前言

蒸汽電廠中蒸汽凝汽器的主要目的是將汽輪機排氣蒸汽轉(zhuǎn)化為水，以便在鍋爐中再次使用，并在汽輪機排氣處創(chuàng)建和維持真空。這是通過冷水循環(huán)通過管束并在其外表面上凝結(jié)蒸汽來實現(xiàn)的。

由于從蒸汽變?yōu)槟Y(jié)水時比容的大幅減少，凝汽器內(nèi)部形成真空。保持凝汽器中的真空盡可能地連續(xù)低對于蒸汽電廠實現(xiàn)最高可能的汽輪機功率非常重要?？諝?、氨和其他不凝結(jié)氣體的存在會導(dǎo)致凝汽器壓力上升。凝汽器壓力的上升導(dǎo)致有用的汽輪機功率降低，進而使電廠效率降低。

空氣的存在降低了蒸汽的分壓，從而降低了蒸汽的飽和溫度，導(dǎo)致蒸發(fā)焓增加，因此在凝汽器中需要更多的冷卻水。此外這導(dǎo)致凝結(jié)水過冷，這是不可取的，因為這意味著為此目的移除的多余熱量不會為任何有用的過程服務(wù)，也需要提供額外的鍋爐燃燒。

因此連續(xù)地從凝汽器中移除空氣和不凝結(jié)氣體對于保持電廠效率盡可能高是非常關(guān)鍵的。除此任務(wù)之外，空氣抽取系統(tǒng)還防止了蒸汽凝汽器管道的氣體覆蓋，這可能會大大降低熱傳遞并停止凝結(jié)過程。它還降低了凝結(jié)水中溶解氧的含量，這可能導(dǎo)致鍋爐管道的腐蝕。

通過真空泵從凝汽器底部抽取空氣和不凝結(jié)氣體，那里的溫度是最低的。真空泵抽取的空氣和不凝結(jié)氣體含有相對較大量的未凝結(jié)蒸汽，每千克空氣可以含有2千克以上的水蒸氣。這導(dǎo)致增加泵的寄生功率。

在凝汽器設(shè)計中，考慮到盡可能減少凝結(jié)水過冷，以最小化熱量的移除。為了減少與空氣一起被真空泵抽取的蒸汽量，蒸汽凝汽器的部分管道靠近空氣泵吸入處被屏蔽，并且該部分的凝汽器管道含有最冷的水，并且冷卻管的數(shù)量增加。

因此空氣的溫度降低低于出口凝結(jié)水的溫度，更多與空氣相關(guān)的蒸汽被凝結(jié)，從而減少了空氣和蒸汽混合物的質(zhì)量流率，真空泵的功率也隨之降低。

空氣抽取系統(tǒng)可以是離心式壓縮機、蒸汽噴射器抽氣器或水環(huán)泵。混合使用這些組件的系統(tǒng)被認為是最優(yōu)選擇，因為它們對于最小化排氣設(shè)備大小和節(jié)省寄生功耗提供了幾個優(yōu)勢。

操作這些設(shè)備所需的功率取決于空氣和不凝結(jié)氣體以及真空泵抽取的未凝結(jié)蒸汽的流速。凝汽器空氣冷卻器的空氣溫度降低受限于使用正常冷卻水時的情況。為了獲得空氣溫度的顯著降低，建議通過在凝汽器中加入制冷系統(tǒng)來修改凝汽器。

該系統(tǒng)用于冷卻凝汽器中的空氣，而不是用于正常的冷卻水。當(dāng)然直接使用制冷劑來冷卻空氣，利用空氣冷卻器作為制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器，并將該系統(tǒng)的冷液制冷劑通過空氣冷卻器的管道循環(huán)流動，將比使用冷凍水更加高效。

然而這種配置需要重新設(shè)計空氣冷卻器，以適應(yīng)接收和蒸發(fā)制冷劑，這對于已有的發(fā)電廠來說可能成本較高。因此，對于新發(fā)電廠的設(shè)計可以考慮采用這種配置。

已有文獻中描述了使用干式氨來冷卻蒸汽電廠凝汽器的概念。該概念提出用液態(tài)氨代替凝汽器冷卻水，當(dāng)液態(tài)氨從凝結(jié)蒸汽中吸收熱量蒸發(fā)時。被氨吸收的凝結(jié)熱在制冷機的空氣冷卻式冷凝器中被釋放到周圍大氣中。

該概念已經(jīng)經(jīng)過測試并有詳細文獻記錄，并得到了多家主要設(shè)備供應(yīng)商的參與。此外，已經(jīng)對蒸汽廠凝汽器與蒸汽廠結(jié)合的蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)進行了詳細探討。這些結(jié)果顯示了蒸汽電廠的凈功率和效率的顯著提高。

然而要實現(xiàn)這種組合系統(tǒng)需要相對龐大的VCRS，這會導(dǎo)致組合系統(tǒng)成本的大幅增加。只需一個相對較小的VCRS來冷卻蒸汽電廠凝汽器中的空氣。這樣做可以降低空氣冷卻器中空氣和水蒸氣混合物的溫度，從而使一部分水蒸氣凝結(jié)。

因此從蒸汽凝汽器中抽取的空氣和水蒸氣混合物的質(zhì)量流率減小，真空泵消耗的功率減少。同時，蒸汽凝汽器中流失的水蒸氣也減少。所以這有助于縮小蒸汽電廠輔助系統(tǒng)的耗能和蒸汽消耗量。

汽電廠凝汽器

汽電廠凝汽器是用于蒸汽發(fā)電廠的關(guān)鍵設(shè)備之一，它主要用于將汽輪機排出的高溫高壓蒸汽冷凝成液態(tài)水，以便循環(huán)利用并回收熱能。在汽電廠的發(fā)電過程中，蒸汽通過汽輪機驅(qū)動發(fā)電機產(chǎn)生電能，然后從汽輪機排出，其中大部分是高溫高壓的蒸汽。在這個過程中，為了能夠更好地利用蒸汽和提高發(fā)電效率，必須將蒸汽冷卻和凝結(jié)成液態(tài)水，然后回收它用于再次進入鍋爐產(chǎn)生新的蒸汽。

凝汽器的工作原理是通過冷卻管束將冷卻水循環(huán)在蒸汽管束的外部，使蒸汽在冷卻管束表面冷凝成液態(tài)水。冷卻水通過水泵抽取自自然水體或冷卻塔，然后進入凝汽器的冷卻管束，從而吸收蒸汽的熱量。蒸汽在冷卻管束表面冷凝成液態(tài)水后，被抽出凝汽器并存儲在熱井中。從凝汽器排出的凝結(jié)水通過給水泵再次送回鍋爐，形成新的蒸汽。

凝汽器的效率對汽電廠的發(fā)電效率和熱能回收利用至關(guān)重要。如果凝汽器工作效率較低，將導(dǎo)致蒸汽不能充分冷凝，大量的熱能將流失到環(huán)境中，造成發(fā)電效率低下。因此汽電廠通常會采取多種手段來優(yōu)化凝汽器的設(shè)計和運行，以確保最大限度地回收和利用蒸汽的熱能，提高發(fā)電效率和節(jié)能。

總體來講汽電廠凝汽器在汽電廠發(fā)電過程中起著至關(guān)重要的作用，它能夠有效地將蒸汽冷凝成液態(tài)水，回收和利用蒸汽的熱能，提高發(fā)電效率和節(jié)能。通過不斷優(yōu)化凝汽器的設(shè)計和運行，汽電廠能夠更有效地利用資源，提高發(fā)電效率，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

在傳統(tǒng)的汽電廠凝汽器中，通常使用水作為冷卻介質(zhì)來冷卻蒸汽，將蒸汽冷凝成液態(tài)水。然而，使用水冷的方式在一些地區(qū)可能會面臨水資源緊缺或環(huán)境污染等問題。因此，一些汽電廠開始采用空氣冷卻式凝汽器來解決這些問題。

空氣冷卻式凝汽器通過利用制冷系統(tǒng)循環(huán)冷卻劑來冷卻凝汽器的冷卻管束。制冷系統(tǒng)將制冷劑壓縮成高溫高壓氣體，然后通過冷凝器將其冷卻成液態(tài)，釋放熱量到周圍空氣中。冷卻劑流經(jīng)凝汽器的冷卻管束，吸收蒸汽的熱量，使蒸汽冷凝成液態(tài)水。之后制冷劑再次被壓縮成高溫高壓氣體，循環(huán)再次進行。

使用空氣冷卻式凝汽器的優(yōu)勢在于不需要額外的水資源，因為冷卻劑循環(huán)在系統(tǒng)內(nèi)部，不會流失或污染環(huán)境。此外空氣冷卻式凝汽器還可以在干燥的氣候條件下工作，不受水的供應(yīng)限制。

然而空氣冷卻式凝汽器也存在一些挑戰(zhàn)。首先，制冷系統(tǒng)的能耗較高，可能會導(dǎo)致整體能效稍低。其次，制冷系統(tǒng)的運行和維護成本較高，需要較大的投資。因此在選擇使用空氣冷卻式凝汽器時，需要綜合考慮各種因素，包括資源可用性、經(jīng)濟性和環(huán)保性。

總的來說利用制冷系統(tǒng)進行汽電廠凝汽器的空氣冷卻是一種可行的技術(shù)，可以在特定情況下提供有效的解決方案，但也需要權(quán)衡其優(yōu)勢與挑戰(zhàn)，并根據(jù)具體情況進行合理的選擇和設(shè)計。

修改后的蒸汽電廠凝汽器的構(gòu)想

蒸汽電廠凝汽器通常是一個殼管式換熱器。從發(fā)電汽輪機離開的蒸汽以溫度Tci進入凝汽器的頂部，并圍繞冷卻管的外表面流動，其中冷卻水循環(huán)。熱量從蒸汽傳遞到冷卻水中，蒸汽凝結(jié)，凝結(jié)水以溫度Tce從凝汽器底部抽出。

凝汽器的一段被用于冷卻與凝結(jié)水相關(guān)聯(lián)并泄漏到環(huán)境中的空氣。該段可能位于冷卻水的進口附近，并且其中的冷卻管數(shù)量增加，使得與某些水蒸氣相關(guān)聯(lián)的空氣被冷卻到溫度Tvpi，這比冷凝水的溫度更低。

這將導(dǎo)致減少水蒸氣的質(zhì)量流率，從而減少真空泵抽取與該段相連的空氣的能量消耗。建議在冷卻空氣段的冷卻管內(nèi)循環(huán)冷凍水，以進一步降低空氣和伴隨的蒸汽的溫度。

修改后的蒸汽電廠凝汽器的配置，該配置可以使用冷凍水來降低空氣冷卻器段的溫度。冷卻水來自水體或冷卻塔，并進入集箱，在那里分配到凝汽器的大部分冷卻水管。

它有助于冷卻從發(fā)電汽輪機排出的蒸汽。這種冷卻水在這里稱為正常冷卻水。在被加熱后，它從冷卻管流出到集箱。較溫暖的正常冷卻水從集箱中抽取，并泵送回水體或冷卻塔。冷凍水被送入集箱，并流經(jīng)蒸汽凝汽器的空氣冷卻部分的冷卻管。

這種冷凍水作為空氣和部分水蒸氣的冷卻劑，這導(dǎo)致冷卻空氣和水蒸氣混合物的溫度低于凝結(jié)水的溫度。冷凍水在通過空氣冷卻器中的冷卻管時，由于與空氣和蒸汽混合物之間的熱量傳遞，其溫度升高。

因此混合物中所含的一些蒸汽凝結(jié)并流下凝汽器到熱井。溫暖的冷凍水進入集箱，從那里將其傳送回冷卻機。最后空氣和水蒸氣混合物的其余部分被真空泵抽取并排放到大氣中。

結(jié)論

本次涉及使用蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)來冷卻用于蒸汽發(fā)電廠凝汽器的冷卻水。開發(fā)了一個熱力學(xué)分析來評估VCRS和SPC的混合系統(tǒng)的性能。通過使用此分析得出的結(jié)果顯示，凝汽器凝結(jié)物的過冷可能導(dǎo)致由真空泵引起的空氣所伴隨的蒸汽流量大幅減少。

然而這可能會導(dǎo)致凝汽器凝結(jié)物熱含量的熱損失，需要在發(fā)電廠鍋爐中進行補償。此外本次結(jié)果得出了以下結(jié)論，對于3°C的凝汽器過冷，這代表了合理和實用的凝汽器過冷。

將凝汽器空氣溫度降低5°C、10°C和15°C，相對于不使用空氣冷卻的情況，凝汽器排出空氣導(dǎo)致的蒸汽流失減少了約69%、85%和90%。

使用冷卻水來冷卻凝汽器空氣相比于不使用空氣冷卻的情況，總節(jié)約功率的最大值分別為38.5%、33.9%和28.9%，并且發(fā)生在凝汽器凝結(jié)物溫度降低12°C、10°C和8°C的情況下，當(dāng)凝汽器接受的蒸汽溫度分別為20°C、30°C和40°C時。在這些情況下，蒸汽流失節(jié)約量分別為87.7%、84%和79.2%。

選擇將凝汽器空氣溫度降低在最小總功率發(fā)生的溫度降低的范圍內(nèi)高出4°C非常有利，在這種情況下，蒸汽流失節(jié)約量較大，而總節(jié)約功率稍低于最小總功率，分別在5-7%和最大3%的范圍內(nèi)。