发电厂空冷技术的现状与进展

　　摘 要： 本文介绍了三种空气冷却系统：直接空冷系统(GEA)、表面式凝汽器的间接空冷系统、混合式凝汽器的间接空冷系统(海勒系统)的发展现状。文章概括性地介绍了空冷系统的关键技术，如冷却元件、翅片管束结构、风机、设计技术的最新发展情况，以及干式—湿式联合冷却塔的设计原理。
　　关键词： 发电厂空冷技术 直接冷却 间接冷却
　　
　　汽轮机排汽使用空气冷却方式作为火力发电厂的一种冷却方式，早在20世纪30年代就有一些国家引起重视，并在其后的十几年中相继成功地建造了一批空气冷却电厂，使发电厂空冷技术方式日趋成熟与完善，并逐渐形成了研究空冷新装置及使用的一系列技术，即发电厂空冷技术。我国的发电厂空冷技术自20世纪50年代起步，经历了容量由小到大，技术由不成熟到成熟，应用地区由炎热的南方到寒冷的北方，由不受重视到大力提倡的过程，其发展前景越来越广阔。
　　一、三种空气冷却系统的发展情况
　　目前在发电厂得到应用的空气冷却系统有：①直接空冷系统(GEA)；②采用表面式凝汽器的间接空冷系统；③采用混合式凝汽器的间接空冷系统(即海勒系统)。
　　三种空气冷却方式都已得到成功的应用，技术上是成功的，运行上是可靠的。直接空冷系统无论在单机容量还是在应用上都发展较快，间接空冷系统的发展较为缓慢。
　　当今世界上最大的空冷机组单机容量：直接空冷机组为南非马丁巴发电厂(665MW)；具有表面式凝汽器的间接空冷机组为南非肯达尔发电厂(686MW)；具有混合式凝汽器的间接空冷机组为伊朗(325MW)。
　　当前，国内直接空冷发电厂发展空前迅速。在国外，海勒式间接空冷系统得到一定的应用与发展，如伊朗众多的燃气—蒸汽联合循环发电厂就采用海勒式间接空冷系统。
　　二、我国发电厂空冷事业蓬勃发展
　　1987—1988年，大同第二发电厂各投入1台200MW海勒式间接空冷机组，1992年后丰镇电厂相继投入4台海勒式间接空冷机组，1993—1994年太原第二热电厂投入2台具有表面式凝汽器的间接空冷机组，为我国电厂空冷事业的发展奠定了基础。
　　2001年，我国第1台小型直接空冷机组——山西义望铁合金厂6000kW直接空冷机组成功投入运行，人们对直接空冷系统有了良好的直观印象。
　　2003年11—12月，山西大唐国际云岗热电有限责任公司2×200MW直接空冷机组投运。2004年秋，山西漳山发电有限责任公司2×300MW直接空冷机组投运。2005年4月和5月，大同二电厂2台600MW直接空冷机组投运。说明我国直接空冷系统近几年发展很快。据不完全统计，当前已建和在建的单机容量135MW及以上的直接空冷发电厂共31座，总装机容量约28810MW。其中已投产26台，装机容量为9070MW。
　　三、冷却元件
　　（一）发电厂空冷冷却元件的发展历程
　　1.圆钢管绕铝翅片4排管。
　　2.热浸锌椭圆钢管套矩形翅片或椭圆钢管绕椭圆片。
　　3.单排管。
　　单排管以其管内流通截面大、防冻性能优越而受到人们普遍关注。单排管示意图如图1所示。［１］
　　（二）目前得到成功应用的冷却元件
　　1.铝管套铝翅片(海勒系统)。
　　2.小口径热浸锌椭圆钢管(36mm×14mm)套矩形钢翅片2排管(具有表面式凝汽器的间接空冷)。
　　3.大口径热浸锌椭圆钢管(100mm×20mm)套矩形钢翅片2排管(直接空冷)。
　　4.椭圆钢管绕椭圆翅片3排管(直接空冷)。
　　5.单排管(直接空冷)。这些冷却元件，国内均有厂家制造。
　　四、翅片管束结构
　　随着直接空冷单机容量的增加，为减少占地面积，管束长度可达9—10m。
　　管束迎风面第一排管采用较低的翅化比，第二排管采用较高的翅化比，这样可使管束各管排的换热比较均匀。
　　经验表明，管束的顺、逆流结构(K/D结构)，对防止凝结水的过冷乃至冻结，减少抽气器的负荷是有利的。顺、逆流管束面积比须根据环境气温而定。
　　管束普遍采用A型结构，这对减少占地面积是有利的。
　　五、风机
　　风机在空冷散热器的强化传热中起着关键作用，近期300MW以上机组风机叶片直径广泛采用9.144m或者9.754m的轴流风机。目前空冷凝汽器采用的风机最大直径可达到10.363m。随着环境保护要求的提高，对风机的噪声提出了更高和更明确的要求。为了控制噪声，风机叶片叶尖速度不大于60m/s。由于空冷机组的经常处于变工况条件下，因此风机在运行中要变速。可采用双速电机或调频电机驱动。目前国内外直接空冷发电厂都采用调频电机的首选驱动方式。
　　六、空冷设计技术
　　30年前，大口径排汽管道限制了直接空冷单机容量的发展，现在排汽管道直径可以达到10m，这样就顺利地解决了管道的热补偿和支撑等设计问题。经过引进技术，国内已可解决大直径排汽管道的设计问题。
　　20世纪90年代，我国已掌握海勒式和具有表面式凝汽器的间接空冷系统的设计、制造、安装和运行技术。经过近几年直接空冷电厂的建设，我国已初步掌握了其设计要领。
　　应当注意的是，为降低电厂厂区噪声，某些直接空冷发电厂将管束迎面风速降低至2m/s以下，造成传热面积剧烈增加，投资增加，这样做是否有利值得探讨。另外，迎面风速过低，对预防热风再循环和横向大风影响的能力也会有所降低。
　　七、运行经验
　　国内外的实践经验表明，对于海勒式间接空冷系统，在空冷塔外装设W型尖峰冷却器是解决渡夏问题的一种可以采用的方案。
　　最近，在国内新建的直接空冷系统中，在汽机排汽出口管处加装凝结水箱，可称之为具有凝结水箱的排汽装置。此种措施正在接受工程的考验。
　　直接空冷的渡夏机组满发的经验正在总结和探讨之中。增湿型与向翅片表面喷雾状水比较，似乎增湿型不适合于我国的气候条件。
　　八、干式—湿式联合冷却塔
　　干式—湿式联合冷却的出现，不仅是为了节水，而且是出于对环境保护的考虑，可避免湿式冷却塔排汽所造成的污染。干式—湿式联合冷却系统的型式多种多样，但归纳起来大致可分为分建式联合冷却系统、合建式联合冷却系统。合建式的干—湿联合冷却塔如图2所示，这种系统是由表面式凝汽器、干湿冷却部件合建在一个塔体里的机械通风式联合塔组成。合建式机械通风联合塔上段布置干冷散热器，下段布置湿冷部件，顶部布置轴流冷却风机。冷却水被循环水泵由塔底水池送至表面时凝汽器冷凝，汽轮机排汽，升温后先进入塔上段布置的干冷散热器，与空气换热降温后再由喷管喷洒到塔下段布置的填料中，通过淋水进一步降温后回到塔底水池中。［２］干式冷却部分散热量占干湿联合塔总散热量的1/4—1/3。在工业发达国家，干湿联合塔有很好的发展趋势。
　　对原来采用湿式冷却塔发电厂，若夏季冷却能力不足，或秋冬季为了节水，则可在原湿式冷却塔的基础上另装1台干式冷却塔，组成干湿并列联合冷却系统。这是一种可行的方案，夏季湿式运行，秋冬季干式运行。干—湿分建式联合冷却系统如图3所示［３］。
　　九、结语
　　空冷系统不只应用于缺水地区，就是在水源充沛的地区，由于环保的需要或比较经济合理，也可采用空冷。空冷系统的应用范围在日益扩大，可用于：垃圾发电站蒸汽轮机的空冷凝汽器，燃气—蒸汽联合循环的空气冷却系统，工矿企业自备电站蒸汽轮机或拖动汽轮机的空冷凝汽器，干—湿并列联合冷却系统的空冷凝汽器等。我国由于缺水较为严重，因而空冷系统的应用和发展显得更为迫切，空冷系统的应用在我国将大有发展。
　　
　　参考文献：
　　［1］丁尔谋.发电厂空冷技术.北京：水利水电出版社，1992.
　　［2］温高.发电厂空冷技术.北京：中国电力出版社，2008.
　　［3］马义伟，刘纪福，钱辉广编著.空气冷却器.北京：化学工业出版社，1982.
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