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公司新闻
发电厂冷却之不同冷却塔
点击次数：326发布时间：2024/6/11
发电厂冷却之不同冷却塔
如果发电厂没有充足的水，也可以使用蒸发物理的再循环水系统将多余的热量排放到空气中。
带有循环水的冷却塔是发电厂常见的特征，通常带有冷凝水蒸汽羽流。有时在凉爽的气候下，可以简单地使用一个池塘，从中蒸发热水。大多数采用循环冷却的核电厂（和其他热电厂）都是由冷凝器回路中的水冷却的，热水随后进入冷却塔。可能采用自然通风（烟囱效应）或使用大型风机的机械通风（实现同功率下更低的外形）。塔中的冷却是通过将水的热量直接或通过部分水的蒸发传递到空气中。在英国，1600 MWe核电站的需水量约为每2立方米（173 ML/d），约一半用于蒸发，一半用于排污。法国的Chinon B（4x905 MWe）和美国拟建的Calvert Cliffs核电厂（1650 MWe）使用低剖面强制通风冷却塔。在Chinon B，每台机组有一个冷却塔，高度为30 m（而不是自然通风型冷却塔所需的155 m），直径为155 m，其18台风扇（功率的0.9%）使用8 MWe。在Calvert Cliffs，冷却塔风扇功率约20 MWe（1.2%）。法国Chinon B，配备低剖面强制通风冷却塔这些塔有一个大型混凝土外壳，在外壳底部冷空气入口上方的一层中，有热交换“填充物”。热水加热的空气通过对流（烟囱效应）上升通过外壳，产生自然气流，以提供气流来冷却顶部喷射的热水。其他配置包括横流（空气在水中横向移动）和顺流（空气与水滴在同一方向移动）。对于大型工厂，它们可能需要超过200米高，主要用于欧洲、美国东部、澳大利亚和南非的大型核电厂和燃煤电厂。
风机提供气流，能够提供比自然通风塔更低的水温，特别是在炎热干燥的天气。然而，它们的缺点是需要辅助电源，通常约为电厂输出的1%，高的达到电厂输出的1.2%。机械通风塔仅在美国中西部使用，因为它们可以在从冻结到高温和干燥的各种条件下提供更可控的性能。此外，在视觉上也不太显眼，高度不到50米。这种冷却塔会产生耗水量，每生产1千瓦时蒸发3.0升，具体取决于环境条件。蒸发水从液体到蒸汽的相变损失（损失率百分之几），导致冷却水的大部分热量被去除，而成本仅为循环液体体积的一小部分（尽管实际从湖泊或溪流中提取的水有相当大的一部分）。蒸发耗水量通常是直接冷却耗水量的两倍左右。与一次性使用海水、湖水或小溪水相比，使用循环水的冷却塔会使发电厂的整体效率降低2-5%，具体数量取决于当地条件。美国能源部（DOE）2009年的一项研究表明，它们比直接的直流冷却系统贵约40%。冷却塔中的水蒸发导致剩余冷却液中杂质浓度增加。为了保持水质，需要排放一些水，即所谓的“排污”，特别是如果水先是回收的城市废水——如亚利桑那州帕洛维德市，并建议用于约旦的Majdal工厂。因此，所需的置换水比实际蒸发置换水多50%，因此此类系统消耗（通过蒸发）高达70%的提取水。从亚利桑那州菲尼克斯市70公里处，每天约220毫升经处理的污水被泵送至3台3875 MWe的发电厂。每台机组的蒸发量为76 ML /天，在盐度接近海水的情况下，排放4.7 ML /天，排放至蒸发池，因此使用约2.6 L/kWh。即使循环冷却的净需水量相对较低，大型发电厂也可能超过夏季河流的可用水量。法国3000 MWe Civaux核电站在上游大坝中储存了20 GL的水，以确保在干旱条件下的充足供水。少数核电厂采用冷却池，这是另一种闭式循环冷却，可减少与冷却塔相关的蒸发损失。冷却池的优点是，通过对流或由于温差较低而导致的较慢蒸发，将较大百分比的废热传输到大气中，从而降低蒸发速率，进而降低相对于冷却塔的耗水损失速率。根据美国地质调查局（US Geological Survey）的数据，尽管许多煤炭和核电厂使用湿式冷却塔，但在美国，发电量仅占所有淡水消耗量的3%左右——约为每天152亿升（5550 GL /年）。这只适用于内陆煤炭和核电站，无法获得充足的水进行一次性冷却。澳大利亚燃煤发电厂消耗约290 GL/年——相当于墨尔本供水量的三分之二。如果水的使用受到更大的限制，或者优先考虑环境和美学因素，则可为常规反应堆选择干式冷却技术。顾名思义，这依赖于空气作为传热介质，而不是冷凝器回路中的蒸发。干式冷却意味着实现小的水损失。有两种基本类型的干式冷却技术可用，一种设计类似于汽车散热器，通过冷凝器中的翅片管系统采用高流量强制通风，蒸汽通过该系统，直接将其热量传递给环境空气。然后，整个发电厂使用的水量不到湿式冷却发电厂所需水量的10%，但一些功率（约占发电站输出功率的1-1.5%）被所需的大型风扇消耗。这是直接干式冷却，使用风冷式冷凝器（ACC），常规使用的核电站是西伯利亚北永久冻土区比里比诺的小型反应堆，德国1980年代的THTR-300实验反应堆也是风冷的。或者，与湿式循环冷却一样，也可能有冷凝器冷却回路，但其中的水是由经过冷却塔中翅片管的气流封闭和冷却的。2015年在芬兰洛维萨（Loviisa）核电厂调试的衰变热排出备用系统有两个冷却塔，一个用于与蒸汽发生器相连的备用余热排出系统，另一个较大的冷却塔用于其他需要，包括燃料池。一些机械通风塔为混合设计，包括湿段上方的干段。所使用的冷却方式取决于季节，在较冷的月份，干燥冷却是选。在这两种情况下，都不依赖于蒸发，因此冷却水不会蒸发损失。与单纯依靠自然通风相比，使用风扇还可以更好地控制冷却。然而，热传递的效率要低得多，因此需要更大的冷却设备，这在机械上更为复杂。南非Eskom引用干式冷却电厂的总电站耗水量低于0.8升/ kWh，这是因为蒸汽循环损失（湿式冷却电厂的耗水量约为2.5 L/kWh）。Eskom正在建设两座上大的燃煤发电厂，每座6 x 800 MWe，其中一座将是上大的干式冷却发电厂。几乎没有任何美国发电厂使用干式冷却，而在英国，对于新的核电站来说，干式冷却被排除，主要因为不切实际和不可靠（在炎热的天气下）。DOE 2009年的一项研究表明，它们的成本是再循环湿式冷却系统的三到四倍。所有美国新电厂许可证申请都拒绝了干式冷却，因为干式冷却不适用于现场，或者由于发电效率降低、资本和运营成本显著提高而无法接受。对于大型机组，在断电紧急停机后排出衰变热也有安全影响。在伊朗，20世纪70年代计划在伊斯法罕和萨维建造的四座1300 MWe德国反应堆将采用干式冷却，每座反应堆有两座260米高、直径170米的冷却塔。然而，美国的两种小型模块化反应堆（SMR）设计——Holtec SMR-160和B&W mPower——使用干式冷却或可以使用干式冷却，在选址方面提供了更大的灵活性。B&W声称使用风冷冷凝器的热效率为31%，而在其他地方，由于热力效率降低，冷凝水冷却的功率从180 MWe降至空气冷凝器冷却的155 MWe。计划在爱达荷州国家实验室建造的NuScale 60 MWe反应堆模块将使用干式冷却，将用水量减少约90%，并将功率输出减少5-7%。这两种类型的干式冷却涉及更高的冷却装置成本，并且效率远远低于使用蒸发物理的湿式冷却塔，因为的冷却是通过金属翅片从蒸汽或水到空气的相对低效的热传递，而不是通过蒸发。在炎热气候下，环境空气温度可能为40℃，这严重限制了冷却潜力，而湿球温度可能为20ºC，这决定了湿系统的潜力。但是，如果改装了干式系统，则在炎热天气下仍可使用湿式系统。澳大利亚煤炭的预测数据显示，空气冷却的热效率与水相比下降了32%，例如从33%降至31%。
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