既节水，又节能，怎么给发电厂“降降温”

来源：中国电力工程顾问集团有

2022年北京冬奥会首钢大跳台，作为运动员腾空时的独特背景，几座双曲线型工业建筑在画面中十分醒目。如果你参观过身边的发电厂，这个伴随着谷爱凌和苏翊鸣夺冠的建筑你一定不会陌生，它们便是发电厂典型的工业建筑之一——冷却塔。

冷却塔

火力发电的基本原理是利用锅炉产生的蒸汽，推动汽轮机做功发电。为维持连续发电进程，需要将汽轮机内做完功的乏汽冷却凝结为水，重返锅炉不断循环。冷却塔便是用于乏汽冷却的常见工业构筑物。早期建设的电厂多采用以水为介质进行循环冷却的开放式湿冷系统。由于循环水直接同大气接触，蒸发和风吹损失所消耗的水量巨大。

在北方和缺水地区，为节约有限且宝贵的水资源，常常在火电厂中采用空冷系统。顾名思义，空冷系统是以空气作为冷却介质对乏汽或热水进行冷却的设施的统称。该系统将乏汽或循环水封闭在专用冷却设备内，再用外部冷空气进行冷却。相当于用空冷换热设备将水资源锁住，仅仅把热量带走，换热过程不会发生循环水蒸发和风吹损失，从而实现节水的目的。常见的空冷系统分为两种，利用空气直接冷却乏汽的空冷系统称为直接空冷系统；利用空气先冷却循环水，再利用循环水间接冷却乏汽的空冷系统称为间接空冷系统。

空冷节水概念示意

“双碳”目标的提出，对空冷技术节能减排提出了更高的要求。从早期投资相对较低的机械通风直接空冷系统（ACC），到现阶段大量建设的能耗相对较低的自然通风间接空冷系统（ISC），再到将来能耗更低的自然通风直接空冷系统（NDC），我国发电厂空冷技术正朝着既节水又节能的技术方向不断演进。

ACC系统流程图

ISC系统流程图

我国发电厂空冷技术变迁

我们创新设计的世界首台大型电站自然通风直接空冷系统（NDC）入选国家能源局2021年度能源领域首台（套）重大技术装备名单。该系统中，汽轮机排汽通过排汽管道被送至空冷凝汽器，而空冷凝汽器被布置在自然通风空冷塔周围，利用塔筒的抽力使塔外冷空气掠过凝汽器表面，实现一次换热过程。该系统换热效率较高，既不需设置机械通风的风机群，也不需配置循环水泵，是一种既节水又节能、无噪声、还抗风的前瞻性空冷技术。以2台660兆瓦火电厂测算，采用NDC系统替代常规空冷系统，每年可节约电费约1300万元，相当于节省燃煤2至3万吨，实现源头减碳4至5万吨。

自然通风直接空冷系统（NDC）示意图

市场创造机会，创新引领未来。今天的祖国大地，正如已搭建好的首钢大跳台，给各路选手提供了一展身手的绝好机会。空冷领域的“谷爱凌”和“苏翊鸣”们，正沿着前辈们指明的创新之路，尽情展现豪情与追求。

作者：陈祖茂 全国工程勘察设计大师、中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司高级顾问