空冷技术工程

空冷技术工程

Air cooled condenser Engineering

大唐环境科技工程有限公司空冷事业部Datang Environment Technologies & Engineering Co., Ltd.

Air Cooled Condenser Business Department

一、空冷技术原理及特点

空冷技术的简介

一般来讲，火力发电厂经常使用水来冷却乏汽，其中效率最高的莫过于使用河水或海水的开式循环冷却。当限于自然和环保条件而无法使用开式冷却时，可使用湿式冷却塔进行闭式循环冷却（即常见的双曲面冷却塔），但冷却效率略低，而且在运行中要不停补充大量的冷却水。

传统的湿式冷却技术是目前应用最广泛的的冷却技术，但当水源缺乏或存在其它限制时，就不能够使用这种冷却方式。于是，空气冷却凝汽技术应运而生。

空冷技术，也称干式冷却技术，按大类可分为直接空冷和间接空冷，细分和组合后又可衍生出并行空冷、混合式空冷等一系列具体的空冷发电技术形式。

火电厂直接空冷凝汽系统工作原理为：将在蒸汽轮机内做工后的乏汽从汽轮机尾部引入大口径蒸汽管道，输送至汽轮机房A列外的空冷平台上，进而经由配汽管送至数量众多的翅片管换热管束内；空气流在大直径轴流风机的驱动下，穿过翅片管束的翅片间隙，将翅片管束内的蒸汽冷凝为凝结水，使其在重力作用下回流至凝结水箱，进入下一个做功循环。

空冷技术的特点

1、节水效果非常明显

空冷机组的运行实践证明，空冷机组的节水效果非常明显。以大唐云冈热电的直接空冷系统为例，空冷换热面积为51万平方米， 2004年累计发电水耗为千克/千瓦时，比同类型湿冷机组发电水耗设计值2千克/千瓦时低千克/千瓦时，节水%，年节水量477万吨，超出山西省确定的新型电力节水率达70%以上目标6个百分点，

每年因节水少支出费用800多万元。如果与目前一般老电厂8千克/千瓦时的发电水耗相比，年节水可达到2349万吨，少支出水费将近4000万元。

2、系统自动化程度高，运行方式方便可靠。

直接空冷系统分成若干个换热单元，每个单元对应一台冷却风机，风机采用变频技术进行无极变速，可以实现对每一个散热单元进行独立调节。运行时候可以通过降低风机转速和停运风机等方法，调节某一冷却单元的负荷，控制其凝结水的过冷度和汽轮机背压。

3、综合换热效率提高，冬季运行经济性较好。

蒸汽与空气直接换热，省去了中间介质和二次换热，综合热效率提高，运行更加经济。空冷机组在冬季运行过程中，由于空冷系统运行背压低，而使得汽轮机带负荷能力大大提高。因此，空冷机组可利用冬季多发电，为电厂带来额外的收益。

这一点对于地处我国北方区域的电厂尤为明显。

4、取消了庞大的湿式冷却塔，通过优化设计减少了空冷系统的占地面积。

在水冷凝汽器系统中，循环冷却水塔和循环水泵房要占用一定的建设用地。采用直接空冷系统，通过优化设计可以省掉上述用地。空冷平台下仍可布置电气设备等，使空冷凝汽器空间得到有效综合利用。大唐国际云冈热电公司2X200MW直接空冷凝汽器所占面积仅为同规格湿冷系统的四分之三。同时，空冷系统消除了湿冷系统冷却水塔塔顶溢出的雾气团对周围环境的影响。

5、增加了火电厂厂址选择的灵活性，不必担心水资源的变迁、减量与水量加价。

空冷技术对电厂的合理布局，以有限的水资源扩大建厂容量，缓解与当地工农业、生活争水的矛盾，保持当地经济可持续发展具有重要作用。

6、大型燃煤空冷电厂为实施“节水最大化、排放最小化（零排放）”创造条件，具有较

高的社会效益。

二、直接空冷系统的组成

换热管束

风机及驱动装置

排气管道和配汽管道

抽真空系统

疏放水和凝结水系统

仪表和控制系统

空冷平台和支撑结构

三、直接空冷系统功能描述

冷凝过程

空冷凝汽器采用屋顶型结构（或者称为A 型框架结构）。来自汽轮机的乏汽通过主排汽管道和配汽管道输送到翅片管换热器的翅片管道内。冷却空气由位于换热管束下方的轴流风机驱动带走蒸汽携带的热量使蒸汽重新凝结成水。

冷却空气 换热管束 配汽管道

凝结水

凝结水收集联箱

风机 乏汽

平台钢结构

直接空冷系统示意图

换热器通常采用顺流冷凝－逆流冷凝的布置方式，大约70％到85％的蒸汽在通过顺流冷凝换热器时被冷凝成凝结水，凝结水流到底部的蒸汽/凝结水联箱中。其余的蒸汽在逆流管束中被冷凝，蒸汽是从蒸汽/凝结水联箱向上流动的，而凝结水则从冷凝的位置向下流到蒸汽/凝结水联箱中并被排出。这种顺流冷凝－逆流冷凝的布置方式确保了在任何区域内蒸汽都与凝结水有直接的接触，因此将保持凝结水的水温与蒸汽温度相同，从而避免了凝结水的过冷、溶氧和冻害。

从汽轮机到凝结水箱的整个系统都是在真空状态下。由于采用全焊接结构，从而保证整个系统的气密性。由于汽轮机的法兰处不可避免地会有空气漏进冷凝系统中，为了保持系统的真空，在逆流管束的上端未冷凝的蒸汽和空气的混合物将被抽出。通过在逆流管束上端部位的过冷冷却，尽量减少未冷凝蒸汽的含量，从而避免抽出过多的蒸汽。

在不同汽机负荷和环境温度条件下，通过调节流经换热管束的空气流量来控制汽轮机的排汽压力。

换热管束

换热管束是空冷系统的核心部件，换热管束的技术

含量，直接影响了空冷系统效率的高低。目前主流

的空冷管束主要有如下两种

1．单排管

单排管的主要的特点是：

形状扁平，芯管材质为钢，翅片的材质为铝，

因为两者的材质不同，需要用钎焊工艺将两者焊

接在一起，翅片间无扰流片或定距爪

蒸汽侧通流面积大，压损低

适用于冬季高寒地区，可有效避免冰冻问题

易于对管束进行表面清洗

是一种成熟的技术，有成功运行15年的经验

2．多排管

多排管的主要特点是：

芯管材质为钢，翅片的材质为铝或钢，翅片与

芯管之间的连接方式为首先通过绕片或套片工

艺将翅片与芯管连接在一起，然后再采用热浸镀

锌的工艺将两者焊接在一起

翅片间距可变，翅片间有扰流片或定距爪

对不同运行要求的适应性强

钢翅片低于沙尘天气的能力很强

使用高压清洗系统，清洗效果好

是一种成熟的技术，有成功运行40年的经验

风机及驱动装置

轴流风机安装在换热器下面的风机平台上。

每个风机单元由风机，电机和传动机构（齿轮或三角皮带传动）组成，并配有防逆转机构。可以采用双速电机。但为了避免太大的压力波动和/或减少辅机的能耗，通常采用单速电机并利用变频器控制电机的转速。（详见控制和仪表系统说明）

为了降低进风口的空气阻力和气流的噪音，将风机的风筒直接安装在平台的下面。风机的型式可以根据全厂的噪声要求选定。从标准型到极低噪音型均可由不同的生产厂家得到。风机叶片的材质可以选用玻璃纤维增强塑料（FRP）或铝质以适应不同的性能要求。排气管道和配汽管道