火电机组直接与间接空冷系统选型的对比分析_徐海红
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参考我国北方地区数十个火电机组的空冷系统 选型方案，从声环境、煤耗及大气环境、生态环境、水 耗指标、固体废弃物产生量等 5 方面影响对空冷系统 选型进行对比分析。 4. 1 两种空冷系统声环境影响对比
一般 2 × 300 MW 级直冷机组将配置 72 台左右
大气污染防治
Air Pollution Control
103
的风机、2 × 600 MW 级直冷机组配置 112 或 128 台风 影响较大。
机； 2 × 1 000 MW 级直冷机组配置 160 台风机。单台
研究小组对北方地区的多个已建成 300 MW 级
风机的噪声并不高，一般在 72 dB 左右，但是上百台 和 600 MW 级直冷机组进行了空冷系统噪声实测，实
直接空冷系统的缺点主要有 5 方面： 1） 夏季高 温、风速、风 向 及 强 对 流 气 候 影 响 机 组 运 行 经 济 性。 2） 背压相对较高，运行经济性较差。机组运行背压 由大直径风机提供的空气与空冷散热器进行对流换 热维持。在我国西北、华北地区，直接空冷系统优化 背压一般为 13 ～ 15 kPa，夏季背压一般控制在32 kPa 左右。3） 噪音大。直接空冷系统由于采用了机械通 风进行冷却，风机转动将产生低频噪音，需选用低噪 声风机、控制风机转速等措施来降低噪音。且空冷风 机群一般布置在 40 ～ 50 m 高的空冷平台内，运行时 产生的噪声值较高。4） 煤耗、电耗相对较高。直冷 系统背压高于间冷系统，且其厂用电率较间冷系统高
1950 年匈牙利的海勒教授首次提出电站间接空 冷技术，并于 1962 年首次应用于英国的拉格莱电厂 120 MW 机 组 上。1987 年 我 国 在 大 同 第 二 电 厂 200 MW首次引进间接空冷技术，内蒙古大唐国际克 什克腾发电厂 2 × 1 000 MW 机组是世界最大的间接 空冷机组［2］。
收稿日期： 2014 － 10 － 23
效益。 1 空冷系统的型式及基本原理
直接空冷系统是指汽轮机排汽通过粗大的排气 管道至室外的空冷凝汽器内，轴流冷却风机使空气流 过冷却器外表面，将排汽冷凝成水，凝结水再经泵送 回锅炉。
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 2 次进行： 一次为蒸汽 与冷却水在凝汽器中换热； 另外一次为冷却水和空气 在空冷塔里换热，空冷塔冷却水出水再回到汽机房凝 汽器内作闭式循环。根据配用的凝汽器不同分为表 凝式间接空冷和混凝式间接空冷。因混凝式间接空 冷在大容量机组中应用较少，故文中所述间接空冷系 统主要指表凝式间接空冷。
DOI： 10. 13205 / j． hjgc． 201511021
COMPAＲATIVE ANALYSIS OF DIＲECT AND INDIＲECT AIＲ COOLING SYSTEM FOＲ THEＲMAL POWEＲ UNIT SELECTION
Xu Haihong1 Lei Yang2 Lu Congcong3 Xie Yongping2 （ 1． Appraisal Center for Environment ＆ Engineering，Ministry of Environmental Protection，Beijing 100012，China；
全球空冷机组的装机容量中直接空冷机组的装 机容量占 60% ，间接空冷机组约占 40%［3］。 3 直接空冷系统与间接空冷系统各自特点 3. 1 直接空冷系统优缺点 3. 1. 1 直接空冷系统的优点
直接空冷系统的优点主要有以下 4 个方面： 1） 防 冻性能好，可通过改变风机转速或停运部分风机来调 节进风量，防止空冷器结冰，利于提高机组运行安全 性； 2） 操作控制方式灵活，可快速应对环境突变； 3） 占地少，空冷器布置在汽机房前的高架平台上，平台 下可不设变压器及配电间等设施，从而减少了占地； 4） 初投资较低。 3. 1. 2 直接空冷系统的缺点
3% 左右，故单位千瓦时的标准煤耗和电耗均高于间 冷系统。5） 故障率稍高，维修工作量大。直接空冷 系统一般具有上百台轴流风机、齿轮箱和电动机，其 故障率稍高，检修维护工作量大。 3. 2 间接空冷系统优缺点 3. 2. 1 间接空冷系统的优点
间冷系统优点主要有 5 方面： 1） 对环境气象条件 的敏感程度相对较低。2） 背压较低，运行经济性较 高。其机组运行背压由循环水在凝汽器中与汽轮机 排汽进行对流换热与导热维持，循环水通过自然通风 冷却塔由空气进行冷却。在我国华北、西北地区，间 接空冷系统优化背压一般为 11 kPa，夏季背压一般控 制在 26 kPa 左右。3） 噪声低，采用了自然通风空冷 塔，散热器区域无噪声，而循环水泵噪声值相对较底， 且布置在地下水泵房内，产生的高频噪音可通过隔音 措施控制。4） 煤耗相对较低。间冷系统背压较直冷 系统低，且用电率也低于直接空冷，故单位千瓦时的 标准煤煤耗低于直冷系统。5） 故障率较低，维修工 作量小。间冷系统只有循环水泵为转动机械，系统阀 门动作几率低，故障率较低，检修维护工作量小。 3. 2. 2 间接空冷系统的缺点
间冷系统的缺点主要有 3 方面： 1） 防冻性能相对 较差。防冻控制由开关百叶窗实现，较繁琐且百叶窗 不可能完全密封，可 能 造 成 局 部 过 冷，引 起 冻 结。2 ） 占地面积大，每 台 机 组 需 配 置 大 直 径 自 然 通 风 冷 却 塔，且两塔之间还需留有循环水管走廊空间，占地较 大。3） 初投资较高。 4 从环保角度对比直接空冷和间接空冷
Abstract： A thermal power generating unit with air cooled generator is an appropriate solution for areas that rich in coal but lack of water． The environmental impacts are different when the generators use direct or indirect air cooling systems． In terms of environmental impacts，this paper compared advantages and disadvantages between the generators with direct or indirect air cooling systems． Indirect air cooling systems were more appropriate than direct air cooling systems in aspect of sound environment，air quality impact，coal consumption，and solid waste generation． In North China that were abundant in land resources，a thermal power generating unit with indirect air cooling system would be more appropriate． Keywords： thermal power generating unit； direct air cooling systems； indirect air cooling systems； environmental protection； environmental impact
环境工程
102
Environmental Engineering
2 国内外空冷系统发展现状 1920 年，直接空冷系统由德国 GEA 公司的哈帕
博士发明，1939 年 GEA 公司建造了世界上第一个火 力发电厂直接空冷发电系统； 1958 年意大利 Citta di Ｒoma 电站 2 × 36 MW 直接空冷机组投运。美国怀俄 达克 365 MW 直接空冷发电厂于 1978 年建成，是当 时世界上单机容量最大的直接空冷机组。我国最早 的大型直接空冷电厂为建造于 2002 年的大同第一发 电厂 2 × 200 MW 扩建工程。灵武电厂 2 × 1 000 MW 机组配置直接空冷系统，已于 2011 年投入运行，是世 界最大的直接空冷机组。
0引言 国家发展 和 改 革 委 员 会 发 布 的《产 业 结 构 指 导
目录（ 2011 年本） （ 2013 修正） 》明确指出 “缺水地区 单机 60 万 kW 及以上大型空冷机组电站建设”为国 家鼓励类建设项目。
以节水为主要目的的空冷系统在国外以及我国 西 北 、华 北 和 东 北 缺 水 地 区 的 火 力 发 电 厂 得 到 了 广 泛应用，并 取 得 了 良 好 的 节 水 效 果。 相 关 资 料 表 明，空 冷 系 统 比 二 次 循 环 的 湿 冷 系 统 可 以 节 水 3 /4［1］。空冷系统又分为直接空冷系统和间接空冷 系统，不同空 冷 系 统 对 环 境 影 响 不 同，故 本 研 究 从 环保角度论证选择何种空冷系统具有更优的环境
火电机组选择不同的冷却方式对环境的影响各 不相同。直接空冷对环境的影响主要为噪声影响，如 空冷平台距厂界较近则可能会造成厂界超标； 直冷机 组煤耗相对较高，随之而来的是其 SO2 、NOx 以及烟 尘等大气污染物的排放较间冷高。间冷系统基本不 存在噪声影响，煤耗低、大气污染物排放量低，但占地 面积大，在施工期对地表植被的破坏、土石方量及水 土流失量都较直接空冷系统要高。
2． Northwest Electric Power Design Institute，Xi'an 710075，China； 3． Central Ｒesearch Institute of Building and Construction Co． ，Ltd，MCC Group，Beijing 100088，China）
大气污染防治
Air Pollution Control
101
wenku.baidu.com
火电机组直接与间接空冷系统选型的对比分析
徐海红1 雷 洋2 路聪聪3 谢永平2
（ 1． 环境保护部环境工程评估中心，北京 100012； 2． 西北电力设计院，西安 710075； 3． 中冶建筑研究总院有限公司，北京 100088）
摘要： 采用空冷机组是解决富煤贫水地区发电的有效措施，从多方面深入对比火电机组采用直冷与间冷系统的优势与 劣势。经综合比较，间接空冷系统在声环境影响、煤耗及大气环境影响、固体废弃物影响均优于直接空冷系统。在土 地资源丰富的北方地区选择间接空冷系统较直冷系统的环保效益、经济效益、社会效益更优。 关键词： 火电机组； 直接空冷； 间接空冷； 环保； 环境影响
机组容量
GB 3096—2008《声环境质量标准》Ⅱ类标准限值
昼间 60 dB（ A）
夜间 50 dB（ A）
GB 3096—2008《声环境质量标准》Ⅲ类标准限值
昼间 65 dB（ A）
夜间 55 dB（ A）
300 MW 级直冷机组
80 ～ 120 m
150 ～ 200 m
30 ～ 60 m
60 ～ 150 m
600 MW 级直冷机组
110 ～ 140 m
190 ～ 230 m
50 ～ 80 m
130 ～ 180 m
注： 1） 距离指相距空冷器平台外侧到测点的水平距离； 2） 监测点位均布设在距地面高度 1. 2m 处； 3） 监测严格按照 GB 3096—2008 的环境噪 声监测要求进行。
从表 1 可见： 300 MW 级直冷机组空冷平台外侧 需经 过 60 ～ 150 m 噪 声 可 降 至 GB 3096—2008 中 Ⅲ类夜间标准限值 55 dB 以下； 经过 150 ～ 200 m 噪 声可降至Ⅱ类夜间标准限值 50 dB 以下。600 MW 级 直冷机组需经过更远距离才可降至相应标准。如空 冷平台距厂界的距离较近，则厂界可能会出现噪声超 标。直接空冷噪声主要是中、低频噪声，治理难度较 大。主要降噪措施为采用低噪声、低转速风机； 设噪 声防护隔离带等防治措施［4-5］。
风机布置在 40 ～ 50 m 高空冷平台内，其产生的噪声 测统计结果见表 1。
表 1 直冷机组噪声满足国家相关环保标准限值的距离统计
Table 1 Distance of noise meeting the relevant national environmental standards in direct air cooling systems
一般 2 × 300 MW 级直冷机组将配置 72 台左右
大气污染防治
Air Pollution Control
103
的风机、2 × 600 MW 级直冷机组配置 112 或 128 台风 影响较大。
机； 2 × 1 000 MW 级直冷机组配置 160 台风机。单台
研究小组对北方地区的多个已建成 300 MW 级
风机的噪声并不高，一般在 72 dB 左右，但是上百台 和 600 MW 级直冷机组进行了空冷系统噪声实测，实
直接空冷系统的缺点主要有 5 方面： 1） 夏季高 温、风速、风 向 及 强 对 流 气 候 影 响 机 组 运 行 经 济 性。 2） 背压相对较高，运行经济性较差。机组运行背压 由大直径风机提供的空气与空冷散热器进行对流换 热维持。在我国西北、华北地区，直接空冷系统优化 背压一般为 13 ～ 15 kPa，夏季背压一般控制在32 kPa 左右。3） 噪音大。直接空冷系统由于采用了机械通 风进行冷却，风机转动将产生低频噪音，需选用低噪 声风机、控制风机转速等措施来降低噪音。且空冷风 机群一般布置在 40 ～ 50 m 高的空冷平台内，运行时 产生的噪声值较高。4） 煤耗、电耗相对较高。直冷 系统背压高于间冷系统，且其厂用电率较间冷系统高
1950 年匈牙利的海勒教授首次提出电站间接空 冷技术，并于 1962 年首次应用于英国的拉格莱电厂 120 MW 机 组 上。1987 年 我 国 在 大 同 第 二 电 厂 200 MW首次引进间接空冷技术，内蒙古大唐国际克 什克腾发电厂 2 × 1 000 MW 机组是世界最大的间接 空冷机组［2］。
收稿日期： 2014 － 10 － 23
效益。 1 空冷系统的型式及基本原理
直接空冷系统是指汽轮机排汽通过粗大的排气 管道至室外的空冷凝汽器内，轴流冷却风机使空气流 过冷却器外表面，将排汽冷凝成水，凝结水再经泵送 回锅炉。
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 2 次进行： 一次为蒸汽 与冷却水在凝汽器中换热； 另外一次为冷却水和空气 在空冷塔里换热，空冷塔冷却水出水再回到汽机房凝 汽器内作闭式循环。根据配用的凝汽器不同分为表 凝式间接空冷和混凝式间接空冷。因混凝式间接空 冷在大容量机组中应用较少，故文中所述间接空冷系 统主要指表凝式间接空冷。
DOI： 10. 13205 / j． hjgc． 201511021
COMPAＲATIVE ANALYSIS OF DIＲECT AND INDIＲECT AIＲ COOLING SYSTEM FOＲ THEＲMAL POWEＲ UNIT SELECTION
Xu Haihong1 Lei Yang2 Lu Congcong3 Xie Yongping2 （ 1． Appraisal Center for Environment ＆ Engineering，Ministry of Environmental Protection，Beijing 100012，China；
全球空冷机组的装机容量中直接空冷机组的装 机容量占 60% ，间接空冷机组约占 40%［3］。 3 直接空冷系统与间接空冷系统各自特点 3. 1 直接空冷系统优缺点 3. 1. 1 直接空冷系统的优点
直接空冷系统的优点主要有以下 4 个方面： 1） 防 冻性能好，可通过改变风机转速或停运部分风机来调 节进风量，防止空冷器结冰，利于提高机组运行安全 性； 2） 操作控制方式灵活，可快速应对环境突变； 3） 占地少，空冷器布置在汽机房前的高架平台上，平台 下可不设变压器及配电间等设施，从而减少了占地； 4） 初投资较低。 3. 1. 2 直接空冷系统的缺点
3% 左右，故单位千瓦时的标准煤耗和电耗均高于间 冷系统。5） 故障率稍高，维修工作量大。直接空冷 系统一般具有上百台轴流风机、齿轮箱和电动机，其 故障率稍高，检修维护工作量大。 3. 2 间接空冷系统优缺点 3. 2. 1 间接空冷系统的优点
间冷系统优点主要有 5 方面： 1） 对环境气象条件 的敏感程度相对较低。2） 背压较低，运行经济性较 高。其机组运行背压由循环水在凝汽器中与汽轮机 排汽进行对流换热与导热维持，循环水通过自然通风 冷却塔由空气进行冷却。在我国华北、西北地区，间 接空冷系统优化背压一般为 11 kPa，夏季背压一般控 制在 26 kPa 左右。3） 噪声低，采用了自然通风空冷 塔，散热器区域无噪声，而循环水泵噪声值相对较底， 且布置在地下水泵房内，产生的高频噪音可通过隔音 措施控制。4） 煤耗相对较低。间冷系统背压较直冷 系统低，且用电率也低于直接空冷，故单位千瓦时的 标准煤煤耗低于直冷系统。5） 故障率较低，维修工 作量小。间冷系统只有循环水泵为转动机械，系统阀 门动作几率低，故障率较低，检修维护工作量小。 3. 2. 2 间接空冷系统的缺点
间冷系统的缺点主要有 3 方面： 1） 防冻性能相对 较差。防冻控制由开关百叶窗实现，较繁琐且百叶窗 不可能完全密封，可 能 造 成 局 部 过 冷，引 起 冻 结。2 ） 占地面积大，每 台 机 组 需 配 置 大 直 径 自 然 通 风 冷 却 塔，且两塔之间还需留有循环水管走廊空间，占地较 大。3） 初投资较高。 4 从环保角度对比直接空冷和间接空冷
Abstract： A thermal power generating unit with air cooled generator is an appropriate solution for areas that rich in coal but lack of water． The environmental impacts are different when the generators use direct or indirect air cooling systems． In terms of environmental impacts，this paper compared advantages and disadvantages between the generators with direct or indirect air cooling systems． Indirect air cooling systems were more appropriate than direct air cooling systems in aspect of sound environment，air quality impact，coal consumption，and solid waste generation． In North China that were abundant in land resources，a thermal power generating unit with indirect air cooling system would be more appropriate． Keywords： thermal power generating unit； direct air cooling systems； indirect air cooling systems； environmental protection； environmental impact
环境工程
102
Environmental Engineering
2 国内外空冷系统发展现状 1920 年，直接空冷系统由德国 GEA 公司的哈帕
博士发明，1939 年 GEA 公司建造了世界上第一个火 力发电厂直接空冷发电系统； 1958 年意大利 Citta di Ｒoma 电站 2 × 36 MW 直接空冷机组投运。美国怀俄 达克 365 MW 直接空冷发电厂于 1978 年建成，是当 时世界上单机容量最大的直接空冷机组。我国最早 的大型直接空冷电厂为建造于 2002 年的大同第一发 电厂 2 × 200 MW 扩建工程。灵武电厂 2 × 1 000 MW 机组配置直接空冷系统，已于 2011 年投入运行，是世 界最大的直接空冷机组。
0引言 国家发展 和 改 革 委 员 会 发 布 的《产 业 结 构 指 导
目录（ 2011 年本） （ 2013 修正） 》明确指出 “缺水地区 单机 60 万 kW 及以上大型空冷机组电站建设”为国 家鼓励类建设项目。
以节水为主要目的的空冷系统在国外以及我国 西 北 、华 北 和 东 北 缺 水 地 区 的 火 力 发 电 厂 得 到 了 广 泛应用，并 取 得 了 良 好 的 节 水 效 果。 相 关 资 料 表 明，空 冷 系 统 比 二 次 循 环 的 湿 冷 系 统 可 以 节 水 3 /4［1］。空冷系统又分为直接空冷系统和间接空冷 系统，不同空 冷 系 统 对 环 境 影 响 不 同，故 本 研 究 从 环保角度论证选择何种空冷系统具有更优的环境
火电机组选择不同的冷却方式对环境的影响各 不相同。直接空冷对环境的影响主要为噪声影响，如 空冷平台距厂界较近则可能会造成厂界超标； 直冷机 组煤耗相对较高，随之而来的是其 SO2 、NOx 以及烟 尘等大气污染物的排放较间冷高。间冷系统基本不 存在噪声影响，煤耗低、大气污染物排放量低，但占地 面积大，在施工期对地表植被的破坏、土石方量及水 土流失量都较直接空冷系统要高。
2． Northwest Electric Power Design Institute，Xi'an 710075，China； 3． Central Ｒesearch Institute of Building and Construction Co． ，Ltd，MCC Group，Beijing 100088，China）
大气污染防治
Air Pollution Control
101
wenku.baidu.com
火电机组直接与间接空冷系统选型的对比分析
徐海红1 雷 洋2 路聪聪3 谢永平2
（ 1． 环境保护部环境工程评估中心，北京 100012； 2． 西北电力设计院，西安 710075； 3． 中冶建筑研究总院有限公司，北京 100088）
摘要： 采用空冷机组是解决富煤贫水地区发电的有效措施，从多方面深入对比火电机组采用直冷与间冷系统的优势与 劣势。经综合比较，间接空冷系统在声环境影响、煤耗及大气环境影响、固体废弃物影响均优于直接空冷系统。在土 地资源丰富的北方地区选择间接空冷系统较直冷系统的环保效益、经济效益、社会效益更优。 关键词： 火电机组； 直接空冷； 间接空冷； 环保； 环境影响
机组容量
GB 3096—2008《声环境质量标准》Ⅱ类标准限值
昼间 60 dB（ A）
夜间 50 dB（ A）
GB 3096—2008《声环境质量标准》Ⅲ类标准限值
昼间 65 dB（ A）
夜间 55 dB（ A）
300 MW 级直冷机组
80 ～ 120 m
150 ～ 200 m
30 ～ 60 m
60 ～ 150 m
600 MW 级直冷机组
110 ～ 140 m
190 ～ 230 m
50 ～ 80 m
130 ～ 180 m
注： 1） 距离指相距空冷器平台外侧到测点的水平距离； 2） 监测点位均布设在距地面高度 1. 2m 处； 3） 监测严格按照 GB 3096—2008 的环境噪 声监测要求进行。
从表 1 可见： 300 MW 级直冷机组空冷平台外侧 需经 过 60 ～ 150 m 噪 声 可 降 至 GB 3096—2008 中 Ⅲ类夜间标准限值 55 dB 以下； 经过 150 ～ 200 m 噪 声可降至Ⅱ类夜间标准限值 50 dB 以下。600 MW 级 直冷机组需经过更远距离才可降至相应标准。如空 冷平台距厂界的距离较近，则厂界可能会出现噪声超 标。直接空冷噪声主要是中、低频噪声，治理难度较 大。主要降噪措施为采用低噪声、低转速风机； 设噪 声防护隔离带等防治措施［4-5］。
风机布置在 40 ～ 50 m 高空冷平台内，其产生的噪声 测统计结果见表 1。
表 1 直冷机组噪声满足国家相关环保标准限值的距离统计
Table 1 Distance of noise meeting the relevant national environmental standards in direct air cooling systems