直接空冷技术原理及其应用现状

李国臣

摘 要：当前时期，我们国家的水资源非常紧缺。这在一定程度上带来了很多的负面影响，比如导致火电厂的运作受到极大的干扰。这主要是因为火力发电的过程需要使用水来冷却。对此，人们开始积极研究新的冷却方式，比如空气冷却法。实践证明空气冷却较之于常见的湿冷技术来讲，能够节省三分之二的水。目前，我们国家的火力发电行业开始普遍使用空气冷却代替传统冷却。在过去的时候，对于那些煤炭资源富足但是水资源缺乏的区域来讲，建设火力发电站根本是不可能的，然而今时今日这全都迎刃而解了。同时，该冷却方法还具有非常明显的生态效益。在这个前提之下，文章具体分析了直接空冷技术相关的内容。

关键词：直接空冷；应用现状；分析

中图分类号：TM621 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）01-0067-02

Abstract： The water resources in our country are very scarce in the present period. To a certain extent， this has brought a lot of negative effects， such as the operation of thermal power plants have been greatly disrupted. This is mainly because the process of thermal power generation requires the use of water to cool. In this regard， people began to actively study new cooling methods， such as air cooling. Practice has proved that air cooling can save 2/3 of water， compared with the common wet cooling technology. At present， our country's thermal power industry began to generally use air cooling instead of traditional cooling. In the past， it was impossible to build coal-fired power plants in areas rich in coal but scarce in water， but today it is all readily solved. At the same time， the cooling method also has very obvious ecological benefits. With this premise， the paper analyzes the related contents of direct air cooling technology.

Keywords： direct air cooling； application status； analysis

眾所周知，我们国家的东北、西北等区域的煤矿数量较多，产能很大，不过其水资源相对于南方来讲要匮乏很多，这就直接导致上述区域的电力行业发展受到极大地阻碍。其中火电厂的运作尤其离不开水资源，其需要消耗的水资源占据到总体的耗水量的百分之二十。正是因为水资源的缺乏导致我们国家的很多区域的电力事业无法开展，工业以及农业等工作受到极大的阻碍，严重干扰到广大群众生活质量的提升。通过无数的实践我们发现，如果在火力发电的过程之中使用空气冷却方法的话会产生非常明显的效益，能够节约三分之二的水源，在同等的水资源背景之下，较之于之前来讲，其装机容量超出三倍之多，有着非常显著的经济效益以及社会价值，受到国内外专家学者的广泛关注。笔者在这个前提之下，具体阐述了直接空冷技术的原理以及特点和冷凝器发展过程等内容。

1 空冷系统运行原理以及构成要素简述

1.1 原理分析

对于直接空冷系统来讲，其运作的过程中主要依靠空气进行冷却，不需要依靠水为媒介，能够明显的节省水资源。具体来讲，汽轮机运行形成的气体经由排汽管被分成数路释放到配气管中，然后借助换热管和空气换热，此时就会冷凝成水。一般来讲，配汽管的上方都安装有蝶阀，在具体运作的时候可以结合实际情况开启或是闭合。在三脚架的下方设有轴流风机，它存在的意义是为了加快空气流动的速度，强化换热力度，具有显著的经济效益。为了避免冬天气温过低导致受热面凝固，通常都会在系统中设置逆流的凝结段，在此区域，蒸汽会以从下到上的方向流动，而凝固之后的水会从上往下流动，此时凝结之后的水会吸收一些热能，避免因为温度过低而发生冰冻现象。

1.2 系统组成及特点

空冷系统由如下几部分组成：（1）汽轮机低压缸排汽管道；（2）空冷凝汽器管束；（3）凝结水系统；（4）抽气系统；（5）疏水系统；（6）通风系统；（7）直接空冷支撑结构；（8）自控系统；（9）清洗装置。

2 各系统组成要素的特征

2.1 排汽管道

一般来讲，对于容量较大的机组来说，它的排汽管的尺寸非常宽，南非Matimba电站665MW直接空冷机组为2缸4排汽，采用2XDN5000左右直径管道排汽，通过比对我们国家的一些空冷站可知，300MW机组排汽管道直径在DN5000多，600MW机组排汽管道在DN6000左右。排汽管道从汽机房A列引出后，排汽母管横向布置。

2.2 空冷凝汽器的冷却装置

2.2.1 A型架构。一般双排管束由钢管钢翅片所组成，为防腐表面渡锌。单排管为钢管铝翅片。endprint

2.2.2 冷却元件。所谓的冷却元件即我们平时所说的翅片管，它是系统最为关键的存在要素，它的性能会对整个系统的运作产生极大的影响。

2.2.3 双排管的构成。椭圆钢管钢翅片，管径是100*20mm的椭园钢管，缠绕式套焊矩形翅片，它的两侧是半圆形状的，中心为长方形。一般来讲，先接受到空气一方的里侧的翅片距为4mm，外侧为2.5mm。

2.2.4 散热单元布置每台机组布置成垂直、平行汽机房方向，有列、行之分。300MW机组布置6列4行或5行单元数，单元总数为24或30；600MW机组布置8列6行、7行或8行单元数，单元总数有48、56、64散热单元。

2.3 抽气系统

通常来讲，在逆流管的上方设有排气口，它和抽气泵联通。

2.4 凝结水系统

冷却单元下端集水箱，从翅片管束收集的凝结水自流至平台地面或以下的热井，通过凝结泵再将凝结水送往凝结水箱并送回热力系统。

2.5 通风系统

目前我们国家的空冷体系在散热的时候多是使用强制通风模式，对于那种大型号的机组来讲，其使用的多是尺寸较宽的风机，按照速度来分风机类型有三种，分别是单速以及双速和变速。在实际工作中，可以依据具体情况合理选择方案。通过实践可知，在我们国家的严寒区域以及昼夜温度差值较大的区域，使用变速风机的效果更好，而且还能够降低电能耗损。

2.6 自控系统和清洗装置

一般来讲，散热器都会配有专门的清洗装置，以此来清理管子上面残存的污物。

2.7 支撑结构

对于空冷系统来讲，其主要的承重装置是支撑结构。它的上方是钢架，下方是混凝土结构，整个结构的规模很大，会受到各种外力的影响。

3 直接空冷系统的特点

3.1 优势简述

通过分析可知该系统的优点非常明显。接下来具体论述：所需的水量较少，占用的土地规模小，经济价值非常明显。站在投资的层面上来看的话，虽说它所需的成本较高，运行时所需的热量较高，不过从长远来看，对于我们国家的煤炭资源富足的区域来讲，建设电厂需要的资金较之于水源充足的区域运送煤炭的费用要少很多，而且能够节省水资源。所以，该系统的总体效益较之于水冷系统来讲更加明显，不但能够节省水资源，而且有着较为显著的社会效益。

3.2 缺点分析

虽然说机组有着很多的优点，不过这并不表示其没有任何的缺陷存在，相反它存在一些不利点，干扰到系统的总体运行。具体来讲，机组存在较高的背压，而且变化明显。所处区域的气温会影响到机组的背压，个别区域的机组受到环境的影响，在冬天的时候后其背压会下降到设计数值的三分之二之下，在夏季的时候该数值会上升到百分之二百之上。所以，我们在设计的时候一定要确保汽轮机符合背压需要。虽说它能够适应背压变化所需，不过在特殊时段内，一旦背压大于设计数值的话，设备运行将会受到极大影响。而且，设备运行时会产生较大的噪音，风机维护需要强大的动力，维护工作复杂等都是其目前存在的不利点。

4 直接空冷技术的发展现状

早在数十年以前人们就已经开始使用空冷技术。经历了长久的发展之后，该技术已经越发成熟。如果按照材料来划分的话，它的散热器可以分成铝管铝翅、钢管铝翅以及钢管钢翅3种。如果按照结构来划分的话可以分成如下四类：圆形铝管镶铝翅片、热浸锌椭圆钢管套矩形翅片、大直径热浸锌椭圆钢管套矩形翅片、大直径扁管焊接蛇型铝翅片。直接空冷技术的发展主要是围绕直接空冷凝汽器管束进行的，目前空冷凝汽器所用的翅片管基本上是表面镀锌的椭圆形钢管加钢质翅片或圆形的钢管加铝翅片。上世纪中期，该技术尚处在发展的初级阶段，由于工艺方面的影响，管径非常小，而且管排数量多。正是因为管排数量多，导致蒸汽流存在死区，无法很好地利用换热面积，而且在冬季的时候会结冰。所以，直接空冷技术当时基本上都在单机容量比較小的发电机组上使用。上个世纪的中后期，我们国家的翅片管的制造工艺有了非常明显的提升，不论是其宽度亦或是长度等都有所增加，而且管排的数量也开始减少，此时单排管被大量的运用。比对可知，该管有着非常多的优点。比如能够很好地利用它的换热面积，不会发生冰冻现象，生产工艺简单，所需的费用较少等等。

5 应用前景

进入到新的发展阶段之后，我们国家的火力发电行业将朝着全新的方向发展，其更加注重环保以及节水。当今社会水资源非常匮乏，这直接干扰到火力发电行业的发展。在这个背景之下，空冷技术开始被广泛运用。该技术不但可以被运用到水资源缺乏的区域，即便是对于水资源富足的区域来讲，出于环保的目的也应该大力发展空冷技术。目前该技术还被大量的运用到其他的领域之中，实践证明效果良好。总的来讲，由于我们国家属于缺水型国家，因此大力发展空冷技术迫在眉睫。

参考文献：

[1]谢林.直接空冷技术的发展和应用[J].电力学报，2006（2）：23-25.

[2]丁尔谋.发电厂空冷技术[M].北京：水利电力出版社，1992.

[3]汪德良，曹顺安.我国发电厂凝汽器管材的生产、应用现状及市场前景分析[J].中国电力，2002，35（2）：30-33.

[4]张虎平，景鑫，赵钧.直接空冷技术原理及其应用现状[J].内蒙古石油化工，2013（2）：98.

[5]丁尔谋.发电厂空冷技术[M].水利电力出版社，1992.

[6]王钊，杨建蒙，赵兴楼.直接空冷技术及其应用现状[J].建筑节能，2008（3）.

[7]陈晓峰.直接空冷机组凝汽器特性试验的要点分析[J].华北电力技术，2007（01）.endprint