对直接空冷技术问题的探讨

摘 要：空气较之水资源，更容易获取，资源也更为广泛，因此在冷却介质的选择上，空气因其低成本、广资源的特点将逐渐替代水，直接空冷技术在这样的形势下应运而生。

关键词：直接空冷；空气冷凝器；空冷技术；节水技术

中图分类号：TU83 文献标识码：A

1 直接空冷技术简介

1.1 直接空冷系统的组成部分

直接空冷系统主要由以下几部分组成：①空冷凝汽器系统。主要有椭圆翅片管束，蒸汽分配管，上、下管束联箱，以及支撑管束的钢构架组成。②空气供应系统。包括调速风机，电动机，减速箱，整流罩，保护网等。③排汽管道系统。排汽管道系统包括由汽轮机排气阀到空冷凝器蒸汽分配管之间的管道及管道上所安装的膨胀补偿器、隔断阀、安全阀、爆破阀等附属设备。④凝集水系统。主要包括空冷凝汽器的汇水管，凝结水箱，凝结水泵等。⑤抽空气系统。由真空泵、其他抽气器及相应管道组成。⑥空气冷凝器清洗系统。主要包括高压水泵及清洗管道等。

1.2 直接空冷技术的优点

直接空冷技术相对于其它冷却技术有以下几个优点：

①节水：空冷机组比水冷机组节水一半以上。②冷却介质：空气可免费获取，无附加费用，并且资源丰富。③厂址：无特殊限制。④维护费用：空冷机组为水冷机组的三分之一。⑤环保：废水可实现零排放，无汽水飘滴现象，对周围电气设备无影响。

1.3 直接空冷技术的缺点

直接空冷技术存在以下几个缺点：

①空冷系统体积庞大，占地面积要比水冷高出很多。②空冷散热器易受气温、大风、降雨等环境因素影响。③空冷散热器不能靠近大型建筑物，易形成热风再循环。④空冷散热器要求采用制造工艺较高的翅片管。⑤空冷造价要较水冷高出两倍还多。⑥热耗率较高。

1.4 直接空冷系统的其它特点

除上述优缺点外，直接空冷系统还具有如下几个特点：

①汽轮机背压变幅大；②电厂整体占地面积小；③耗能大；④冬季防冻措施比较灵活可靠。

2 直接空冷技术若干问题探讨

截至目前，直接空冷技术已经得到了广泛的应用，但是其中仍然存在一些问题，需要对其不断的创新、研究、改革。

2.1 关于换热面积的问题

直接空冷凝汽器在夏天由于受到高气温的影响，出力大大降低，为改善这一状况，使直接空冷机组能够在高温的夏季满发，需加大的空冷凝汽器换热面积，但是这样又会导致冷却系统的成本增加。鉴于直接空冷机组的这一特点，电网调度应因地制宜，针对其特点做全局统筹调度，不强求其全年的满发小时数。当前，直接空冷机组的额定功率设计背压一般为30KPa左右。

2.2 关于受大风影响的问题

直接空冷系统对不同的风向和风速感应的比较敏感，当风的速度超过三米每秒时，直接空冷系统的散热效果就会受到很大的影响，当风的速度超过六米每秒时，不同的风向会对直接空冷系统形成热回流，导致风机效率降低。为了最大程度的降低大风对空冷系统的影响，在设计时要对夏季高温时段最大风速的风向进行研究，以便空冷系统在布置时对此风向避开，同时还需加设挡风墙，降低大风的影响。

2.3 关于降低噪音的问题

为了使直接空冷器不扰民，就要降低空冷系统风机的噪声，而达到这一目的所采用的手段是，降低空冷器迎风面风速及增加空冷器换热面积。由此可见，空冷系统中对噪声的控制需付出相当大的成本代价，据估算我国直接空冷凝汽器造价因对噪声问题的处理需增加三分之一的成本。另外，直接空冷器迎风面风速较低会使其抗大风影响的能力大大减弱，而为了保证机组的安全，就要留有足够的背压来抵御突袭的大风，严重影响机组出力。目前，我国建成在用的直接空冷凝汽器迎风面风速一般都是在两米每秒以下，而行业专家给出的意见是直接空冷器迎风面风速要在2.5米每秒左右。对噪音问题的解决办法，除了加快风机制造企业研发生产低噪声风机的步伐外，还可将电厂等需应用空冷机组的行业建立在远离居民区的地区，这样就可适当放宽噪声的要求，以降低投资成本，增加机组夏季出力。

2.4 关于热风回流的问题

热风回流的产生是由于冷凝器在冷却时进行热交换，使机组附近的空气被加热，而被加热的空气会受到环境或风向以及多种因素的影响，被风机再次吸入并冷却压缩，尤其是上风处有热源的时候，这种热回流现象尤为严重，这种热风回流现象提高了进入空冷凝汽器的冷空气温度，导致了空冷凝汽器冷却能力的下降，有时会在很短时间内造成汽轮机背压急剧升高从而损坏设备或者造成机组跳闸。由于机组的特性及环境的因素，减少热风回流的措施目前为止，只有采用有效的空冷凝器的布置，尽量减少热风重新被风机吸入。

2.5 夏季空冷机组出力达不到设计值的问题

部分机组通过在换热单元的空气入口处加装喷淋装置实现降温增湿的功能，但由于影响因素过多使目标不易实现，所以成功例子较少。也有部分机组在夏季最高气温条件下，以连续投后汽缸减温水或不断向系统补入除盐水以降温方式维持。但若长期进行排气缸喷淋，会对机组的叶片铆钉和平衡块造成冲刷，若冲刷不均，会破坏机组的平衡性，造成高速运行时震动增大对机组造成严重后果。

2.6 关于防冻蝶阀设置的问题

防冻蝶阀具有隔离冷却单元、使热负荷集中的能力以及使凝汽器运行灵活防冻能力强等优点，因此可以有效解决由于凝结水过冷导致凝汽器冻结而造成的设备损坏问题，但是防冻蝶阀价格过于昂贵，大量使用虽可以解决上述问题却会增加投资，解决方式为可以再机组启动初期投用旁路，来协调启动初期进气量与冷凝器防冻热负荷的矛盾。

结语

我国是一个干旱缺水严重的国家，在对待水资源的问题上，既要开源，更要节流，为保证社会的可持续发展要尽最大努力去保护生态，节约资源。由于直接空冷机组冷却的初始温差大，系统不需要循环水，可以节省大量的水资源，目前，我国的火电厂等工业上已广泛采用直接空冷系统，但是直接空冷系统也存在许多现实问题，随着对直接空冷技术的研究及各项技术的不断发展创新，直接空冷系统将会日趋完善。

参考文献

[1]邱丽霞，郝艳红，李润林.直接空冷汽轮机及其热力系统[M].北京：中国电力出版社，2006.

[2]马义伟.空冷器的设计与应用[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1998.

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