空冷系统简介

1 空冷系统简介

1.1 空冷技术方案介绍

在火力发电厂中采用的空冷系统形式有：直接空冷系统、混凝式间接空冷系统、表凝式间接空冷系统。直接空冷系统是将汽轮机排汽由管道送入称之为空冷凝汽器的钢制散热器中，直接由空气冷却。混凝式空冷系统由于有水轮机和喷射式凝汽器等系统设备，设备多系统复杂，使得整套系统实行自动控制较难；而表凝式间接空冷系统与常规的湿冷系统比较接近，也是通过两次换热，以循环冷却水作为中间冷却介质，循环冷却水由水泵加压后，进入凝汽器冷却汽轮机排汽，热水进入自然通风冷却塔由空气冷却。表凝式间接空冷系统与湿冷系统不同之处是在冷却塔内（外）布置着钢（铝）制散热器，热水与空气不接触，进行表面对流散热。

1.1.1 直接空冷系统

直接空冷系统主要由排汽装置、大排汽管道（包括大直径膨胀节、大口径蝶阀等）、钢制空冷凝汽器、风机组（包括轴流风机、电动机、减速机、变频器等）、凝结水系统、抽真空系统（包括水环式真空泵）、清洗系统等设备构成。空冷凝汽器布置在汽机房A列外的高架空冷平台上。

直接空冷系统是将汽轮机排出的乏汽，通过排汽管道引入钢制空冷凝汽器中，由环境空气直接将其冷却为凝结水，多采用机械通风方式。其特点是：设备较少，系统简单，调节灵活，占地少，防冻性能好，冷却效率高；直接空冷受环境风的影响较大，运行费用较高，煤耗较大，风机群产生一定噪声污染，厂用电较高。

1.1.2 表凝式间接空冷系统

表凝式间接空冷系统是指汽轮机排汽以水为中间介质，将排汽与空气之间的热交换分两次进行：一次为蒸汽与冷却水之间在表面式凝汽器中换热；一次为冷却水和空气在空冷塔里换热。该系统主要由表面式凝汽器与空冷塔构成，采用自然通风方式。

表凝式间接空冷与直接空冷相比，其特点是：

冬季运行背压较低，所以煤耗较低；由于采用了表面式凝汽器，循环冷却水和凝结水分成两个独立系统，其水质可按各自的水质标准和要求进行处理，使水处理系统简单、便于操作；表凝式间接空冷塔基本无噪声，满足环保要求；空冷塔占地大，冬季运行防冻性能较差。

1.1.3 混凝式间接空冷系统

典型的混凝式间接空冷系统组成：主要由混合式（喷射式）凝汽器、全铝制的福哥型冷却三角散热器（带百叶窗）、（预热／尖峰冷却器）、自然通风冷却塔、循环水泵组、循环水管路、回收水能的水轮发电机组、贮水箱、充水泵组、

稳压泵组、散热器清洗系统等设备构成，散热器垂直布置在塔外。

空冷电厂的冷却系统主要有3 种方式, 即直接空冷系统、表面式凝汽器间接空冷系统和混合式凝汽器间接空冷系统。

直接空冷系统是指汽轮机的排汽引入室外空冷凝汽器内直接用空气来冷凝。其工艺流程为汽轮机排汽通过大直径的排气管道引至室外的空冷凝汽器内, 布

置在空冷凝汽器下方的轴流冷却风机驱动空气流过冷却器外表面, 将排汽冷凝

为凝结水, 凝结水再经泵送回汽轮机的回热系统。基于防冻的要求, 直接空冷系统一般需设置顺流凝汽器和逆流凝汽器。其系统中大部分蒸汽在顺流凝汽器中被冷凝, 剩余的小部分蒸汽再通过逆流凝汽器被冷凝。在逆流凝汽器中, 由于蒸汽和凝结水的运动方向相反, 凝结水不易冻结。在逆流凝汽器的顶部设有抽真空系统, 可将系统内的空气和不凝结气体抽出。与其它空冷系统相比直接空冷系统的主要特点为: (1) 冷却效率高。取消了二次换热所需要的中间冷却介质, 而直接由空气冷却汽机排汽, 换热温差大, 冷却效率高。(2) 占地面积小。空冷凝汽器高位布置在汽机房A 排外平台上, 平台下仍可布置变压器等设备和建筑物。(3) 投资较小。(4) 系统调节灵活, 冬季运行防冻性能好。可通过调整风机转速或风机数量来调节进风量, 以适应热负荷及气温的变化并防止空冷器内部结冰。(5) 采用大型风机群通风, 厂用电量高。(6) 检修维护工作量大。(7) 运行时噪音大。(8) 真空系统容积大。

直接空冷系统的基本单元称为冷却段, 是指一台风机与数组翅片管束的总成。风机与安装其上呈A 型布置的翅片管束组成一个冷却三角, 翅片管束布置的顶角约为60°。

直接空冷凝汽器用空气直接冷却，其主要装置就是将空气冷凝器支架在一定高度的大面积平台上，一般安装在40m以上的高空，直接利用周围的空气进行鼓风冷却，空冷平台暴露在大气之中，其换热效率不但直接受到其环境风向和风速的影响，还会受到其地形的影响，所以空冷平台必须根据当地条件进行个别设计[2]。

直接空冷凝汽器的工作原理，如图1-3和图1-4所示，从汽轮机排出的蒸汽通过大直径的蒸汽管道输送到各单元管束上部的蒸汽分配管，首先进入主管束，以顺流方式从上向下流动，，每组束由组成A型的两个管束构成，顺流管束是冷凝蒸汽的主要部分，把，可把80%左右的蒸汽冷凝成水，然后，剩余的蒸汽和不可凝气体一起沿着凝结水汇集管进入逆流管束直至被完全冷凝。凝结水沿着凝结水管流到凝结水箱，不可凝气体被真空装置抽走，设置逆流管束主要是为了能够比

较顺畅的将系统内的空气和不凝结气体排出，防止运行中在空冷凝汽器的某些部位形成死区，以防冬季出现冰冻的情况。

在每个单元的下部由一个轴流风机提供所需要的冷却空气。管束由翅片管组成。

在每个单元的下部由一个轴流风机提供所需要的冷却空气。管束由翅片管组成。直接空冷凝汽器的核心元件由50年代的圆管圆翅片四排管；发展到70年代矩形翅片椭圆管的双排管；再到90年代的蛇形单排管发展过程如图1-5所示。翅片之间为流体(空气)的流道，流体流过与管壁和翅片之间进行对流换热，从而冷却从汽轮机出来的高温蒸汽。

空冷技术分类

电站空冷技术分为两大类：一类是直接空冷发电技术，另一类称为间接空冷发电技术。

电站的直接空冷系统，又称为空气冷凝器系统（Ａｉｒ－Ｃｏｏｌｉｎｇ

Ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ），简称ＡＣＣ。是用空气通过鼓风或者引风形式，直接对汽轮机乏汽进行冷却和冷凝，其主要特征是换热管的基管尺寸直径大，换热系数高，系统采用冷却三角单元布置。直接空冷系统可根据散热器管束翅片管排数分为３种：三排管（翅片套或者绕在椭圆形截面基管上，早期技术采用圆形截面基管），双排管（长方形翅片套在椭圆形截面基管上），单排管（基管截面为扁平形，又称为大扁管）。单排管技术由国外公司于１９９５年开发成功。相对另外２种管束形式而言，具有重量轻，传热效率高，抗冻性能好等优点，但单排管材料为单面镀铝的钢基管，采用钢板与铝翅片进行钎焊的组装工艺，材料成本较高。特别是单面镀铝的钢板制成钢管时，对材料镀层有较高的传热性能和力学性能等要求。目前，世界上单机容量最大的直接空冷机组为中国华电灵武二期１０００ＭＷ超超临界直接空冷机组，其次为澳大利亚ＫｏｇｅｎＣｇｒｅｅｋ７５０ＭＷ空冷机组。图１为直接空冷系统示意图。

图１直接空冷系统示意图

海勒式间接空冷系统，见图２所示。海勒系统冷却水和锅炉给水混流，而大容量高参数机组对给水品质要求更加严格，水质处理和控制较为困难，因此海勒系统在大容量机组上应用较少。目前，单机容量最大的海勒式间接空冷机组为伊朗ＡＲＡＫ４×３２５ＭＷ机组和伊朗ＳＡＨＡＮＤ２×３２５ＭＷ机组。