空冷系统在发电厂中的应用

【摘要】本文介绍了空冷系统在发电厂的应用情况，并分析了直接空冷、哈蒙式间接空冷系统、海勒式混合空冷系统的优、缺点及未来发展趋势。

【关键词】发电厂；空冷系统；直接空冷；哈蒙式间接空冷；海勒式混合空冷

随着大容量、高参数汽轮发电机组不断增加，火力发电厂在需求大量煤炭的同时，也需要充足的冷却水源，而我国水资源的时空分布极不平衡，特别是我国的东北、华北、西北地区，煤炭资源丰富，但水资源十分贫乏，其年平均产水规模尚不足全国平均数的1/3，水资源的贫乏增加了将丰富的煤炭资源就地转化成为电力的困难。这就需要采用新的冷却方式来排除废热，来解决在“富煤缺水”地区或干旱地区建设火力发电厂问题。

发电厂采用翅片管式的空冷散热器，直接或间接用环境空气来冷凝汽轮机的排汽，称为发电厂空冷。研究空冷新装置及其使用的一系列技术，称为发电厂空冷技术。发电厂空冷技术从提出到现在，约有60余年的历史，并在国际上有了迅速的发展，出现了直接空冷、带表面式凝汽器间接空冷（哈蒙式间接空冷）、带喷射式干湿联合冷却（海勒式混合空冷）等多种类型。

1.电厂空冷系统的应用情况

1939年，德国GEA公司就在德国鲁尔矿区1.5MW汽轮发电机组上应用了直接空冷系统。1950年匈牙利海勒教授在第四届世界动力会议上首次提出了采用喷射式凝汽器和自然通风空冷塔的间接空冷系统。1962年采用海勒式空冷系统的120MW机组在英国拉格莱电厂投运。目前，采用空冷系统单机容量150MW及以上的大型机组电厂已遍及亚、欧、非及美洲。据不完全统计，已有近50多个大型空冷机组电厂，最大容量的空冷机组是南非肯达尔电厂的686MW机组，电厂容量为6×686MW。

我国电厂空冷技术的发展起步于20世纪60年代。1966年，哈尔滨工业大学电站50kW试验机组上进行了直接空冷系统试验。1976年，甘肃庆阳石油化工厂和哈尔滨空调机厂合作，在该厂投运了采用空冷凝汽器直接空冷系统的2台3MW机组。1987年和1988年山西大同第二发电厂2台采用海勒式空冷系统的200MW机组投入运行，首次引进了匈牙利海勒式间接空冷系统，同时标志着我国电厂空冷技术的发展进入一个新的阶段。2005年4月和7月，我国首批600MW直接空冷机组在国电电力大同发电有限公司投入运行；2006年6月和9月，我国首批国产300MW直接空冷机组在内蒙古乌拉山电厂投入运行。目前，采用直接空冷系统和间接空冷系统的多套600MW和1000MW空冷机组正在建设之中。

2.空冷系统在电厂中应用形式及特点

2.1直接空冷系统

直接利用环境空气通过翅片管式空冷散热器将汽轮机排汽冷凝的系统为直接空冷系统。直接空冷系统所需冷却空气由机械通风方式供应，空气与蒸汽间进行热交换将排汽冷凝，凝结水经泵送回汽轮机回热系统。

直接空冷系统的特点是设备少，系统简单，空气量调节灵活，汽轮机排汽直接在冷却元件内凝结，传热温差大。但采用这种系统的汽轮机背压变动幅度大，其背压随环境空气温度变化而变化；另外，真空系统庞大。汽轮机低压缸排汽通过大直径的管道引出，用空气作为冷却介质通过钢制散热器进行表面换热，冷凝排汽需要较大的冷却面积，导致真空系统容积庞大，范围广，密封困难，易漏入空气，维持排汽管内的真空困难，启动时抽真空时间长，机组效率低，对采用机械通风的系统，厂用电率也较高。

2.2哈蒙式间接空冷系统

哈蒙式间接空冷系统为带表面式凝汽器的间接空冷系统，这种系统是在海勒式间接空冷系统的运行实践基础上发展起来的新系统。

哈蒙式间接空冷系统类似于湿冷系统，其优点是节约厂用电；设备少，冷却水系统与汽水系统分开，两者水质可按各自要求控制；冷却水量可按季节调整，在高寒地区，在冷却水系统中可以充防冻液防冻。缺点是空冷塔占地大，基建投资多；系统中需进行两次换热，且都属于表面式换热，使全厂热效率有所下降。另外，循环水要使用除盐水。

2.3海勒式混合空冷系统

海勒式混合空冷系统为带喷射式混合凝汽器的空冷系统，由匈牙利EGI的海勒教授所创建。

海勒式混合空冷系统基管及翅片均为纯铝（99.5%）制成，不需要内径很大的排汽管，布置方便，空气冷却塔可远离厂房，凝汽器吸热端差小。由于要采用高压头循环水泵，空气冷却塔内冷却元件里的水压高于大气压力，空气不致漏入凝结水系统，配用这种系统的汽轮机的平均背压低于直接空冷机组，稍低于表面式空冷系统，故机组经济性好，耗煤率低。但由于这种系统采用喷射式凝汽器、循环水与冷却水混合，为了满足锅炉给水要求，系统中设凝结水精处理装置，造成设备多，系统复杂，冷却水循环泵容量大，自动控制复杂，对高参数、大容量的火电机组给水处理和水质控制尤为困难，因此目前这种系统较多的应用于200MW以下机组，对于更高大容量的机组应采用其它系统。

3.空冷系统在发电厂中应用的发展趋势

3.1朝高参数、大容量方向发展

由于空冷凝汽器制造技术不断发展，空冷机组的参数和容量也在不断增大，由原来的超高压、亚临界向超临界、超超临界发展。

3.2朝“大而少”方向发展

即空冷凝汽器的管排数减少，长度增加。

3.3“多样化”通风

针对机械通风冷却方式的部分缺点，目前已经开发出采用自然通风塔的直接空冷系统，自然通风由于通风塔的存在，消除了热风再循环的影响，另外，由于取消了风机，减少了厂用电，降低运行成本。

3.4应用范围扩大

空冷系统不仅应用于缺水地区，就是在水源充沛的地区，由于环保的需要或经济比较合理也可采用空冷。另外，核电厂、燃气—蒸汽联合循环电站也得到应用。

4.结束语

发电厂汽轮机排汽空气冷却系统，节水效果明显，大型电站采用空冷技术将比传统的水冷技术节水2/3以上，为在严重缺水的煤矿和电力负荷中心区域建设大型火力发电厂开辟了一条节水、经济的新途径。其空冷系统的广泛应用，证明其技术上是成功的，运行上是可靠的，空冷系统将是我国火力发电厂持续发展的必行之路。　[科]

【参考文献】

［１］丁尔谋.发电厂空冷技术[M].北京：水利电力出版社，1992.

［２］马义伟，高延生，石兴德等.电站空冷技术的应用和展望[J].节能技术，1994,12⑴：8－10.

［３］田亚钊，陈晓峰.直接空冷系统与海勒式间接空冷系统的比较[J].华北电力技术，2006,36⑴：38－41.