发电厂空冷技术的应用

目录摘要第一章概论1.1 空冷技术的概述及分类‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥1.2 空冷技术的发展及在我国的应用‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥1.3 空冷技术的采用对整个发电厂生产工艺流程的影响‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥第二章发电厂空冷系统设备2.1 直接空冷系统‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥2.2 海勒式间接空冷系统‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥2.3 哈蒙氏间接空冷系统‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥2.4 三种空冷系统的主要设备特征和技术参数比较‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥第三章直接空冷系统的运行和维护3.1 冷却风机‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥3.2 直接空冷散热器的防冻‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥3.3 直接空冷散热器的热风再循环‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥第四章空冷系统与湿冷系统的比较4.1 空冷和湿冷系统的经济性比较‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥4.2 空冷系统的应用的评价‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥结束语参考文献摘要目前我国火力发电厂多采用水冷技术，面对越来越紧迫的水资源缺乏问题，火力发电行业的发展受到极大挑战，而空气冷却相比普通湿冷塔技术可以节水大约2/3。

文章介绍目前在国外许多大型火电机组项目中采用的各种类型的空气冷却技术及我国火力发电行业采用空气冷却技术的历史和发展现状为了推广空冷技术在电厂的应用，特做此设计以供大家参考。

第一章概论第一节空冷技术概述及分类发电厂空冷技术从提出到现在约有50年的历史，并在国际上有了迅速发展，目前已出现单机容量686MW的空冷机组。

在干旱地区，空冷技术发展尤为迅速，并出现了多种类型，如直接空冷、干湿联合冷却机组等。

发电厂空冷技术已成为当前发电厂建设中的一个热门课题。

当前用于发电厂的空冷系统主要有三种，即直接空冷、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。

直接空冷多采用机械通风方式，20世纪90年代以来，比利时哈蒙—鲁姆斯公司提出采用自然通风，两种间接空冷多采用自然通风。

一、间接空冷系统混合式凝汽器间接空冷系统又称海勒式间接空冷系统，其发电厂如图所示。

1—锅炉; 2—过热器; 3—汽轮机; 4—喷射式凝汽器; 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—冷却水循环泵; 13—调压水轮机;14—全铝制散热器; 15—空冷塔; 16—旁路节流阀; 17—发电机该系统由喷射式凝汽器和装有福哥型散热器的空冷塔构成。

系统中的冷却水都是高纯度的中性水。

中性冷却水进入凝汽器直接与汽轮机排汽混合并将其冷凝。

受热后的冷却水绝大部分由冷却水循环泵送至空冷塔散热器，经与空气对流换热冷却后通过调压水轮机将冷却水再送至喷射式凝汽器进入下一个循环。

海勒式间接空冷系统的优点：①以微正压的低压水系统运行，较易掌握，可与中背压汽轮机配套；②冷却系统消耗动力低，厂用电耗少，占地面积中等。

缺点是：①铝制空冷散热器耐冲洗，耐抗冻性能差；②空冷散热器在塔外布臵易受大风影响其带负荷能力；③设备系统复杂。

海勒式间接空冷系统一般适用于气候温和、无大风的发电厂。

二哈蒙氏间接空冷系统表面式凝汽器间接空冷系统又称哈蒙式间接空冷系统。

哈蒙式间接空冷系统的发电厂示意图如图所示。

1—锅炉; 2—过热器; 3—汽轮机; 4—表面式凝汽器; 5—凝结水泵;6—凝结水精处理装臵; 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—循环水泵; 13—膨胀水箱;14—全钢制散热器; 15—空冷塔; 16—除铁器; 17—发电机该系统由表面式凝汽器与空冷塔构成。

在哈蒙式间接空冷系统回路中，由于冷却水在温度变化时体积发生变化，故需设臵膨胀水箱。

膨胀水箱顶部和冲氮系统连接，使膨胀水箱有一定压力的氮气，既可对冷却水容积膨胀起到补偿作用，又可避免冷却水和空气接触，保持冷却水品质不变。

哈蒙式间接空冷系统的优点是：①节约厂用电，设备少，冷却水系统与汽水系统分开，两者水质可按各自要求控制；②冷却水量可根据季节调整，在高寒区，在冷却水系统中可冲以防冻液防冻；③空冷散热器在塔内布臵，基本上不受大风影响其带负荷的能力。

缺点是：①空冷塔占地大，基建投资大；②发电煤比湿冷机组多约105%；③系统中需要两次换热且都属于表面换热，使全厂热效率有所降低。

哈蒙式间接空冷系统一般适用于核电站、热电站和调峰大电厂。

三、直接空冷系统直接空冷系统又称空气冷却系统，是指汽轮机的排汽直接用空气来冷凝，空气与蒸汽间通过管壁进行热交换。

所需冷却空气，通常由轴流冷却机通过机械通风方式供应，系统如图所示。

1—锅炉; 2—过热器; 3—汽轮机; 4—空冷凝汽器; 5—凝结水泵;6—凝结水精处理装臵; 7—凝水升压泵; 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; 13—轴流冷却风机;14—立式电动机; 15—凝结水箱; 16—除铁器; 17—发电机直接空冷系统的特点如下所述。

⑴汽轮机背压变幅大。

汽轮机排汽直接由空气冷凝，其背压随空气温度变化而变化。

⑵真空系统庞大。

汽轮机排汽要由大直径的管道引出，用空气作为直接冷却介质通过钢制散热器进行表面热交换冷凝排汽需要较大的冷却面积，故而导致真空系统庞大。

⑶厂用电耗大。

直接空冷系统所需空气由大直径的风机提供，风机需要耗能，直接空冷系统自耗电占机组发电容量的1.5%左右。

⑷电厂整体占地面积小。

由于空冷凝汽器一般都布臵在汽轮机房顶或汽轮机房前的高架平台上，平台下电气设备等，空气冷凝器占地得到综合利用，使得电厂整体占地面积减少。

⑸冬季防冻措施比较灵活可靠。

直接空冷可通过改变风机转速，停运风机或使风机反转来调节空冷凝汽器的进风量，直至吸热风来防止空冷凝汽器的冻结。

调节相对灵活，效果好且可靠。

⑹凝结水溶氧量高。

由于直接空冷机组的真空系统庞大，易出现负压系统的氧气吸入。

另外，由于机组背压偏高，易出现凝结水过冷度偏大，进一步加大了凝结水中的溶解氧的含量。

⑺可以大量节约电厂用水。

⑻由于蒸汽与空气通过翘片管束至直接进行热交换，省去了中间介质和二次换热，综合热效率提高，运行更经济。

⑼直接空冷电站具有较高的社会效益和与水冷凝汽器机组可比的经济性。

直接空冷系统适用于各种环境条件和各类燃煤电厂，要求煤价低廉，最后带基本电负荷的电厂，尤其适用于富煤缺水区。

第二节空冷技术的发展及在我国的应用一、直接空冷凝汽器系统的发展循环冷却系统是电力生产过程中的一个重要环节，做过功的汽轮机乏汽需要在凝汽器中冷却凝结，然后重新循环。

常规湿冷机组是采用自然通风冷却塔形式，以水为冷却介质，其中循环水损失（蒸发损失、风吹损失和排污损失）约占电厂耗水量的80%；而空冷机组是以空气为冷却介质，其中间接空冷系统主要有带喷射式凝汽器的海勒式系统，带表面式凝汽器的哈蒙氏系统和直接空冷系统。

无论是采用密闭循环冷却水的间接空冷方式，还是无循环冷却水的直接空冷方式，都不产生循环水损失，只需锅炉补水和其他用水即可，所以电站耗水量明显减少，在相同的水资源下可多装机至原来的三倍以上，具有长远的经济效益。

电站空冷凝汽器技术的开发应用自世界上第一台15MW直接空冷机组于1938年在德国一个坑口电站投运至今已有近70年的历史。

直接空冷技术的发展主要是围绕空冷凝汽器管束进行的，空冷凝汽器所用的翅片管基本上是表面镀锌的椭圆形钢管加钢质翅片，或圆形钢管加铝翅片。

在直接空冷凝汽器发展初期的20世纪60年代，由于受加工工艺的限制，翅片管的内径较小。

为了将蒸汽侧的压力损失控制在合理范围内，单管长度一般为7m左右。

为了获得足够的换热面积，蒸汽管束不得不采用2排、3排甚至4排管片。

由于多排管组成的管束，空气（蒸汽）流会产生死区，换热面积不能像单排那样被100%利用，而且多排管空气流阻力大，其空冷风机必然要多耗电能，另外，管束外可能会出现死区，在冬季流动不畅的不可凝结气体和凝结水容易结冰。

因此直接空冷技术的优越性显得不够突出，其发展和推广也受到了一定制约，基本上都在单机容量比较小的发电机组上使用。

20世纪80年代初，翅片管直径由25.4mm扩大到38mm，单管长度也相应加长到10m，组成管束的翅片管排数也相应减少，使用空冷技术发电机组的单机容量也相应增大。

20世纪80年代中期以后，翅片管直径已经扩大到50mm以上，组成管的翅片管减少到只有一排，这也就是目前使用的具有特殊形状的单排椭圆形翅片管的空冷凝汽器。

空冷风机的发展，特别是变频技术的应用，对直接空冷技术的发展和推广起到很大的推动作用，它为防止空冷技术在严寒的冬季发生冰冻提供了更为灵活的控制手段。

由于空冷凝汽器制造技术不断发展，解决了空冷技术在应用上的诸多难题，使其优点更为突出，为其在大容量机组上的应用铺平了道路。

空冷技术已经为越来越多的国家认同和使用，使用空冷凝汽器的机组从无到有、容量从小到大，世界上相继出现了一批200、300甚至600MW及以上的大容量直接空冷机组，如伊朗Touss电站（4×150MW），1970年7月后相继投产的西班牙Utrillas 火电厂（单机容量160MW），1978年投产的美国Wyodak电站（单机容量330MW），1986年后相继投产的南非Maimba电站6×685MW等等，至今运行良好。

二、空冷技术在我国的应用我国是一个以煤炭资源为主的能源国家，其中燃煤发电约占全部电源的70%，而且在近期仍不会改变这种电力能源以煤电为主的比例。

我国还是严重缺水的国家，水资源短缺已成为制约经济社会发展的主要因素。

按目前的正常需要和不超采地下水，全国缺水总量约为400亿m3，全国现有668座城市，约有400座城市缺水。

我国电力工业发展迅速，大容量、高参数的大型火电机组日益增多，其年耗燃料及水资源相当可观，其中水资源的矛盾已是制约我国大部分地区发展的一个重要因素，尤其是西部地区，富煤缺水，要开发这些地区的能源，除了有关工业、农业均要采取节约水措施外，电力行业建设采用大型空冷机组是非常经济而有效的措施。

我国于20世纪60年代开始火电空冷技术的研究，但都属于小型机组。

“七五”期间，我国从匈牙利进口两套200MW带喷射式凝汽器的海勒式间接空冷系统设备，同时引进了海勒式系统的空冷技术，与东方汽轮机厂和电机厂生产的200MW汽轮发电机组配套，在山西大同第二发电厂分别于1987年和1988年投产。

“八五”期间，太原第二热电厂的2台200MW供热空冷机组经论证，参照大同第二发电厂运行的实践，确定采用带表面式凝汽器哈蒙氏间接空冷系统。