[科普中國]-電站空冷系統(tǒng)

電站空冷系統(tǒng)的作用是使用空氣而不是水冷凝汽系統(tǒng)作為火力發(fā)電廠蒸汽輪機(jī)的冷端，將蒸汽輪機(jī)低壓缸內(nèi)做功后的乏汽冷凝成為凝結(jié)水，從而完成一個做功循環(huán)而進(jìn)入下一個做功循環(huán)。

概述發(fā)電廠空冷系統(tǒng)是指汽輪機(jī)的冷卻系統(tǒng)以空 氣作為冷卻介質(zhì)，有干式冷卻塔或機(jī)力通風(fēng)設(shè)備的空冷散熱器的閉式循環(huán)系統(tǒng)。電廠空冷系統(tǒng)有三種：直接空冷系統(tǒng)、帶混合式凝汽器的間接空冷系統(tǒng)、帶表面式凝汽器的間接空冷系統(tǒng)。

分類一、直接式空冷冷卻冷凝系統(tǒng)(直接空冷系統(tǒng))

汽輪機(jī)排放的尾汽通過大型的輸汽管道，被輸送到空冷散熱 器的翅片管內(nèi)，冷空氣吸收了蒸汽在翅片管內(nèi)壁冷凝所釋放的熱 量，并直接把熱量排放到周圍的大氣中，這樣在翅片管中，低壓蒸 汽得到了冷凝，在重力作用下，這種冷凝液流入凝結(jié)水箱，再從凝 結(jié)水箱用泵把它抽回電站系統(tǒng)，由于空氣側(cè)所采用的通風(fēng)手段不 同，所以在電站空氣冷卻系統(tǒng)中，又分為強(qiáng)迫通風(fēng)直接空冷系統(tǒng) 和自然通風(fēng)直接空冷系統(tǒng)。 直接空冷系統(tǒng)主要特點(diǎn)是：

1)背壓高；

2)由于強(qiáng)制通風(fēng)的風(fēng) 機(jī)，使電耗大；

3)強(qiáng)制通風(fēng)的風(fēng)機(jī)產(chǎn)生噪聲大；

4)鋼平臺占地，要 比鋼筋混凝土塔??；

5)效益要比間接冷卻系統(tǒng)大30%左右，散熱 面積要比間接冷卻小30%左右；

6)造價相對經(jīng)濟(jì)。

二、間接空冷系統(tǒng)

因為間接空冷系統(tǒng)所采用的凝汽器不同，使得間接空冷系統(tǒng) 中又分為表面式凝汽器間接冷卻系統(tǒng)和混合式凝汽器間接冷卻 系統(tǒng)。常用的表面式和噴射式凝汽器通常直接安裝在汽輪機(jī)下 面，被汽輪機(jī)尾汽加熱后的水被泵到冷卻塔內(nèi)，通過大量的空冷 散熱器中的翅片管與塔內(nèi)流動的空氣換熱，被周圍的空氣冷卻， 最后再流回凝汽器中。因為不需要鼓風(fēng)機(jī)，也不需要冷卻水中有 特殊的物質(zhì)，更無需安裝塔頂水泵，所以這種系統(tǒng)在這方面顯示 出了它的優(yōu)越性。

三、濕冷系統(tǒng)和干濕冷混合系統(tǒng)

電站濕冷機(jī)組的冷卻循環(huán)系統(tǒng)是由常用的表面式凝汽器和 湖水或河流組成，或由表面式凝汽器和自然通風(fēng)濕冷塔組成。表面式凝汽器(湖、水)水冷系統(tǒng)由于熱污染嚴(yán)重而受到環(huán)境 保護(hù)部門越來越多的限制，取而代之的，更為普遍的形式是采用 表面式凝汽器自然通風(fēng)濕冷系統(tǒng)，但這種形式由于熱水暴露在空 氣中，蒸發(fā)量大而使得這種系統(tǒng)對補(bǔ)充水量的需求也很大，在缺 水地區(qū)，補(bǔ)充水的供給就成了這種系統(tǒng)難以彌補(bǔ)的缺陷。在某些 情況下，設(shè)計師也采用干/濕混合系統(tǒng)以彌補(bǔ)濕冷系統(tǒng)的不足，但 水質(zhì)的問題仍然需花費(fèi)昂貴的資金購買水處理設(shè)備。1

空冷系統(tǒng)比較1、系統(tǒng)運(yùn)行的比較

表面式間接空冷系統(tǒng)除空冷散熱器外，由于與濕冷系統(tǒng)較接近，運(yùn)行人員較熟悉，運(yùn)行時主要應(yīng)控制水壓及水質(zhì)，系統(tǒng)中投運(yùn)的設(shè)備少(只有循環(huán)水泵)，要調(diào)整的項目較少，因此系統(tǒng)較為簡單，設(shè)備故障率低。應(yīng)該說這種系統(tǒng)最簡單，最易運(yùn)行。混合式間接空冷系統(tǒng)由于采用混合式凝汽器，使系統(tǒng)和運(yùn)行都增加了復(fù)雜性。直接空冷系統(tǒng)較為簡單，由于采用機(jī)力通風(fēng)冷卻，在運(yùn)行操作時增加了對風(fēng)機(jī)的控制技術(shù)，風(fēng)機(jī)的調(diào)整控制雖較為復(fù)雜，但較易于掌握，不是運(yùn)行的難點(diǎn)，而控制技術(shù)的設(shè)計。

2、防凍方面的比較

應(yīng)該說空冷系統(tǒng)都存在如何防凍的問題。表面式間接空冷系統(tǒng)采用翅片橢圓型鋼管，這種結(jié)構(gòu)有利于防凍，另外發(fā)現(xiàn)結(jié)冰后還可采取化冰措施。直接空冷系統(tǒng)也采用翅片橢圓型鋼管，同時在管束布置時，采用順流和逆流按比例布置，因此較好地解決了防凍問題，使這種系統(tǒng)在防凍方面優(yōu)于間接空冷系統(tǒng)。

2、嚴(yán)密性比較混合式間冷系統(tǒng)是用循環(huán)水泵將凝結(jié)水經(jīng)空

冷塔散熱器送至凝汽器噴嘴，與汽輪機(jī)排汽混合，系統(tǒng)嚴(yán)密性較差。表面式間冷系統(tǒng)的特點(diǎn)之一是完全封閉的循環(huán)系統(tǒng)，與濕冷電廠一樣，只與凝汽器和真空系統(tǒng)有關(guān)，而不受冷卻系統(tǒng)的影響。直接空冷系統(tǒng)由于排汽系統(tǒng)都是真空系統(tǒng)，體積大，易漏人空氣，并且不易找漏，因此，這種系統(tǒng)在設(shè)計及安裝時要采用更嚴(yán)格的措施。2

電站空冷系統(tǒng)的工業(yè)運(yùn)用由于采用空冷系統(tǒng)與常規(guī)濕冷系統(tǒng)相比，可節(jié)水3/4以上，世界上一些富煤缺水地區(qū)相繼為30、60萬千瓦級的大容量汽輪發(fā)電機(jī)組配置了空冷系統(tǒng)，當(dāng)今世界上最大的空冷機(jī)組單機(jī)容量：直接空冷機(jī)組為南非馬丁巴發(fā)電廠(66.5萬千瓦)；具有表面式凝汽器的間接空冷機(jī)組為南非肯達(dá)爾發(fā)電廠(68.6萬千瓦)；具有混合式凝汽器的間接空冷機(jī)組為伊朗(32.5萬千瓦)。 2002年之前，國內(nèi)僅有大同二電廠2×20萬千瓦、太原二電廠2×20萬千瓦和內(nèi)蒙豐鎮(zhèn)電廠4×20萬千瓦三個電廠，8臺大型間接空冷機(jī)組投入運(yùn)行。其中大同、太原電廠的間接空冷機(jī)組從國外進(jìn)口，內(nèi)蒙豐鎮(zhèn)電廠的間接空冷機(jī)組由哈爾濱空調(diào)股份有限公司提供。從2002年之后，大型電站空冷市場才開始在國內(nèi)全面啟動，據(jù)初步統(tǒng)計，截至2005年9月份，已招標(biāo)開工的30萬千瓦以上項目20余個、總裝機(jī)容量超過2200萬千瓦，哈爾濱空調(diào)股份有限公司承擔(dān)7個項目，共420萬千瓦，其余項目皆被德國GEA公司和美國SPX（斯必克）公司中標(biāo)。此外，德國GEA公司和美國SPX在國際上分別占領(lǐng)了全球空冷市場份額的60%和35%。 哈爾濱空調(diào)股份有限公司作為國內(nèi)目前唯一有條件設(shè)計和制造空冷系統(tǒng)的企業(yè)，在2002年以前，只生產(chǎn)過20萬千瓦以下的間接空冷系統(tǒng)。但此后新建電廠基本選用單機(jī)功率30～60萬千瓦級的大型機(jī)組，且普遍采用直接空冷系統(tǒng)。為盡快實現(xiàn)大型電站空冷系統(tǒng)國產(chǎn)化，國務(wù)院副總理曾培炎先后兩次做出批示，在有關(guān)部門的大力協(xié)調(diào)和支持下，中電投集團(tuán)公司和華能北方對大型電站空冷系統(tǒng)國產(chǎn)化給予了充分的支持和信任，2004年，哈爾濱空調(diào)股份有限公司獲得了通遼三期60萬千瓦和烏拉山30萬千瓦機(jī)組直接空冷系統(tǒng)的訂單，日前，烏拉山電站直接空冷系統(tǒng)已投入運(yùn)行。這一成果不僅打破了國外公司在此領(lǐng)域近70年的壟斷局面，我國也成為世界上繼美、德之后第三個全面掌握此項技術(shù)的國家。

空冷系統(tǒng)選擇a)氣溫條件。在嚴(yán)寒地區(qū)，宜優(yōu)先考慮采用直接空冷系統(tǒng)，嚴(yán)寒地區(qū)是指多年最冷月平均氣溫低于一10℃的地區(qū)。經(jīng)綜合比較后，如確需采用間接空冷系統(tǒng)，特別是極其寒冷地區(qū)，需重點(diǎn)研究防凍措施。

b)風(fēng)場、風(fēng)速條件。在風(fēng)場流態(tài)較穩(wěn)定的地區(qū)，宜采用直接空冷系統(tǒng)；當(dāng)主導(dǎo)風(fēng)向不明顯或風(fēng)向?qū)χ苯涌绽淇傮w布置極不合理時，宜采用間接空冷系統(tǒng)。當(dāng)環(huán)境風(fēng)速較大時，兩種空冷型式均町采用。由于基本風(fēng)壓較大，間冷塔的投資會較大，須與直接空冷系統(tǒng)采取防風(fēng)措施的投資比較后確定空冷系統(tǒng)型式，一般情況下，由于間接空冷系統(tǒng)受風(fēng)的影響比直接空冷系統(tǒng)相對要小，建議優(yōu)先考慮間接空冷系統(tǒng)。風(fēng)場穩(wěn)定是指多年全年或夏季的主導(dǎo)風(fēng)向明顯且頻率較高，單從風(fēng)向資料因素考慮是非常適宜采用直接空冷的。但這并不意味著不能采用間接空冷系統(tǒng)，還需結(jié)合其他條件綜合分析。

c)場地條件。受電廠場地條件限制、無法布置較大的間冷塔時，宜采用直接空冷系統(tǒng)。當(dāng)只能采用直接空冷系統(tǒng)時，若風(fēng)向、風(fēng)速對空冷系統(tǒng)影響較大時。需重點(diǎn)研究防治環(huán)境風(fēng)的措施。

d)噪音條件。受周圍環(huán)境條件限制(如距離居民區(qū)較近)，噪音標(biāo)準(zhǔn)要求很高，如采用直接空冷系統(tǒng)降噪措施造價較高、經(jīng)濟(jì)上不合理時或者根本無法滿足要求時，應(yīng)采用間接空冷系統(tǒng)。

e)燃煤價格條件。經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，燃煤價格高于直冷、間冷經(jīng)濟(jì)性相當(dāng)?shù)呐R界煤價時，宜采用間接空冷系統(tǒng)。

f)機(jī)組夏季安全運(yùn)行條件。由于直接空冷受環(huán)境風(fēng)影響比間接空冷大，大風(fēng)高溫時負(fù)荷波動較大且有可能造成機(jī)組跳閘，業(yè)主對項目今后機(jī)組夏季運(yùn)行的安全性要求嚴(yán)格的宜優(yōu)先采用間接空冷系統(tǒng)。

g)電站建設(shè)急緩條件。間接空冷系統(tǒng)由于大型冷卻塔施工周期較長，如果項目為滿足盡快解決缺電局面，要求機(jī)組建設(shè)速度較快的宜優(yōu)先采用直接空冷系統(tǒng)。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

李雪梅 - 副教授 - 西南大學(xué)