隨著國民經濟的發展，節約用水用電已越來越重要。目前我國火電廠采用的水冷卻系統需要的冷卻水量較大，因此，研究節能 節水的冷卻系統非常必要。
蒸發式冷凝器主要利用水蒸發時吸收潛熱進行傳熱，是一種高效節能的換熱設備，由于其傳熱效率高、節能、結構緊湊等優點，在制冷裝置和石油化工等行業有廣泛的應用[1]。20世紀80年代中期，我國開始從國外引進蒸發式冷凝器技術，主要應用于制冷裝置和石油化工等行業，但在電廠中還沒得到應用。而在國外，蒸發式冷凝器已在電廠冷卻系統中得到了應用，并且取得了不錯的效果。
1.火電廠冷卻系統簡介
火電廠冷卻系統主要是指汽輪機排汽端凝汽器冷卻系統，它將汽輪機排出的、已做過功的乏汽冷凝成冷凝水，冷凝水再送回鍋爐中繼續循環。它是發電系統中的一個重要組成部分，其工作性能的優劣直接影響到整個電力系統的熱經濟性和運行可靠性。目前火電廠的冷卻系統有水冷卻系統和空氣冷卻系統。
1.1水冷卻系統
水冷卻系統是一種由冷卻水來冷卻冷凝汽輪機排汽的系統。目前電廠大多采用水冷卻系統，它主要應用在水源充足的地方。按供水方式可分為開式直流冷卻水系統和閉式循環冷卻水系統。
在開式直流冷卻水系統中，水自水源的上游引入，通過火力發電廠的冷卻設備，使用后排至水源的下游。
在閉式循環冷卻水系統中，溫度升高了的冷卻水在專設的冷卻設備中冷卻，降低溫度后供再次使用，構成一個封閉的循環。按冷卻水的冷卻方式又分為冷卻水池循環供水系統、冷卻水塔循環供水系統及噴水池冷卻循環供水系統。
1.2空冷系統
空冷系統是一種用空氣來冷卻冷凝汽輪機排氣的系統，它不需要冷卻水或只需要很少量的冷卻水。它也可以分為直接空冷系統和間接空冷系統，它有如下特點：
（1）耗水量小，廠址選擇不受水源及長距離輸電線路的限制。
（2）熱經濟性較低�？諝饽鲗儆诒砻媸綋Q熱器，它通過換熱表面向大氣排放熱量，故設計時必須采用較高的干球溫度，且為了減少空氣凝汽器的尺寸，在空氣和放熱介質（排汽或冷卻水）之間應采用較大的溫差。這將會導致汽輪機的背壓升高，循環熱效率降低。
（3）投資高。整個空冷系統的造價及占地面積均較大，其造價約為濕式冷卻塔的2倍。
（4）空冷系統工作時對當地的氣候條件的波動十分敏感。這將會對汽輪機組的運行狀態帶來許多不利影響，引起機組振動,末級葉片沖刷等。
2.蒸發式冷凝器的工作原理
蒸發式冷凝器技術是一種“風”冷和“水”冷相結合的技術，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。
蒸發式冷凝器運用的是蒸發冷卻原理，主要利用水蒸發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。蒸發式冷凝器的結構如圖1所示。它主要由換熱器、水循環系統及風機三部分組成，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入管內，冷凝液體則經集液管流入儲液器中（在火電廠中冷凝液將流入熱井中），管內介質冷凝冷卻時放出的熱量使噴淋水蒸發�？諝庠陲L機作用下從箱體下部進入，上部排出，當空氣溫度低于水溫時風機還可以起到一定的冷卻作用。冷卻水用循環水泵壓送到蛇形冷卻管的上方，經噴嘴噴淋后，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，未蒸發的噴淋水落入下面的水池中，經水泵再送至噴嘴循環使用。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。有時在擋水板上設有預冷管組，這樣可使進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。蒸發式冷凝器用軟水或經軟化處理的水。吸風機的優點是使箱內保持負壓，水的蒸發溫度低；缺點是潮濕和帶有水滴的空氣流經風機，使風機的零件易于腐蝕損壞。
由此可見，蒸發式冷凝器的傳熱、傳質過程由兩步組成：①管內蒸汽凝結時放出的熱量通過管壁及污垢傳給管外的水膜，傳熱的驅動力來自于管內蒸汽和水膜的溫差；②熱量再通過水膜與空氣的熱質交換傳給空氣，傳熱的驅動力取決于兩者的焓差。
3. 蒸發式冷凝器與水冷卻系統的熱力性能比較
在電廠的冷卻系統中，相對于空冷系統及水冷系統，采用蒸發式冷凝器具有如下優點：
（1）節約能量。蒸發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機產生的局部負壓作用，因此采用蒸發式冷凝器的冷凝溫度遠低于空冷式。
蒸發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圍空氣中去，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，然后再由循環水帶到冷卻塔中，最后傳到周圍空氣中去。因為只有一次傳熱，所以采用蒸發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，整個火電廠的熱經濟性可提高。從表2中可以看出，當采用蒸發式冷凝器時，郎肯循環的熱效率相對于水冷卻式提高了8.6%，同時其循環凈功和汽耗率都有所降低。
（2）節水。蒸發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吸收熱量完全不同�？绽涫嚼�凝器雖然不用水源，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水在常壓下蒸發能帶走約2400 kJ的熱量，因而蒸發式冷凝器的理論耗水量只為一般水冷式冷凝器的1%，實際上由于吹散損失、排污換水等原因，耗水量約為一般水冷式冷凝器的5%～10[7]。通常補充的水量僅為水冷式的1/25～1/50。蒸發式冷凝器特別適用于缺水地區，在氣候干燥處更為有效。
（3）運行費用減少。和傳統的冷卻水塔循環供水冷卻系統相比較，蒸發式冷凝器使用較少的循環水，且循環水的處理較簡單。同時又因為風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點，所以在我國，把蒸發式冷凝器運用在火電廠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。
下面兩個實例說明國外把蒸發式冷凝器應用在電廠冷卻系統中的情況。
4.兩個實例
（1）加拿大“TransAlta”能源公司的聯合發電系統采用了蒸汽輪機和燃氣輪機聯合循環發電，蒸發式冷凝器作為電力系統的一部分，用來冷卻汽輪機排出的蒸汽。電廠發出的75MW電力供“Ontario Hydro”使用。另外，來自系統的熱蒸汽供附近的一家汽車制造商使用。因為兩家用戶不同的需求，導致蒸汽冷負荷產生較大的波動，而美國巴爾的摩公司生產的V型蒸發式冷凝器在全年運行條件下可以適用于這種情況。
空氣和噴淋水以逆流的方式流過蛇形冷卻管表面，這樣可使較少量的水蒸發到空氣中去。蒸汽冷凝為液體由下部流出，直接排入電力系統的熱井中，再由凝結水泵送入鍋爐中參加下一次循環。
冷凝參數：進口空氣的濕球溫度22.8℃，蒸汽流量31.5kg/s，冷凝絕對壓力10.16kPa。設備：兩臺電機功率為1.23kW的風機，兩臺電機功率為1kW的噴淋水泵（其中一臺備用）,混凝土逆流式冷卻塔，帶有組合式空氣排出器系統。
（2）在美國弗吉尼亞“Tradewinds”公司鋸木場的發電系統中，鍋爐產生的水蒸汽送到一臺干燥爐中使用。由于干燥爐所需要的蒸汽在很大范圍內變化，給充分利用蒸汽提供了可能。干燥爐使用有余的蒸汽以低壓力送給蒸汽發電系統，蒸發式冷凝器用來冷凝汽輪機排出的蒸汽。電廠容量為900kW，發出的電供鋸木場使用。冷卻設備采用的是蒸發式冷凝器.
噴淋水泵以0.407 m3/(min·m2)的速率把冷卻水送到蒸發式冷凝器的上部�？諝夂退皂樍鞯男问搅鬟^冷卻盤管，這樣可以減小“干區”的空間。蒸汽冷凝為液體由下部流出，直接排入電力系統的熱井中，再由凝結水泵送入鍋爐中參加下一次循環，未凝結的蒸汽被組合式空氣排出器帶走。熱水流到濕板面和吸入的冷空氣進行熱質傳遞，從而被預冷，最后流回水池。預冷增大了水和工質間的溫差，這樣可以減小冷卻盤管的尺寸，提高冷卻效果。
冷凝參數：進口空氣的濕球溫度26℃，蒸汽流量2.27 kg/s，冷凝絕對壓力13.54kPa，冷凝溫度51.8℃。
風機和水泵的耗功為25.7 kW。
5.對幾個問題的探討
上述分析說明，把蒸發式冷凝器用在電廠冷卻系統中有其必要性和可行性，但在中國推廣使用應注意以下幾個問題：
（1）蒸發式冷凝器的發展首先應注意理論創新和完善，尋求新理論的突破。高效傳熱管的研制、管型的改進和管表面性質的改造是蒸發式冷凝器發展的一個重要方面[7]。特別是當電廠凝汽器由管外冷凝改用管內冷凝后，其傳熱性能和結構發生了很大的變化，在這些方面更需要有理論的指導和創新。
（2）火電廠中蒸發式冷凝器要冷卻的工質是水蒸氣或天然氣，而我國目前用在石油化工和制冷裝置上的蒸發式冷凝器所冷卻的工質是氨、氟里昂或碳氫化合物。要使蒸發式冷凝器在火電廠中得到應用，就必須根據水蒸氣或天然氣本身的性質特點，要求冷卻系統在流程安排、結構設計及運行操作等方面與之相適應。
（3）由于我國幅員遼闊，各地氣候條件有很大差異，而蒸發式冷凝器的冷凝效果受氣候條件影響較大，所以應結合中國當地實情來設計蒸發式冷凝器。
6.結論
蒸發式冷凝器具有節約能量、節水和運行費用低等特點，其性能受氣候條件的影響很大。對節約能源已迫在眉睫的我國來說，把蒸發式冷凝器用在火電廠的冷卻系統中有其必要性，尤其是在氣候干燥地區。國外成功的應用實例說明，蒸發式冷凝器用在火電廠的冷卻系統中是可行的。
