徐志民

在我國火力發(fā)電廠一般采用濕冷系統(tǒng)對機組進行冷卻，但隨著經(jīng)濟的發(fā)展，水資源的緊缺，此種傳統(tǒng)的方法受到了限制，近年來隨著直接空冷技術(shù)的日趨成熟，以及直接空冷技術(shù)在大容量機組中運行的實踐經(jīng)驗，有著廣闊的發(fā)展前景，特別對于富煤缺水地區(qū)，它的應(yīng)用更能顯示出優(yōu)越性，它的應(yīng)用將是未來的發(fā)展趨勢。

1.空冷技術(shù)簡介

空冷技術(shù)是指采用空氣來直接或間接地冷卻汽輪機排氣的一種技術(shù)。當今由于大容量火力發(fā)電廠的正常運行需要充足的冷卻水源，同時由于濕冷機組耗水量巨大，產(chǎn)生的廢熱排到江河、湖泊里造成生態(tài)平衡的破壞，而在缺水地區(qū)興建大容量火力發(fā)電廠，就需要采用新的冷卻方式來排除廢熱。

火力發(fā)電廠的排汽冷卻技術(shù)主要分為兩大類：水冷卻和空氣冷卻（簡稱空冷）。發(fā)電廠采用翅片管式的空冷散熱器，直接或者間接用環(huán)境空氣來冷凝汽輪機的排汽，稱為發(fā)電廠空冷。采用空冷技術(shù)的冷卻系統(tǒng)稱為空冷系統(tǒng)。采用空冷系統(tǒng)的汽輪發(fā)電機組稱為空冷機組。采用空冷系統(tǒng)的發(fā)電廠稱為空冷電廠。

發(fā)電廠空冷系統(tǒng)也稱為干冷系統(tǒng)。它相對于常規(guī)發(fā)電廠濕冷系統(tǒng)而言的。常規(guī)發(fā)電廠的濕式冷卻塔是把塔內(nèi)的循環(huán)水以“淋雨”方式與空氣直接接觸進行熱交換的。其整個過程處于“濕”的狀態(tài)，其冷卻系統(tǒng)稱為濕冷系統(tǒng)?？绽浒l(fā)電廠的空冷塔，其循環(huán)水與空氣是通過散熱器間接進行熱交換的，整個冷卻過程處于“干”的狀態(tài)，所以空冷塔又稱干式冷卻塔。

根據(jù)汽輪機排汽凝結(jié)方式的不同，發(fā)電廠的空冷系統(tǒng)可以分為直接空冷系統(tǒng)和間接空冷系統(tǒng)兩大類。

2.直接空冷系統(tǒng)設(shè)備結(jié)構(gòu)組成

直接空冷系統(tǒng)，又稱空氣冷凝系統(tǒng)，汽輪機的排汽直接用空氣來冷凝，冷卻空氣通常用機械通風或自然通風方式供應(yīng)。空冷凝汽器是由兩或三排外表面鍍鋅的橢圓形鋼管外套矩形鋼翅片，或由單排扁平形鋼管，外焊硅鋁合金蛇形翅片的若干個管束組成。這些管束亦稱空冷散熱器。直接空冷系統(tǒng)的流程汽輪機排汽通過排汽管道送到室外的空冷凝汽器內(nèi)，機械通風鼓風式軸流冷卻風機使空氣橫向吹向空冷散熱器外表面，將排汽冷凝成水，凝結(jié)水再經(jīng)泵送回汽輪機的回熱系統(tǒng)。直接空冷系統(tǒng)自汽輪機低壓缸排汽口至凝結(jié)水泵入口范圍內(nèi)的設(shè)備和管道，主要包括：（1）汽輪機低壓缸排汽管道系統(tǒng)；（2）空冷凝汽器；（3）凝結(jié)水系統(tǒng)設(shè)備；（4）抽氣系統(tǒng)設(shè)備；（5）疏水系統(tǒng)設(shè)備；（6）通風系統(tǒng)設(shè)備；（7）直接空冷支撐結(jié)構(gòu)；（8）自控系統(tǒng)設(shè)備；（9）清洗裝置設(shè)備；（10）空冷汽輪機；（11）空冷散熱器；（12）空冷風機。

2.1排汽管道系統(tǒng)

通常排汽管道系統(tǒng)包括：1根排汽管；6個上升管和配汽集管；壓力控制和保護系統(tǒng)；2個安全爆破膜作為另外兩個安裝在汽輪排氣上的爆破膜的補充。這4個爆破膜的總和達到100%至ACC的蒸汽流量。

排汽管道的功用是將汽輪機排汽裝置的乏汽引出室外后向蒸汽分配管道配汽。一般情況下排汽管道自排汽裝置水平引出室外，垂直上升一定高度，然后水平向兩側(cè)延伸、變徑并形成歧管，并與若干列垂直布置的配汽管道相連接。對于有兩根排汽管道的機組，在排汽管道剛性支座上方設(shè)有一根連通管，以平衡兩根排汽管間的壓力，排汽管道的轉(zhuǎn)彎處有導流片，其目的是減小流動阻力。大容量空冷機組排汽管道直徑比較粗，排汽管道從汽機房A列引出后，橫向排汽母管布置，目前有兩種方式，一種為低位布置、一種為高位布置。

2.2空冷凝汽器的冷卻裝置

空冷凝汽器的冷卻裝置是直接空冷系統(tǒng)的重要設(shè)備之一，它的作用是把汽輪機排出的乏汽由空氣凝結(jié)成水。

空冷凝汽器的冷卻裝置一般由以下幾部分構(gòu)成：（1）A型架構(gòu)；（2）冷卻元件；（3）雙排管的構(gòu)成；（4）散熱單元布置。

2.3凝結(jié)水系統(tǒng)

一般凝結(jié)水系統(tǒng)設(shè)備包括冷卻單元組凝結(jié)水聯(lián)箱、凝結(jié)水箱、凝結(jié)水泵組及設(shè)備間的連接管道等。凝結(jié)水系統(tǒng)在直接空冷系統(tǒng)中占有重要的地位，汽輪機低缸的排氣要由凝結(jié)水系統(tǒng)的作用送到回熱系統(tǒng)。對于現(xiàn)代大型空冷機組的凝結(jié)水箱與排汽裝置大致可分為分建和合建兩種型式。凝結(jié)水系統(tǒng)的工作過程一般是冷卻單元下端集水箱，從翅片管束收集的凝結(jié)水自流至平臺地面或以下的熱井，通過凝結(jié)泵再將凝結(jié)水送往凝結(jié)水箱并送回熱力系統(tǒng)。汽機下方的汽輪排氣裝置（他方供貨）收集主凝汽器的凝結(jié)水、給水和部分汽機排汽裝置的汽凝結(jié)水：位于凝結(jié)水管線上的水回路可以避免汽輪排氣裝置的任何蒸汽回流。在停機期間，水回路通過小孔徑管道進行疏水，避免在寒冷的季節(jié)結(jié)冰。

2.4抽氣系統(tǒng)

抽氣系統(tǒng)在直接空冷系統(tǒng)中的作用也是很重要的。直接空冷系統(tǒng)為了將龐大的真空系統(tǒng)內(nèi)的不凝結(jié)氣體排出系統(tǒng)，需設(shè)置抽氣系統(tǒng)來保證機組的背壓和凝結(jié)水水質(zhì)。在引入蒸汽用于冷凝之前，必須從凝汽器中排出不可冷凝氣體，為了啟動的原因?qū)⑻峁?臺33%的抽真空器。每一臺抽真空器的設(shè)計名義參考為207.3公斤/小時空氣及蒸汽。當“啟動”時，要求盡快降壓。在這種情況下，要求所有三臺抽真空器在30分鐘內(nèi)從大氣壓強降至350mbar（a）或者在最多60分鐘內(nèi)從大氣壓強降至160mbar（a）。同時在啟動時輔助蒸汽將注入除氧器以實施啟動時的凝結(jié)水除氧。

3.直接空冷系統(tǒng)的工作原理及流程

直接空冷系統(tǒng)，又稱空氣冷凝系統(tǒng)。其工作原理是汽輪機排汽經(jīng)粗大排汽管道送至室外布置的空氣凝汽器的翅片管束中，冷卻空氣（通常由機械通風方式供應(yīng)）在翅片管外流動將管內(nèi)的排汽凝結(jié)，得到的凝結(jié)水由凝結(jié)水泵送至回熱系統(tǒng)。

其流程如下所示。

（1）鍋爐；（2）過熱器；（3）汽輪機；（4）空冷凝汽器；（5）凝結(jié)水泵；（6）凝結(jié)水精處理裝置；（7）凝結(jié)水升壓泵；（8）低壓加熱器；（9）除氧器；（10）給水泵；（11）高壓加熱器；（12）汽輪機排汽管道。

4.直接空冷系統(tǒng)的特點

直接空冷系統(tǒng)的特點是：不需要冷卻水等中間冷卻介質(zhì)，設(shè)備少，系統(tǒng)簡單，基建投資較少，占地少，空氣量的調(diào)節(jié)靈活，冬季防凍措施比較可靠，汽輪機排汽直接在冷卻元件內(nèi)凝結(jié)，傳熱溫差大。但這種系統(tǒng)由于排汽管道直徑很大，如馬丁巴電廠汽輪機排汽，采用兩根Φ5m的排汽管道，真空系統(tǒng)體積大，范圍廣，密封困難，易漏入空氣，維持排汽管內(nèi)的真空困難，啟動時抽真空時間長，運行背壓高，機組效率低，對采用機力通風的系統(tǒng)，廠用電率也較高。

5.提高可靠經(jīng)濟性的應(yīng)對措施

風速會影響到空冷凝汽器的回流率、冷卻性能、壓力變化，同時橫向風會影響到空冷凝汽器單元流場的特性，熱風再循環(huán)還會影響凝汽器的壓力，針對這些影響，可采取加裝擋風墻，并且在現(xiàn)有擋風墻的基礎(chǔ)上，將擋風墻向下延伸，空冷風機配置較大容量的電動機，改進空冷系統(tǒng)的設(shè)計，完善空冷系統(tǒng)的監(jiān)控手段等措施來預防風速對空冷凝汽器的影響，使直接空冷機組安全經(jīng)濟地運行。

雖然直接空冷技術(shù)有著廣闊的發(fā)展前景，但就目前我國電力工業(yè)的發(fā)展來看，直接空冷技術(shù)還不完善，還存在一些問題，特別是環(huán)境條件對空冷凝汽器影響的問題，在環(huán)境條件中風速的影響更普遍，這些問題都很嚴重，所以這都有待于進一步的改善。

縱觀我國電力工業(yè)發(fā)展的前景和形勢，應(yīng)盡快引進國外一些先進的直接空冷技術(shù)和設(shè)備，形成我國自己制造直接空冷系統(tǒng)設(shè)備的能力已成為當務(wù)之急，直接空冷技術(shù)將在我國得到廣泛的應(yīng)用與發(fā)展，我相信不久直接空冷技術(shù)將會遍及全球。 [科]