1.直接空冷电厂面临的新问题

全球气候变暖，夏天气温经常超过空冷电厂设计温度值。而且夏季也正是用电的高峰时段，而直接空冷凝汽温度高，汽轮机背压高，发电出力小。个别极端高温天气，由于汽轮机背压高，会引起汽轮机跳闸，严重危害电厂安全运行。这也是直接空冷电厂面临的新问题。表8-5给出了汽轮机背压与环境温度的关系。

表8-5　汽轮机背压与环境温度的关系

解决的途径之一是扩大空冷面积。但这样会造成投资增大，而且多数时间用不上，冬季更易引起管束结冰。如采用增加水冷器和冷却塔方案（见图8-27），虽然传热好，但投资大，耗水量也大。为此提出了一种新的空冷电厂高效复合凝汽系统，即在原有空气冷凝器的基础上增加一个小的水膜蒸发凝汽器（water film evaporation，WFE），由此构成复合凝汽系统，以应对原有空冷电厂夏季面临的问题。此系统传热好，投资不大，耗水量也不大。

图8-27　空冷电厂高效复合凝汽系统

图8-28所示为空冷电厂高效复合凝汽系统。在夏季不用WFE时，三个阀可将WFE隔离开。当然采用增加水冷器和冷却塔方案，不用水冷系统时，三个阀也可将水冷器和冷却塔隔离开。

图8-28　采用增加水冷器和冷却塔方案

2.水膜蒸发凝汽器的结构和特点

水膜蒸发凝汽器（WFE）的结构如图8-29所示。其最大特点是管束采用光管，上下管子之间增设了一块增膜板（见图8-30）。若无增膜板，冷却水呈水柱、水滴状落下，有了增膜板后，冷却水顺着增膜板呈水膜状落下。而板两侧水膜面积远大于水柱和水滴表面积，由于水膜与空气对流传热和蒸发传热，换热效果显著增强，一般换热量可增加20％～28％。增膜板安装的位置和方向，使其既不挡风，又不挡水，只起强化蒸发传热的作用。

图8-29　水膜蒸发凝汽器的结构

图8-30　增膜板

水膜蒸发凝汽器的另一特点是采用仰角进风（见图8-31）。它与通常采用的俯角进风相比，有如下优点：①挡下落水，不像俯角进风那样不挡反弹溅出水；②不像俯角进风那样，进风拐弯急，风阻大；③防止灰尘杂物飘入；④防止阳光射入水箱加热，生藻。

水膜蒸发凝汽器还采用带钩新型收水器（捕雾器、气水分离器），大大地提高了气水分离的效率；采用的新型真空管箱，简化了抽气排水结构，减轻了设备质量。图8-32所示为带钩新型收水器。

图8-31　仰角进风

图8-32　带钩新型收水器

3.水膜蒸发凝汽器的优点

图8-33所示为水膜蒸发凝汽器与冷却塔加水冷器传热效果的比较。水膜蒸发凝汽器因为减少了传热环节，可以使热介质冷却到更低的温度，甚至低于环境温度。图8-33中，喷淋水温（28.2℃）＜热介质出口温度（30.2℃）＜环境温度（33.8℃）。其传热效果优于冷却塔加水冷器。(www.daowen.com)

图8-33　水膜蒸发凝汽器与冷却塔加水冷器传热效果的比较

根据兰州石化的统计数据，在同样换热量下，干空冷加后水冷和干空冷加蒸发空冷的能耗、水耗等指标的比较见表8-6。通过比较可以看出，干空冷加蒸发空冷有明显的优点。

表8-6　两种工艺方式的比较

4.复合凝汽系统的作用

复合凝汽系统的作用如下：

（1）保证安全满发。分流一部分到水膜蒸发凝汽器后，空冷岛单位汽量的散热面积增加，散热能力增强，背压可降下来。

（2）缩短或消除不满发时段。水膜蒸发凝汽器数量足够，则可消除不满发时段。

（3）气温高于16℃时，保持设计背压，降低煤耗。分流乏汽到水膜蒸发凝汽器，减少空冷岛凝汽负荷，以保持设计背压，降低煤耗。

（4）降低煤耗的同时，减少空冷岛风机电耗。水膜蒸发凝汽器若用中水，且保证供应，则非高温时段水膜蒸发凝汽器满负荷，减少空冷岛凝汽量，减少风量，节省用电。

5.水膜蒸发凝汽器单元模块的基本结构和尺寸

水膜蒸发凝汽器单元模块的基本结构和尺寸如图8-34所示。风机段高约400 mm，引风筒高约600 mm，捕雾段高约250 mm，喷淋段高约600 mm，蒸发管束段高约1800 mm，进风整流段高约300 mm，百叶窗高约800 mm，水箱内高约600 mm。总高约5.4 m。管束长9 m，宽3m，占地面积55 m2。每一单元模块包括1台喷淋泵、3台风机，与电机直联。

图8-34　水膜蒸发凝汽器单元模块的基本结构和尺寸

6.水膜蒸发凝汽器尖峰凝汽系统配置

水膜蒸发凝汽器尖峰凝汽系统配置见表8-7。

表8-7　水膜蒸发凝汽器尖峰凝汽系统配置