直接空冷系统介绍

直接空冷凝器器系统介绍

一、系统简介

直接空冷凝汽器系统（英文Air Cooled Condenser System，缩写为ACC）是指汽轮机的排汽直接用空气来冷凝，空气与蒸汽间进行热交换。所需冷却空气，通常由机械通风方式供应。直接空冷的凝汽设备称为空冷凝汽器，这种空冷系统的优点是设备少，系统简单，基建投资较少，占地少，空气量的调节灵活。该系统一般与高背压汽轮机配套。这种系统的缺点是运行时粗大的排汽管道密封困难，维持排汽管内的真空困难，启动时为造成真空需要的时间较长，机组效率低，一次能源消耗大。

二、系统构成概述

1、概述

通常ACCS一般主要由以下几部分构成：

✧排汽管道和配汽管道

✧翅片管换热器

✧支撑结构和平台

✧风扇及其驱动装置

✧抽真空系统

✧排水和凝结水系统

✧控制和仪表系统

2、冷凝过程

空气冷却器一般采用屋顶结构（或称A型框架结构）。

来自汽轮机的尾汽通过排汽管道和配汽管道输送到翅片管换热器。配汽管道连接到汽轮机的排汽管道和位于上部的翅片管换热器。蒸汽被直接送入换热器的翅片管道内。蒸汽携带的热能由经过换热器翅片表面的冷却空气带走，冷却空气是由置于管束下面的轴流风机驱动的。

换热器一般采用KD布置方式，即顺流冷凝－反流冷凝的布置方式。

70％到80％的蒸汽在通过由上部的配汽管道到顺流冷凝的换热器中被冷凝成凝结水，凝结水流到底部的蒸汽/凝结水联箱中。顺流管束称为冷凝管束或称K 管束。

其余的蒸汽在成为D管束的反流管束中被冷凝，蒸汽是由蒸汽/凝结水联箱向上流动的，而凝结水由冷凝的位置向下流到蒸汽/凝结水联箱中并被排出。

这种KD形式的布置方式确保了在任何区域内蒸汽都与凝结水有直接接触，因此将保持凝结水的水温与蒸汽温度相同，从而避免了凝结水的过冷、溶氧和冻害。

从汽轮机到凝结水箱的整个系统都是在真空状态下。由于采用全焊接结构，从而保证整个系统的气密性。由于在与汽轮机连接的法兰处不可避免地会有空气漏进冷凝系统中，为了保持系统地真空，在反流管束的上端未冷凝的蒸汽和空气的混合物将被抽出。通过在上端部位的过冷冷却，使不可冷凝蒸汽的汽量被减小了。

反流（D）部分的设计应保证在任何运行条件下，不会在顺流（K）部分造成完全冷凝，以避免过冷和溶氧以及冻害的危险。

在不同热容量和环境温度下，通过调节空气流量的变化来控制汽轮机尾气的排汽压力。

3、换热器

热浸锌翅片管具有从管子到翅片良好的导热性能。这是由于在翅片根部和管子的间隙被充满锌而具有毛细总用。

由于钢制管子和钢制翅片是同种材质，从而避免热应力的产生，而热应力对热传导不利。

由于翅片管束必须承受极大的阻力，它们必须具有很高的强度。钢制翅片可以抵抗典型的机械冲击，比如冰雹、清洗设备的高压水（200bar），或维护工人的体重。在运输和安装过程中不易损坏。由于钢制翅片管束具有较短的深度，因此更能适宜清洗设备的高压水的冲击。

而且，热浸锌翅片管具有良好的防腐性能和长达超过25年的使用寿命。4、支撑结构和平台

根据实际经验，屋顶型结构的空气冷凝器具有可靠的凝结水排水功能并且减少了占地面积。

支撑结构由可组合的全钢的支撑梁和加强拉条的框架构成。

钢结构用于支撑：

－由圆形风机座的平台构成的冷凝器平台

－安装换热器管束的屋顶型结构（A型框架）（支撑在冷凝器平台上）

－带栏杆的通道（通到平台）

－四周的风墙，用于放热空气回流和自然风影响

A型框架结构内装有用于分隔各台风机/换热器单元的隔墙，以便防止冷凝器平台上的冷却空气的回流。

风墙和隔墙是用波纹钢板制成。

通过步道或/和楼梯可通往冷凝器平台。

在屋顶型结构的顶部配备有在单轨或横梁上滑动的吊车，用于安装或拆卸像风扇和驱动机构等沉重的设备。

5、风扇和驱动装置

利用风扇安装梁，机械驱动轴流风扇被安装在换热器下面的风扇平台上。

每个风机单元由风扇、电机和传动机构（齿轮或三角皮带传动）组成，并配有防逆转机构。

一般采用双速电机。但为了避免太大的压力波动和/或减少辅机的能耗，通常采用单速电机并利用变频器控制电机的转速。（见控制和仪表系统）为了降低的进风处的空气阻力和气流的噪音，风机的扇环被直接安装在平台下面。

风扇的型式可以根据全厂的噪音控制要求选定。从标准型到极低噪音型均可由不同的生产厂家得到。扇叶的材质可以是玻璃纤维增强塑料（FRP）或铝质以适应不同的性能要求。

6、排气管道和配汽管道

在夏季和冬季运行时，蒸汽（对应于排汽压力）比容的变化会导致蒸汽流速的升高和降低以及相应的压力损失。

蒸汽的流速是其密度的函数，通常为40－80m/s。

在投资较少的条件下，通过蒸汽排汽管道和换热器表面积的优化设计，可以将对应于较小初始温差（ITD）的压力损失降低到最小。

配汽管道的直径的设计与翅片管内的流速有关，以便确保相同的蒸汽流量进

入到各翅片管中。

由于管道采用完全焊接的碳钢结构，因此不会有泄漏发生。

自1972年以来，高达5.5米直径的管道一直在使用中。

排气管道始于汽轮机的排汽口，其截面积通常为长方形，通过一个过渡件与管道的直径段相连。直段的管道配有加强环。管道上的不锈钢膨胀节用于减小由于管道的热膨胀和位移导致的汽轮机法兰的应力和位移。

配备的人孔用于常规检查。排汽管道还配有必须的固定和浮动支座。

为了保护冷凝系统，以免管道承受过高的压力，安装隔膜和安全阀被安装在由平台可以接近的管道上。

7、抽真空系统

抽真空系统用于在启动时和正常运行时从冷凝系统中除去不可冷凝的气体。

若非特别制定，启动系统将被设计成在60分钟内使蒸汽汽封系统达到100mbar的真空。启动程序必须根据锅炉和汽轮机的启动程序而定，并且不同的电厂会有不同的解决方案（如垃圾焚烧电站，联合循环电厂等）。

对于正常运行时的抽气，配备一套冗余的真空保持系统（2×100％）。

设计泄漏量根据HEI标准确定。

抽真空系统使用射汽抽气器或水环真空泵，或组合起来使用。

在大多数情况下使用射汽抽气器，因为其不易发生故障（没有旋转部件）。射汽抽气器仅需少量的维护工作，而且价格低。

水环真空泵比射汽抽气器昂贵，并且需要一些维护工作，但具有较低的能耗。

由于需要冷却水，水环真空泵需要比汽轮机/l冷凝器压力下的饱和温度低13－15℃的冷却水。

8、排水和凝结水系统

在排汽管道的最低点，设置了一个排水箱（热井）用于排出在管道中收集的凝结水。

凝结水靠重力从蒸汽/凝结水联箱的管路经过凝结水管路流到凝结水箱，对于使用射汽抽气器的抽真空系统，凝结水也来自于表面冷却器。凝结水箱配备有液位计、必要的管接头、检查孔和箱体固定地脚装置。凝结水箱的容量设计成可收集5－10分钟期间的凝结水。正常运行的液位是其直径的50％。

如果不能实现靠重力将凝结水收集到凝结水箱，则需要在热井下方配备排水