浅谈发电厂空冷岛直接冷却系统

李茂盛

摘 要：空冷系统不只是用在缺水的地方，它比较环保而且经济上也比较合理，所以即使在水资源充足的地方，它也因此被利用。空冷系统被越来越广泛的应用。我国水资源处于严重缺乏阶段，也因为此，我们更应该推广和应用空冷系统。环境好坏，温度的高低，降水是否充足，空气的密度都受到空冷系统所在海拔高度的影响。如果要在将空冷电厂建在高海拔的地方，由于海拔高，空气密度小。这样就需要加大空气散热器进行交换，如果要用自然风，就需要增加塔的高度，如果不这样，则需增加风机所耗功率。适宜的气象条件对空冷机组的运行有利，年平均气温较低，机组运行比较经济。但气温低时，也随之带来空冷散热器内水体容易冻结的问题。寒冷季节环境气温在 0℃及以下时，水结冰然后膨胀，也可能使散热器爆裂，如果严重，还会影响整个系统的正常运行。因此，在冬天，散热器必须有完好的防冻措施，以避免破裂。

关键词：发电厂冷却技术；直接冷却；间接冷却

空冷对环境的影响甚微。经验表明，由大型的通风系统口排放出的一些气体，是看不见的，它们都对流到了空气中，不会让人发觉，当然，并不会对环境造成不良影响。并且，空冷系统是完全没有污染的，所以，也可以使水资源不受到污染，当然，也不会有淋水噪音的影响，有利于环境保护。所以，空冷技术是一种经济实惠的发展，安全又可靠，使环境承受的压力变小了，也为水资源丰富的地区保持生态平衡创造了条件。在一些水资源缺乏的地方，需要大规模的开发能源，以确保生活的正常运行，所以，发电厂空冷技术作为一个节能环保的措施，应该得到广泛采用。

我国的水资源、电力、煤炭等资源在东西南北发展及其不平衡，大概是因为我国疆域辽阔的原因，地理差异情况非常大，久而久之，一些地方会出现一些我们不愿意看见的情况，用水紧张，会让生活中产生一些困扰，这些问题值得我们仔细探究，找着适当的方法去解决，否则将会变得越来越严重。我国西北和华北等地区，煤矿资源丰富，但是水资源缺乏。从而使煤矿转化为电力也愈加困难。而在一些水资源相对充足的地区，如果一些设施不合理，环境受到污染不说，周围的生物或者说生态系统也会受到一定的伤害。人类的关注也愈加集聚到这些地方。所以，要想经济持续发展，需要有效地利用水资源。所以，在一些水资源贫乏的地区，发电厂采用空冷技术将会成为必然。

汽轮机排出的空气用于冷却火力发电的这一冷却模式，早在上个世纪30年代，就有国家重视了，并且还在随后的十几年已成功地建立了若干空冷发电厂，使电厂空冷技术的发展日趋成熟和完善。这是空冷发电技术的使用。

我们的空冷电站技术自20世纪50年代开始技术更加成熟，产能增加，越来越多的应用于各个领域，从南到北，从人民群众的关注程度来看，这都是显而易见的，所以它的前景发展也是越来越好的。

1 三种空气冷却系统的发展情况

现在， 用于发电厂的空冷系统主要有3种，即直接空冷系统、表凝式间接空冷系统和混凝式间接空冷系统。直接空冷系统特点较多，比如系统比较简单，可以很灵活的调节空气量，而且设备比较少，用起来更为方便。他所需要的冷空气由机械通风的方式来运行，方便安全，效率高。当然，什么方法都还是有一定的缺点，当前，我国已经采用了其它一些更有利的方法，比如自然通风塔，由于减少了热风再次循环的影响，并且取消了风机，所以成本也减少了许多。这几种空冷方式已经在生活中得到广泛的运用，技术有保证，且安全可靠。相比较而言，直接空冷系统还是在容量和推广使用上都占了优势，间接空冷系统发展就比较缓慢了。目前，我国直接空冷发电厂正在迅猛的发展。国内外一些空冷系统都在迅速发展，得到了一些支持，发展越来越迅速，为更多人所熟知，解决了一些地方能源不足的问题。

2 冷却元件

2.1 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矩形翅片或椭圆钢管绕椭圆片热浸锌椭圆钢管套。

③单排管。

单排管以其管内流通截面大、防冻性能好，管里流通截面大，流通速度的单排管越来越吸引人们的眼球，应用也越来越广泛。

2.2 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）。

3 翅片管束结构

直接单机所能承受的容量越来越多，性能优越，所以为了减少它的面积，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，这样做管与管之间的热量交换都比较均匀。经过试验表明，如果要防止凝结水过于冷甚至是结冰，就必须改变管的结构，顺逆之差，受热面积比必須根据实际情况而定。

4 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。对于环境的保护，我们随时都要放在心里。风机的噪音是影响环境保护的，所以，我们需要使控制噪声的要求更加明确。由于空冷机组经常处于变工况条件下，风机在运行中速度需要变，可以使用双速的电机来改善这一不足，我们国家也有自己的方式，那就是调频电机，节能，环保。

5 空冷设计技术

曾经，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，管道的热补偿和支撑这些问题也得到了解决，在一些技术上，我们也作出了很大的努力。

我们国内也可以独自解决一些管道设计上的问题了。需要更加注意的是，为了降低工作区的噪音，一些直接空冷发电厂将要降低迎面风的速度，使投资加大，传热面积的增加，这种方法是否有价值，还值得探究。另外，迎面风的速度如果太过于低，会影响工作的效率，使工作受到不好的影响。

6 干式―湿式联合冷却塔

干式-湿式相结合冷却的出现，不仅是为了节水，还为了对环境的保护避免一些不必要的污染出现。干式-湿式联合冷却系统的型式有多种多样，但总体来说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式凝汽器冷凝，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。干式冷却部分散热量占干湿联合塔总散热量的1/4-1/3。在经济发达的国家，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，如果秋冬季节为了节约水资源，夏季动力不足，则可在原湿式冷却塔的基础上另装1台干式冷却塔，冷却系统将干湿结合起来。这种方法可以在春夏秋冬四个季节完美运行。

参考文献：

[1]丁尔谋.发电厂空冷技术[M].北京：水利水电出版社，1992.

[2]温高.发电厂空冷技术[M].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[M].北京：化学工业出版社，1982.