，目前在余热利用工程冷却 型设备的需求量增长十分迅速，在电 方面也开始应用。蒸发式冷却器原理 子、电厂、铸造、食品、化工、建筑 见图１。 等行业，已有较广泛的应用，且用户 和应用行业在不断扩展。 １蒸发式冷却器工作原理 蒸发式冷却器是将淋洒式排管冷 却器和循环冷却塔有机结合的一种新 型冷却设备，主要利用水的蒸发潜热 换热，换热机理先进、高效，其换热 效果取决于当地的湿球温度，冷却效 果好，换热性能优良，这与空冷系统 和水冷系统利用空气和水的显热来吸 收热量不同。空冷式系统虽然不用水 源，但需要消耗更多功耗，水冷系统 中ｌｋｇＴ］￣只能带走１６．７—２５．１ｋＪ的热量， 而ｌｋｇ水在常压下蒸发能带走约２４００ｋＪ 图１蒸发式冷却器原理 的热量，因此蒸发冷却器在气候干燥 ２案例比较 且缺水的地区节水效果更为显著。 在某余热利用工程电站项目中， 蒸发式冷却器以水和空气为冷却 汽轮机冷凝器采用空气冷却器冷却， 介质与换热管束内的高温介质进行热 汽轮机冷油器和空冷器需要冷却水量 交换，利用管外部分水的蒸发带走管 为８００ｍ ／ｈ，可以采用机力通风冷却塔 内冷却过程中放 的热量。＿Ｔ作过程 或蒸发式冷却器冷却。本文就分别采 是：高温介质（水）从上部进入换热 用采用机力通风冷却塔和蒸发式冷却 管柬内，喷淋水由循环水泵送至喷淋 器作一比较。 圈啊２０１３．０７ ＮＯ．７（上） ２．１设计条件： 冷却循环水量：８００ｍ ／ｈ 循环水进口温度：４３℃ 循环水出口温度：３３℃ 干球温度：３ＯｃＣ 湿球温度：２４℃ ２．２冷却设备技术参数 湿球温度为２４℃，经计算，分别 配置２台蒸发式冷却器、２台机力通风 冷却塔，单台冷却水量均为４００ｍ ／ｈ， 单技术参数详见表１。由表可以看出， 使用蒸发式冷却器由于增加了喷淋水 泵，所以总的电功率要比机械通风冷 却塔要高。 ３技术经济比较 ３．１耗水量 由于蒸发式冷却器是闭式塔，所 以主要损失水量为喷淋水的蒸发和排 污损失和风吹损失，该部分损失约占 喷淋循环水量的２％，蒸发式冷却器单 塔喷淋水量为２２０ｍ ／ｈ，所以单塔每小 时需要补水量为４．４ｍ。／ｈ。 机力通风冷却塔主要损失水量 为循环水的蒸发和排污损失和风吹 损失，该部分损失约占循环水量的 ２．５％，单塔循环水量为４００ｍ ／ｈ，所以 单塔每小时需要补水量为ｌＯｍ。／ｈ。． 如果年利用小时按８０００小时 计，使用机力通风冷却塔，每年耗 水量为１０ Ｘ ２×８Ｏ００＝ｌ６万ｍ ，而 使用蒸发式冷却器每年耗水量为 ４．４ Ｘ ２ Ｘ ８０００＝７．０４万ｍ 。由此可以看 出，使用蒸发式冷却器的耗水量仅为 机力通风冷却塔的４４％，节水效果非 常明显。 ３．２年运行费用比较 冷却塔的比较采用年费用最小 法，即将工程的一次投资按规定的回 收率等额分摊至预测到的经济使用年 限内的每一年中，再加上一年的水 高新技术））））） 表１主要技术参数 序号 项目 单位 蒸发式冷却器 机力通风冷却塔 费用较蒸发式冷却器年费稍高，年增 加费用约ｌ８．１１万。与机力通风冷却塔 相比，蒸发式冷却器具有年费用低、 １ ２ ３ ４ Ｓ 盘管没汁压力 风机台套 ＭＰａ 厶 口 ２．Ｏ ３ ５．５ ２ ２２Ｏ ｌ １５ 耗水量低，冷却效果稳定、运行灵活 等优点，尤其对热负荷不确定不稳定 的情况下更能体现其运行灵活的优 点；其缺点是设备初始投资大，电耗 高，占地面积较大。 结语 单台风机额定功率 ｋＷ 喷淋水泵数量 喷淋水量 台 ｍ ／ｈ 蒸发式冷却器系统简单，安装调 试方便，运行稳定，但投资费用高、 耗电也较大，适用于对循环水质要求 较高的各种冷却系统，在电力、化 工、钢铁、食品和许多工业部门有应 用前景。另一方面，与空冷式热交换 器相比，蒸发式冷却塔利用管下侧水 ６ ７ ８ 单台水泵功率 风机直径 风擐 ｋＷ ｍｍ ｍ’／ｈ ５．５ １８０Ｏ １３Ｏ０Ｏ０ ４０００ ｌ９００００ ９ １０ 没备总功率 占地 ｋＷ ｍ ２７．５ ３．１９×６．５３ １５ ４．８×４．８ 表２冷却设施技术经济比较表 项 日 设备费用 位 万元 机力通风冷却塔方案 ２４ 、 蒸发式冷却器方案 ６４ 的蒸发潜热，使空气侧传热传质显著 增强，也具有明显的优点。 机力通风冷却塔主要特点是一次 性投资较低，运行稳定，全年可基本 保证满发，但是耗水量较大，在我国 缺水的北方地区应用受到一定限制。 两种冷却设备都可以余热利用工 程冷却的要求，但是从节水、降低年 运行费用角度出发蒸发式冷却器在电 厂辅机冷却系统中的应用更符合我国 国情，应大力推广。 参考文献 【１】史美中，王中铮．热交换原理设计 『Ｍ】．南京：东南大学出版社，１９９６． 【２］王松汉．板翅式换热器【Ｍ】．北京：化 学工业出版社，１９８４． ［３】赵昌富．蒸发式冷却器的应用技术总 结［Ｉ］．化工设计通￣２００８，１２（４）： ４５－４７． 设备土建费用 总投资 年均增加电费 年均增加水费 万元 万元 万元 万元 ７ ３１ １６．０１ ６４．８ ４ ６８ ２９．４８ ２８．５２ 年费用 万元 ８４．７４ ６６．６３ 注：电厂使用年限按２０年考虑，年运行小时数为８０００ｈ、电价０．６７元／ｋＷ・ｈ、 水费４．Ｏ５元／ｔ 泵、风机等的耗电费，其值最小的方 案为最优。本次仅比较冷却塔的投资 和水泵、风机增加的耗电费用。 ＡＦｃＲ——年固定分摊率 一年运行费，包括水泵、风机 的电耗 根据《火力发电厂水工设计规 范》中的相关规定，计算公式为： ＮＦ＝Ｐ（ＡＦＣＲ）＋ ａ ＡＦＣＲ＝ＣＲ＋ＭＲ ＣＲ——资金回收系数： —ｆ（１＋ （１＋ｆ） ＿１ ｉ一投资回收率，ｉ＝８％ 式中： Ｎ卜＿年费用值 Ｐ一总投资现值 ｎ一经济使用年限，ｎ＝２０ａ ＭＲ一大修费率，可取２．５％ 由上表可见，机力通风冷却塔年 ２０１３．０７ ＮＯ．７（上）盔一