摘要：汽輪機(jī)冷端系統(tǒng)是電廠重要的輔助系統(tǒng)，主要作用是冷卻在汽輪機(jī)中做完功的乏汽，影響到火力發(fā)電廠汽輪機(jī)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。從國(guó)家的節(jié)能減排政策和節(jié)約用水兩方面考慮，對(duì)于冷端系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化對(duì)火力發(fā)電廠發(fā)展是至關(guān)重要的，文章對(duì)汽輪機(jī)冷端系統(tǒng)—空冷系統(tǒng)進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)冷端系統(tǒng)；空冷系統(tǒng)；發(fā)電廠；冷卻原理；散熱器翅片 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TK264 文章編號(hào)：1009-2374（2015）21-0072-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.21.036

1 概述

我國(guó)南方水資源較豐富，但中西部地區(qū)水資源比較匱乏，隨著中西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，水資源逐漸成為制約我國(guó)中西部地區(qū)發(fā)展的重要因素。火電機(jī)組采用空冷技術(shù)后，電廠的耗水量比濕式循環(huán)冷卻系統(tǒng)耗水量要降低75%～85%，節(jié)水效果十分顯著。

隨著我國(guó)中西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，意識(shí)到節(jié)約用水對(duì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和發(fā)展的重要性，近年來(lái)我國(guó)中西部地區(qū)許多火電機(jī)組采用直接空氣冷卻系統(tǒng)，發(fā)電廠的發(fā)電成本和發(fā)電用水大幅降低，直接空氣冷卻系統(tǒng)得到了推廣和應(yīng)用。但目前我國(guó)直接空氣冷卻系統(tǒng)機(jī)組在這方面還處于摸索和起步階段。因此，國(guó)內(nèi)直接空氣冷卻系統(tǒng)機(jī)組設(shè)備的制造和研發(fā)，需要通過(guò)各火力發(fā)電廠在安裝、調(diào)試、實(shí)際運(yùn)行中收集的各項(xiàng)數(shù)據(jù)和積累的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)直接空氣冷卻系統(tǒng)不斷進(jìn)行技術(shù)革新，為火力發(fā)電產(chǎn)機(jī)組的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行做出貢獻(xiàn)。

2 發(fā)電廠空冷系統(tǒng)的方式

2.1 直接空氣冷卻系統(tǒng)

直接空氣冷卻系統(tǒng)，又稱為直接空氣冷卻凝結(jié)系統(tǒng)。汽輪機(jī)作完功的乏汽經(jīng)排汽大管道送至布置在室外的空氣凝汽器的空冷散熱器中，由冷卻風(fēng)扇將空氣送至空冷散熱器外流動(dòng)，冷卻管內(nèi)的排汽，使排汽凝結(jié)成水，冷凝的凝結(jié)水再由凝結(jié)水泵送至熱力系統(tǒng)中進(jìn)行

循環(huán)。

2.2 間接空氣冷卻系統(tǒng)

由于直接空氣冷卻系統(tǒng)在環(huán)境空氣溫度變化時(shí)對(duì)汽輪機(jī)的排汽背壓影響較大，對(duì)機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行存在一定的隱患。近年來(lái)部分火電機(jī)組采用濕冷與直接空冷相結(jié)合的間接空氣冷卻系統(tǒng)。根據(jù)結(jié)構(gòu)和型式不同的凝汽器及所采用冷卻介質(zhì)的不同，間接空氣冷卻系統(tǒng)可分為以下三類(lèi)：

2.2.1 汽輪機(jī)做完功的乏汽與冷卻水混合換熱的間接空氣冷卻系統(tǒng)。汽輪機(jī)做完功的乏汽排入混合式凝汽器中，與進(jìn)入混合式凝汽器的冷卻水（除鹽水）混合，冷卻水帶走乏汽的熱量，乏汽遇到溫度低的冷卻水凝結(jié)成凝結(jié)水。部分凝結(jié)水與除鹽水混合的水，用凝結(jié)水泵送至熱力系統(tǒng)中進(jìn)行循環(huán)。絕大部分凝結(jié)水與除鹽水混合的水用循環(huán)水泵送到間接冷卻塔中的散熱器內(nèi)，由空氣進(jìn)行自然冷卻，冷卻后的水再次進(jìn)入混合式凝汽器中進(jìn)行循環(huán)。

2.2.2 汽輪機(jī)做完功的乏汽與冷卻水表面換熱的間接空氣冷卻系統(tǒng)。這種空冷系統(tǒng)與傳統(tǒng)的濕冷系統(tǒng)相似，汽輪機(jī)做完功的乏汽排入表面式凝汽器內(nèi)，乏汽流過(guò)凝汽器中不銹鋼管與管內(nèi)流動(dòng)的冷卻水進(jìn)行表面換熱，乏汽冷凝后，用凝結(jié)水泵送至熱力系統(tǒng)中進(jìn)行循環(huán)。管內(nèi)流動(dòng)的冷卻水帶走熱量，通過(guò)循環(huán)泵升壓后，送入間冷塔內(nèi)的熱水環(huán)管，通過(guò)熱水環(huán)管將熱水再送入間冷塔四周布置的空冷散熱片中，雙曲線構(gòu)造設(shè)計(jì)的間冷塔通過(guò)自抽力，將塔外的冷空氣抽入塔內(nèi)，空冷散熱器中與空氣對(duì)流換熱。溫度降低的冷卻水通過(guò)冷水環(huán)管，重新進(jìn)入凝汽器中冷卻汽輪機(jī)排出的乏汽。

2.2.3 采用冷卻劑的間接空冷系統(tǒng)。這種冷卻方式是通過(guò)低沸點(diǎn)工質(zhì)（如氟里昂等）代替水作為中間冷卻介質(zhì)。低沸點(diǎn)冷卻介質(zhì)與空氣進(jìn)行熱交換可以省去循環(huán)水泵，系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，傳熱性能好，但冷卻劑價(jià)格昂貴，還有一些其他問(wèn)題有待進(jìn)一步解決。

3 直接空氣冷卻機(jī)組的特點(diǎn)和系統(tǒng)組成

目前，隨著直接空冷技術(shù)的不斷成熟，直接空冷機(jī)組得到較廣泛的應(yīng)用，我國(guó)哈爾濱空調(diào)股份有限責(zé)任公司已經(jīng)制造出300MW級(jí)機(jī)組空冷塔，實(shí)現(xiàn)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化，使空冷造價(jià)降低，對(duì)直接空冷的廣泛應(yīng)用起到了良好的推動(dòng)作用。因此，結(jié)合筆者工作實(shí)際，主要對(duì)直接空冷機(jī)組運(yùn)行中真空的影響因素和相應(yīng)的處理措施進(jìn)行

探討。

3.1 直接空氣冷卻系統(tǒng)的冷卻原理

汽輪機(jī)做完功的乏汽進(jìn)入排氣裝置，通過(guò)大排汽管將乏汽送入各列散熱器的蒸汽分配管，乏汽流進(jìn)散熱器后，在散熱器的管排中乏汽從上至下流動(dòng)，散熱器外的空氣由布置在散熱器下的冷卻風(fēng)扇從下至上流動(dòng)，散熱器中的乏汽與空氣經(jīng)過(guò)表面換熱，乏汽冷凝成凝結(jié)水，進(jìn)到匯集凝結(jié)水排入排汽裝置下部的熱水井，由凝結(jié)水泵送至熱力系統(tǒng)中進(jìn)行循環(huán)。空氣換熱獲得的熱量，直接排到環(huán)境中。

3.2 直接空氣冷卻系統(tǒng)的組成

直接空冷系統(tǒng)主要由排汽裝置和室外的空冷島組成。排汽裝置主要由大排汽管道、凝結(jié)水匯集聯(lián)箱、熱水井、熱工儀表等組成?？绽鋶u蒸汽分配管及空冷器散熱器，凝結(jié)水、抽空氣管道、空冷變頻風(fēng)機(jī)、空冷風(fēng)機(jī)平臺(tái)以、擋風(fēng)墻及散熱器清洗裝置。另外系統(tǒng)還配備了自動(dòng)化程度較高的控制系統(tǒng)和安全保護(hù)裝置。

4 直接空冷機(jī)組真空的影響因素和處理

在直接空冷系統(tǒng)中，熱交換面積確定后，對(duì)于空冷機(jī)組真空的影響因素有排汽裝置及空冷散熱器泄漏、真空泵運(yùn)行不正常、疏水泵工作失常導(dǎo)致排汽裝置水位過(guò)高、低壓缸軸封密封不嚴(yán)等因素外，還決定于以下

因素：

4.1 空氣流量

直接空冷島常用機(jī)械強(qiáng)制通風(fēng)，空氣在風(fēng)機(jī)作用下由空冷島下部流經(jīng)空冷散熱器向上流出，如果空氣流量過(guò)小，也就是空氣流速小，在相同的環(huán)境溫度下，換熱量減少，影響排汽的凝結(jié)，從而影響機(jī)組真空。

4.2 環(huán)境溫度

大氣干球溫度影響空冷機(jī)組的散熱能力，從而影響機(jī)組真空。尤其在夏季氣溫較高時(shí)，空冷機(jī)組因真空較低而嚴(yán)重影響帶負(fù)荷能力，此時(shí)除了增大空氣流量外，可采用噴濕的方法在一定程度上提高真空。

4.3 散熱器翅片的清潔程度

當(dāng)散熱器翅片表面臟污嚴(yán)重時(shí)，就會(huì)在散熱器表面形成一層熱阻，影響空冷島的換熱順利進(jìn)行，從而影響機(jī)組真空。此時(shí)，要通過(guò)進(jìn)行空冷島散熱器翅片的清洗來(lái)降低熱阻，提高真空。因散熱器內(nèi)是品質(zhì)較好的汽輪機(jī)排汽，所以散熱器翅片內(nèi)部不會(huì)結(jié)垢臟污，只需在運(yùn)行中定期進(jìn)行散熱器外部清洗即可。

4.4 直接空冷系統(tǒng)的嚴(yán)密性

直接空冷機(jī)組的真空系統(tǒng)龐大，在設(shè)備安裝工程中一定要做好安裝質(zhì)量檢查和驗(yàn)收工作。設(shè)備全部安裝結(jié)束后，應(yīng)對(duì)直接空冷系統(tǒng)進(jìn)行打風(fēng)壓試驗(yàn)，在試驗(yàn)過(guò)程中做好組織工作，做到每一個(gè)焊接口、每一個(gè)連接法蘭必須檢查到位，以避免機(jī)組運(yùn)行中發(fā)生真空系統(tǒng)泄漏事件，影響機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。機(jī)組正常投運(yùn)后，要加強(qiáng)設(shè)備及系統(tǒng)的日常維護(hù)，按要求定期進(jìn)行機(jī)組的真空嚴(yán)密性試驗(yàn)，試驗(yàn)不合格，應(yīng)立即進(jìn)行分析和進(jìn)行真空系統(tǒng)查漏，發(fā)現(xiàn)泄露點(diǎn)及時(shí)消除。

另外，在我國(guó)西北地區(qū)，冬季最低氣溫已達(dá)到-30℃，由于直接空冷機(jī)組的散熱片均布置在室外，且直接空冷系統(tǒng)自身的特點(diǎn)，如果在運(yùn)行中控制不當(dāng)，很有可能造成空冷散熱器“凍結(jié)”。

空冷散熱器在相對(duì)穩(wěn)定工況下，散熱器底部排管先與冷空氣相接觸，散熱器頂部排管后與冷空氣相接觸，底部、頂部排管的蒸汽冷凝區(qū)分配是不相同的。如果散熱器頂部管排的冷凝過(guò)程會(huì)在管子末端結(jié)束，而散熱器底部管排首先與冷空氣相接觸，排汽冷凝過(guò)程會(huì)在管子中間的某一位置結(jié)束，其余底部管排就形成排汽冷卻區(qū)。在此冷卻區(qū)內(nèi)，凝結(jié)水溫度急劇下降，造成凝結(jié)水過(guò)冷，若此時(shí)室外溫度下降較快，很容易造成空冷散熱器“凍結(jié)”。

另外，在汽輪機(jī)在變工況運(yùn)行時(shí)，做完功的乏汽量也隨著發(fā)生變化，若不及時(shí)調(diào)整空冷風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，造成散熱器內(nèi)的乏汽過(guò)度冷卻，將會(huì)造成排空氣管管口出現(xiàn)“冰絮”，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行造成部分管束堵塞，管內(nèi)流體發(fā)生停滯。在環(huán)境溫度較低的情況下就會(huì)發(fā)生散熱器“凍結(jié)”。

當(dāng)管子“凍結(jié)”后，散熱器換熱面積減少，因此引起機(jī)組真空降低。嚴(yán)重時(shí)會(huì)凍裂散熱器使空氣漏入，造成真空急劇下降。

總之，運(yùn)行中要嚴(yán)密監(jiān)視空冷機(jī)組真空，發(fā)現(xiàn)真空降低時(shí)要根據(jù)規(guī)定及時(shí)降負(fù)荷，同時(shí)分析真空降低的原因，采取相應(yīng)的措施。在大風(fēng)天氣要做好應(yīng)對(duì)熱風(fēng)再循環(huán)的事故預(yù)想，夏季保證散熱器翅片的清潔，冬季做好防凍措施，確保機(jī)組穩(wěn)發(fā)、滿發(fā)，安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

作者簡(jiǎn)介：劉東（1972-），男，甘肅永昌人，甘肅電投金昌發(fā)電有限責(zé)任公司工程師，研究方向：熱能動(dòng)力設(shè)備。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）