火电厂直接空冷系统的特征和动态特性探析 刘晓勇

火电厂直接空冷系统的特征和动态特性探析刘晓勇

发表时间：2018-09-10T14:58:18.970Z 来源：《基层建设》2018年第22期作者：刘晓勇

[导读] 摘要：近年来，我国电力产业不断发展，大容量、超临界、超超临界逐渐发展为新装火力发电机组的重点。

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摘要：近年来，我国电力产业不断发展，大容量、超临界、超超临界逐渐发展为新装火力发电机组的重点。作为能源消耗大户的火电厂，主要能源来源为煤、水，也是这两大关键性因素制约着火电厂运行和发展。我国的资源现状决定了我国北方一些地区普遍存在富煤缺水这一供需失衡矛盾，特别是在西北、华北以及东北地区，那么将传统的水冷却技术换为直接空气冷却技术在这些地区显得越发重要。随着空冷机组技术的不断发展，直接空冷技术的发展空间也在不断扩大。自2003年以来，直接空冷机组在200 MW、300 MW、60 0 MW及10 0 0 MW等诸多型号的机组中得到了广泛应用，并取得了极佳效果，推动了我国空冷机组技术的应用水平。但是，由于对空冷机组在节能降耗领域的研究相对较少，也使其成为了我们一个新的研究课题。

关键词：火电厂；直接空冷系统；特征；动态特性

1火电厂直接空冷系统的论述

1.1火电厂直接空冷系统内涵

通过粗大的排汽管道将汽轮机乏汽排出，排汽会被送至位于室外的空冷凝汽器内，进而空气会在轴流冷却风的作用下发生流动，并在散热器的作用下使排汽转化为水，凝结水利用自流会直接进入到热井，而进入到热井的凝结水在再次在泵的作用下被送回至汽轮机的回热系统，直接空冷系统又称作空气冷凝系统，而其中的直接空冷实质上就是指在空气的作用下使汽轮机的排汽发生冷凝，其原理是空气与蒸汽之间会发生热交换，而系统运行过程中所使用的冷凝空气是在机械通风的作用下供给的。空冷系统的每个冷却单元通常由一台轴流风机和若干带散热片管束及A型构架构成，冷却单元一般分为两种：一种为全顺流区；另一种为顺流区和逆流区混合区域。逆流区一般较窄，分配在整个一列冷却单元相应的位置，与其他顺流区域配合使用。散热器是多个钢管外套矩形翅片管束所构成的，钢管管束的外表面镀有锌，且呈椭圆形，它是逆流区主要的构成单元。一般所说的空冷凝汽器就是直接空冷的凝汽设备，该设备主要有两部分构成，即主凝器和分凝器，主体部分为主凝器。它一般设计成汽水顺流式也就是通常所说的顺流区，主要用于冷凝大部分排汽。相应的逆流区就是被设计成汽水逆流式的分凝器，分凝器主要用于抽取存在排汽中的未能被冷凝的气体，会造成抽空空冷凝汽器的气区。对直接空冷系统而言，真空抽系统是重要的组成部分。首先汽轮机处于启动或者是正常运行状态时，空冷凝汽器、汽轮机低压缸尾部、排汽管道以及凝结水箱等部分应当处于真空状态，而在实际的生产过程中会利用蒸汽抽气器进行抽真空操作。具体流程为，当汽轮机启动时，为了最大限度的降低抽真空使用的时间，同时也为了进一步提高启动速度，生产过程中会使用较大动力的一级蒸汽抽气器。而当汽轮机处于正常运转状态时，只要求保持排汽系统真空状态即可，因此，这时可以使用动力较小的二级蒸汽抽气器。其次空冷系统在使用过程中必须保持高度的严密性，因此，构成空冷凝汽器的元件以及排汽管道应当设置为两层焊接结构，且焊接质量水平要求较高。

1.2直接空冷机组特点

对于直接空冷机组而言，节约用水是其主要的特点之一，通过对一定数据调查统计发现，直接空冷技术的应用可以节约65%以上的生产用水，是当前电厂节水量最多的应用技术。同时直接空冷机组的应用一方面在一定程度上缩小了水源地的建设规模；另一方面也在一定程度上降低了水源地建设的成本。除了节约用水外，直接空冷还有如下优点。

1.2.1改变厂址选择条件

按照空冷机组装机容量的设计计算，空冷电厂的整体耗水量基本达到了0.3～0.33 m3/（GW•s），即在选择厂址时基本不用考虑水源地这一限制条件。空冷电厂一般都建设在工业用水比较缺乏的地区，水源对电厂选址和对电厂容量规模的影响不再是首要考虑因素和主要限制条件，空冷电厂可以选择建在水资源较为匮乏的煤矿坑口或者直接建在用电率较大区域的中心周围。

1.2.2节省了电厂用地

直接空冷系统与其他空冷系统相比，不需要设置大型的冷却塔、水泵房以及一些复杂的地下管线，因此，该系统占地面积较小，同时空冷凝汽器转置平台下部还可以安装电气变压器，充分利用了主厂房外侧空间，提高了厂房空间利用率

2火电厂直接空冷系统的动态特性

2.1空冷凝汽器

空冷凝汽器的主要功能是将空气冷却成凝结水，是直接空冷系统中的重要设备之一，空冷凝汽器由主凝结区和分凝结区两部分组成，在相互连通的两侧的底部布置着用于收集凝结水的凝结水管。主凝结区按汽水顺流方式运行，一般方向为自上而下的，被称为顺流区，它的顶部是与蒸汽分配管道连接的。相应的分凝结区顶部和抽真空系统连接，它按汽水逆流方式运行，因此，分凝结区又称为逆流区。直接空冷系统一般分为很多列，每列冷却单元由顺流区和逆流区按照一定的比例组合而成。通常300 MW机组使用6列冷却单元，每列冷却单元包括3个顺流冷却单元与2个逆流冷却单元。二者不仅等宽而且下方都存在一个轴流风机。逆流冷却单元中真正用于汽水分离的只占其中的一部分，其他部分还是顺流区。目前国电酒泉300 MW直接空冷机组采用了6列空冷冷却单元，其中每列冷却单元有5个基本冷却单元600 MW的机组一般则采用8列冷却单元，每列有7个基本冷却单元。

2.2排、配汽系统

排放蒸汽管道、分配蒸汽管道和凝结水联箱的蒸汽通流部分是排、配汽系统主要组成结构。蒸汽排汽管将汽轮机低压缸的排汽引出，并将排汽送至空冷凝汽器的平台上。蒸汽再进入不同列的与各顺流单元相通的蒸汽分配管内，再在顺流的冷却单元中进行冷却凝结，由于重力作用凝结水落入凝结水联箱。在顺流区未能及时完成凝结的蒸汽和无法被凝结的气体由凝结水联箱进入逆流区，在逆流区继续完成蒸汽的凝结，而上方的抽真空泵则抽走不能被凝结的气体.

结束语：

火力发电作为我国电力行业生产主力军，在未来很长一段时间仍会是中国主要的发电方式。因此，必须加大直接空冷系统的研究力度，使其能够在火电厂中得到更加广泛应用，为火电厂实现可持续发展奠定良好的基础。

参考文献：

[1]裴强，张权，薜志成.复杂荷载作用下空冷系统排汽管道力学性能分析——以火电厂空冷岛为例[J].沈阳建筑大学学报：自然科学