发电机组直接空冷系统

发电机组直接空冷系统

发电机组直接空冷系统简介

摘要：本文首先对空冷系统做了简单的介绍，随后重点针对发电厂直接空

冷系统做了系统性的论述。其次，对机械通风直接空冷系统（ACC）进行了性能分析。最后，对我国空冷电站技术特点做了简单阐述。

关键字：发电机组直接空冷系统机械通风直接空冷系统（ACC）技术特点空冷是指采用翅片管式的冷却器，直接或间接用环境空气来冷却汽轮机的

排汽，目前国际、国内得到实际应用的电站空冷系统共有三种：直接空冷系统；采用混合式凝汽器的间接空冷系统；采用表面式凝汽器的间接空冷系统，后两

项又称间接空冷系统。空冷技术早在30年代末即应用于火力发电厂,国内空冷技术研究工作开始于60年代. 我国现在已引进了直接空冷系统的设计和制造技术。

电厂采用空冷系统的最大优点是大量节水，最大缺点是一次性投资高、煤

耗高，因此，它最适宜用在富煤缺水地区建设。翅片管是空冷系统的关键元件，翅片管按形式、材质、加工方式及在冷却元件中的排列而分为很多种类。根据

近年来空冷凝汽器开发与应用情况，直接空冷电厂采用的空冷凝汽器有三排管、双排管和单排管形式。

直接空冷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。直接空冷系统根据其通风方式分为机械通风直接空冷、自然通风直接空冷系统

和风机辅助的自然通风空冷。三种直接空冷系统各有特点，

一、发电机组直接空冷系统简介

1．电站空冷系统

1．1空冷系统的单机容量

目前国内外电站空冷是二大类：一是间接空气冷却系统，二是直接空气冷

却系统。其中间接空气冷却系统又分为混合式空气冷却系统和表面式空气冷却

系统。世界上第一台1500KW直接空冷机组，于1938年在德国一个坑口电站投运，已有60多年的历史，几个典型空冷机组是：1958年意大利空冷电站

2X36MW机组投运、1968年西班牙160MW电站空冷机组投运、1978年美国怀俄明州Wodok电站365MW空冷机组投运、1987年南非Matimba电站6X665MW直接空冷机组投运。当今采用表面式冷凝器间接空冷系统的最大单机容量为南非肯达尔电站6X686MW；采用混合式凝汽器间接空冷系统的最大单机容量为300MW 级，目前在伊朗投运的325MW(哈尔滨空调股份有限公司供货)运行良好。全世界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％。

1．2直接空冷系统的特点

无论是直接空冷，还是间接空冷电厂，经过几十年的运行实践，证明均是可行的。但不排除空冷系统在运行中，存在种种原因引发的问题，如严寒、酷暑、大风、系统设计不够合理、运行管理不当等。这些问题有的已得到解决，从国内已投运的200MW空冷机组运行实践证明了这一点。

从运行电站空冷系统比较，直接空冷系统具有主要特点：

(1)背压高；

(2)由于强制通风的风机，使电耗大；

(3)强制通风的风机产生噪声大；

(4)钢平台占地，要比钢筋混凝土塔为小；

(5)效益要比间接冷却系统大30％左右，散热面积要比间冷少30％左右；

(6)造价相比经济。

2．直接空冷系统的组成和范围

2．1直接空冷系统的热力系统

直接空冷系统，即汽轮机排汽直接进入空冷凝汽器，其冷凝水由凝结水泵排入汽轮机组的回热系统。

2．2直接空冷系统的组成和范围

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；

(2)空冷凝汽器管束；

(3)凝结水系统；

(4(5)疏水系统；

(6)通风系统；

(7)直接空冷支撑结构；

(8)自控系统；

(9)清洗装置。

3．直接空冷系统各组成部分的作用和特点

3．1排汽管道

对大容量空冷机组，排汽管道直径比较粗，南非Matimba电站665MW直接空冷机组为2缸4排汽，采用2XDN5000左右直径管道排汽，目前国内几个空冷电站设计情况来看，300MW机组排汽管道直径在DN5000多，600MW机组排汽管道在DN6000左右。

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。大直径管道的壁厚优化和制造是难点，同时也是影响工程造价的重点之一。

3．2空冷凝汽器的冷却装置

(1)A一型架构：

一般双排管束由钢管钢翅片所组成，为防腐表面渡锌。单排管为钢管铝翅片，钎焊在大直径矩形椭园管上。它上端同蒸汽配管焊接，下端与凝结水联箱联结。每8片或10片构成一个散热单元，每个单元的管束为59.50—60.50角组成A一型架构。

(2)冷却元件：

)抽气系统；

冷却元件即翅片管，它是空冷系统的核心，其性能直接影响空冷系统的冷却效果。对翅片管的性能基本要求：

a．良好的传热性能；b.良好的耐温性能；c.良好的耐热冲击力；d．良好的耐大气腐蚀能力；e．易于清洗尘垢：f.足够的耐压能力，较低的管内压降：

g.较小的空气侧阻力；h．良好的抗机械振动能力；i.较低的制造成本。

(3)散热单元布置

散热单元有顺流和逆流单元之分。其顺流是指明蒸汽自上而下，凝结水也是自上而下，当顺流单元内蒸汽不能完全冷凝，而剩余蒸汽在逆流单元冷凝，在这里蒸汽与冷凝水相反方向流动，即蒸汽由下而上，水自上而下相反方向流动。

3．3抽气系统

在逆流单元管束的上端装置排气口，与设置的抽汽泵相联。抽气泵是抽气，分运行和启动，启动抽气时间短，300MW机组的系统容积大约5300m3，抽气同

时在降背压，使之接近运行背压。时间约40分钟。

在抽气时注意，蒸汽和不凝气体的分压力，抽气不可抽出蒸汽。抽气系统

也是保证系统背压的。

3．4凝结水系统

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。

3．5通风系统

直接空冷系统散热目前均采用强制通风，大型空冷机组宜采用大直径轴流

风机，风可为单速、双速、变频调速三种。根据工程条件可选择任一种或几种

优化组合方案。就目前国内外设计和运行经验，在寒冷地区或昼夜温差变化较

大的地区，采用变频调速使风机有利于变工况运行，同时也可降低厂用电耗。

为减少风机台数，通常采用大直径轴流风机，直径达9．14m、10．36m；减速

齿轮箱易发生漏油和磨损，目前以采用进口设备比较安全；变频调速器国内已

有合资公司，比进口设备造价有较大幅度的降低；为降低噪音，风机叶片的选

型很重要，叶片材质为玻璃钢，耐久性强，不宜破损。

4．直接空冷系统有待研究的几个问题

电厂业主关注的不仅是空冷系统设计优化的经济性，更关心的是空冷系统

的安全性，所谓安全性主要包括两个方面：一是夏季高温能否保证设计考核点

的满发，二是在冬季低温条件下能否有效防冻。为此，在直接空冷系统设计和

运行过程中有必要研究和总结以下几方面的课题：

4．1大风影响

直接空冷系统受不同风向和不同风速影响比较敏感，特别是风速超过

3．0m／s以上时，对空冷系统散热效果就有一定影响，特别是当风速达到

6．0/s以上时，不同的风向会对空冷系统形成热回流，甚至降低风机效率。为

了使大风的影响降低到最低限度，

设计上必须研究夏季高温时段，某一风速出现最大频率的风向，在设计布

置时应避开，甚至适当拉大与A列的距离。在运行期间通过气象观测收集有关