汽轮机直接空冷应用

汽轮机直接空冷应用

在我国火力发电厂一般采用湿冷系统对机组进行冷却，但随着经济的发展，水资源的紧缺，此种传统的方法受到了限制，近年来随着直接空冷技术的日趋成熟，以及直接空冷技术在大容量机组中运行的实践经验，有着广阔的发展前景，特别对于富煤缺水地区，它的应用更能显示出优越性，它的应用将是未来的发展趋势。

1.空冷技术简介

空冷技术是指采用空气来直接或间接地冷却汽轮机排气的一种技术。当今由于大容量火力发电厂的正常运行需要充足的冷却水源，同时由于湿冷机组耗水量巨大，产生的废热排到江河、湖泊里造成生态平衡的破坏，而在缺水地区兴建大容量火力发电厂，就需要采用新的冷却方式来排除废热。

火力发电厂的排汽冷却技术主要分为两大类：水冷却和空气冷却（简称空冷）。发电厂采用翅片管式的空冷散热器，直接或者间接用环境空气来冷凝汽轮机的排汽，称为发电厂空冷。采用空冷技术的冷却系统称为空冷系统。采用空冷系统的汽轮发电机组称为空冷机组。采用空冷系统的发电厂称为空冷电厂。

发电厂空冷系统也称为干冷系统。它相对于常规发电厂湿冷系统而言的。常规发电厂的湿式冷却塔是把塔内的循环水以“淋雨”方式与空气直接接触进行热交换的。其整个过程处于“湿”的状态，其冷却系统称为湿冷系统。空冷发电厂的空冷塔，其循环水与空气是通过散热器间接进行热交换的，整个冷却过程处于“干”的状态，所以空冷塔又称干式冷却塔。

根据汽轮机排汽凝结方式的不同，发电厂的空冷系统可以分为直接空冷系统和间接空冷系统两大类。

2.直接空冷系统设备结构组成

直接空冷系统，又称空气冷凝系统，汽轮机的排汽直接用空气来冷凝，冷却空气通常用机械通风或自然通风方式供应。空冷凝汽器是由两或三排外表面镀锌的椭圆形钢管外套矩形钢翅片，或由单排扁平形钢管，外焊硅铝合金蛇形翅片的若干个管束组成。这些管束亦称空冷散热器。直接空冷系统的流程汽轮机排汽通过排汽管道送到室外的空冷凝汽器内，机械通风鼓风式轴流冷却风机使空气横向吹向空冷散热器外表面，将排汽冷凝成水，凝结水再经泵送回汽轮机的回热系统。直接空冷系统自汽轮机低压缸排汽口至凝结水泵入口范围内的设备和管道，主要包括：（1）汽轮机低压缸排汽管道系统；（2）空冷凝汽器；（3）凝结水系统设备；（4）抽气系统设备；（5）疏水系统设备；（6）通风系统设备；（7）直接空冷支撑结构；（8）自控系统设备；（9）清洗装置设备；（10）空冷汽轮机；（11）空冷散热器；（12）空冷风机。

2.1排汽管道系统

通常排汽管道系统包括：1根排汽管；6个上升管和配汽集管；压力控制和保护系统；2个安全爆破膜作为另外两个安装在汽轮排气上的爆破膜的补充。这4个爆破膜的总和达到100%至ACC的蒸汽流量。

排汽管道的功用是将汽轮机排汽装置的乏汽引出室外后向蒸汽分配管道配汽。一般情况下排汽管道自排汽装置水平引出室外，垂直上升一定高度，然后水平向两侧延伸、变径并形成歧管，并与若干列垂直布置的配汽管道相连接。对于有两根排汽管道的机组，在排汽管道刚性支座上方设有一根连通管，以平衡两根排汽管间的压力，排汽管道的转弯处有导流片，其目的是减小流动阻力。大容量空冷机组排汽管道直径比较粗，排汽管道从汽机房A列引出后，横向排汽母管布置，目前有两种方式，一种为低位布置、一种为高位布置。

2.2空冷凝汽器的冷却装置

空冷凝汽器的冷却装置是直接空冷系统的重要设备之一，它的作用是把汽轮机排出的乏汽由空气凝结成水。

空冷凝汽器的冷却装置一般由以下几部分构成：（1）A型架构；（2）冷却元件；（3）双排管的构成；（4）散热单元布置。

2.3凝结水系统

一般凝结水系统设备包括冷却单元组凝结水联箱、凝结水箱、凝结水泵组及设备间的连接管道等。凝结水系统在直接空冷系统中占有重要的地位，汽轮机低缸的排气要由凝结水系统的作用送到回热系统。对于现代大型空冷机组的凝结水箱与排汽装置大致可分为分建和合建两种型式。凝结水系统的工作过程一般是冷却单元下端集水箱，从翅片管束收集的凝结水自流至平台地面或以下的热井，通过凝结泵再将凝结水送往凝结水箱并送回热力系统。汽机下方的汽轮排气装置（他方供货）收集主凝汽器的凝结水、给水和部分汽机排汽装置的汽凝结水：位于凝结水管线上的水回路可以避免汽轮排气装置的任何蒸汽回流。在停机期间，水回路通过小孔径管道进行疏水，避免在寒冷的季节结冰。

2.4抽气系统

抽气系统在直接空冷系统中的作用也是很重要的。直接空冷系统为了将庞大的真空系统内的不凝结气体排出系统，需设置抽气系统来保证机组的背压和凝结水水质。在引入蒸汽用于冷凝之前，必须从凝汽器中排出不可冷凝气体，为了启动的原因将提供3台33%的抽真空器。每一台抽真空器的设计名义参考为207.3公斤/小时空气及蒸汽。当“启动”时，要求尽快降压。在这种情况下，要求所有三台抽真空器在30分钟内从大气压强降至350mbar（a）或者在最多60分钟内从大气压强降至160mbar（a）。同时在启动时辅助蒸汽将注入除氧器以实施启动时的凝结水除氧。

3.直接空冷系统的工作原理及流程

直接空冷系统，又称空气冷凝系统。其工作原理是汽轮机排汽经粗大排汽管道送至室外布置的空气凝汽器的翅片管束中，冷却空气（通常由机械通风方式供应）在翅片管外流动将管内的排汽凝结，得到的凝结水由凝结水泵送至回热系统。

其流程如下所示。

（1）锅炉；（2）过热器；（3）汽轮机；（4）空冷凝汽器；（5）凝结水泵；（6）凝结水精处理装置；（7）凝结水升压泵；（8）低压加热器；（9）除氧器；（10）给水泵；（11）高压加热器；（12）汽轮机排汽管道。

4.直接空冷系统的特点

直接空冷系统的特点是：不需要冷却水等中间冷却介质，设备少，系统简单，基建投资较少，占地少，空气量的调节灵活，冬季防冻措施比较可靠，汽轮机排汽直接在冷却元件内凝结，传热温差大。但这种系统由于排汽管道直径很大，如马丁巴电厂汽轮机排汽，采用两根Φ5m的排汽管道，真空系统体积大，范围广，密封困难，易漏入空气，维持排汽管内的真空困难，启动时抽真空时间长，运行背压高，机组效率低，对采用机力通风的系统，厂用电率也较高。

5.提高可靠经济性的应对措施

风速会影响到空冷凝汽器的回流率、冷却性能、压力变化，同时横向风会影响到空冷凝汽器单元流场的特性，热风再循环还会影响凝汽器的压力，针对这些影响，可采取加装挡风墙，并且在现有挡风墙的基础上，将挡风墙向下延伸，空冷风机配置较大容量的电动机，改进空冷系统的设计，完善空冷系统的监控手段等措施来预防风速对空冷凝汽器的影响，使直接空冷机组安全经济地运行。

虽然直接空冷技术有着广阔的发展前景，但就目前我国电力工业的发展来看，直接空冷技术还不完善，还存在一些问题，特别是环境条件对空冷凝汽器影响的问题，在环境条件中风速的影响更普遍，这些问题都很严重，所以这都有待于进一步的改善。

纵观我国电力工业发展的前景和形势，应尽快引进国外一些先进的直接空冷技术和设备，形成我国自己制造直接空冷系统设备的能力已成为当务之急，直接空冷技术将在我国得到广泛的应用与发展，我相信不久直接空冷技术将会遍及全球。[科]