山西科森电力有限公司
摘要：太阳能光热电站辅机表凝式间接空冷系统采用除盐水作为冷却介质，寒冷地区冬季较易发生冻害，本文研究在循环水中加入载冷剂，有效降低循环水凝固点，提高防冻性能，以及加入载冷剂后对电站间接空冷系统中的散热器换热性能、管道系统阻力带来的影响。
关键词：表凝式间冷；防冻；载冷剂
0.绪论
本文主要探讨在太阳能光热电站辅机上应用的表凝式间接空冷系统。由于目前表凝式间接空冷系统主要冷却介质为除盐水，因此间接空冷系统在寒冷地区运行存在很大的冻结风险，目前还没有有效的解决方案，只能从间接空冷运行控制方面去解决，但没有彻底消除空冷系统冻结损坏的风险，本文探讨从空冷系统的散热介质上着手，彻底解决间接空冷系统冬季运行的问题。
1.概述
空冷电站汽水系统的主要工艺流程为（图一）汽轮机排出的乏汽进入凝汽器，被间接空冷系统的冷却水冷却；冷却后的乏汽返回锅炉，实现循环利用；冷却后温度升高的冷却水进入间接空冷系统，通过自然通风降低温度，然后再次进入凝汽器对乏汽冷却，实现循环利用。
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图一 空冷电站汽水系统的主要工艺流程
表面式间接空冷系统（图二）是以水为冷却中间介质，冷却水在表面式凝汽器、空冷塔内部安置的散热器、循环水泵及管道组成的基本呈密闭的系统中循环，它只作为热交换的一种载体，没有蒸发损失。
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图二 表面式间接空冷系统
表面式间接空冷系统目前应用主要是铝管铝翅片的散热器（图三）散热器内用除盐水作为冷却介质，水传热性能好，流动阻力小，但凝固点是0℃，在寒冷地区冬季如运行控制不好则较易发生冻害，导致散热器管束冻裂。
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图三 间接空冷铝管铝翅片散热器
因此要想彻底解决间接空冷系统冬季管束冻结问题，在冷却介质上解决将是治本之策。经过调研发现在其他行业的空冷系统中，有针对间接空冷系统冷却介质中添加载冷剂的防冻措施，无论是添加盐类还是有机载冷剂，在冬季都能够有效的降低冷却水系统凝固点，提高了防冻性能，是在寒冷地区提高空冷系统抗冻性的一个有效措施。
间接空冷系统中是否可以加入载冷剂，加入载冷剂会对电站间接空冷系统中的散热器换热性能，管道系统阻力会带来什么影响呢？本文进行了初步研究。
2.常用载冷剂类型及物性
载冷剂分为无机载冷剂和有机载冷剂，作为载冷剂应具有良好的换热性能和流动性能，即要求载冷剂具有较大的比热容，较小的密度和粘度，具有良好的化学性能，不燃、不爆，化学性能稳定，对管道无腐蚀，对人体无害。
在制冷行业，温度较低的场合，常常采用盐水作为载冷剂，应用最多的为氯化钙水溶液和氯化钠水溶液。但盐水对于金属管道有严重的腐蚀作用，因此使用时需加防腐剂。
常用的有机载冷剂有甲醇、乙二醇醇水溶液、二氯甲烷、三氯乙烯等。其中乙二醇水溶液凝固点很低，对金属无腐蚀作用，传热性能良好，是使用最为广泛的有机载冷剂。
目前几种常用载冷剂的物理性质如下表，（考虑目前使用情况，暂列至-10℃）。
表2-1常用载冷剂的物理性质比较
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3.加入载冷剂对总传热系数的影响
间接空冷冷却元件的热力特性用总传热系数K来表示，影响传热系数的主要因素为管内膜传热系数、管外膜传热系数，以及翅片热阻。传热系数K表示为：
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W/(m2•℃)
式中：
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—总传热系数，W/( m2•℃)；
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—管内膜传热系数，W/( m2•℃)；
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—总传热热阻；
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—管外膜传热系数，W/( m2•℃)。
如将管内循环冷却水中加入载冷剂，对冷却元件来说，其管外膜传热系数，以及翅片热阻无变化，只有管内膜传热系数发生变化。而管内膜传热系数与管径、管内流体的流速、温度、粘度、比热、导热系数、以及雷诺数、普朗特准数有关。
当2100<Re≦104时（过渡流区），
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当Re>104时（湍流区），
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4.加入载冷剂对系统阻力的影响
直管沿程阻力损失：
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式中：
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—摩擦阻力,Pa；
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—摩擦系数；
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—管内流速，m/s；
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—管长,m；
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—管内径,m；
当Re≦2000时（层流区），
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；
当2100<Re≦104时（过渡流区），流动类型不稳定，为安全计，按湍流计算；
当Re>104时（湍流区），可按
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计算。
对于局部阻力损失，可按阻力系数法和当量长度法计算。
5.计算实例
目前国内间接空冷的电厂散热器多采用铝管铝翅片4排管，其主要特征尺寸如下：
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加入不同载冷剂后，环境干球温度-10℃，循环水入口温度6℃时，各参数计算结果如下（为载冷剂防冻计算假设值，此时汽轮机凝结水过冷度较大，运行不经济）：
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6.结论
6.1为了提高防冻效果，避免系统内冰冻现象的发生，降低冷却水系统的凝固点，循环水中添加载冷剂是一种很好的防冻措施。
6.2氯化钙溶液对铝制散热器及金属管道具有腐蚀作用，甲醇易燃并且有毒，目前初步确定不适宜加入到电站间接空冷系统的循环水中作为载冷剂。
6.3加入载冷剂后，循环水溶液的粘度均有所增加，雷诺数均有所下降；意味着散热器传热系数下降，并且系统阻力有所增加。就乙二醇来讲，加入25%比例后，传热系数下降18.6%，阻力增加20.7%；与不加乙二醇时相比，相当于散热面积减小18.6%，而运行电耗增加20.7%。
6.4加入载冷剂后，电站运行的成本及收益还需进一步研究。
参考文献
[1]《化工原理》.王志魁,主编.