[科普中国]-电站空冷系统

电站空冷系统的作用是使用空气而不是水冷凝汽系统作为火力发电厂蒸汽轮机的冷端，将蒸汽轮机低压缸内做功后的乏汽冷凝成为凝结水，从而完成一个做功循环而进入下一个做功循环。

概述发电厂空冷系统是指汽轮机的冷却系统以空 气作为冷却介质，有干式冷却塔或机力通风设备的空冷散热器的闭式循环系统。电厂空冷系统有三种：直接空冷系统、带混合式凝汽器的间接空冷系统、带表面式凝汽器的间接空冷系统。

分类一、直接式空冷冷却冷凝系统(直接空冷系统)

汽轮机排放的尾汽通过大型的输汽管道，被输送到空冷散热 器的翅片管内，冷空气吸收了蒸汽在翅片管内壁冷凝所释放的热 量，并直接把热量排放到周围的大气中，这样在翅片管中，低压蒸 汽得到了冷凝，在重力作用下，这种冷凝液流入凝结水箱，再从凝 结水箱用泵把它抽回电站系统，由于空气侧所采用的通风手段不 同，所以在电站空气冷却系统中，又分为强迫通风直接空冷系统 和自然通风直接空冷系统。 直接空冷系统主要特点是：

1)背压高；

2)由于强制通风的风 机，使电耗大；

3)强制通风的风机产生噪声大；

4)钢平台占地，要 比钢筋混凝土塔小；

5)效益要比间接冷却系统大30%左右，散热 面积要比间接冷却小30%左右；

6)造价相对经济。

二、间接空冷系统

因为间接空冷系统所采用的凝汽器不同，使得间接空冷系统 中又分为表面式凝汽器间接冷却系统和混合式凝汽器间接冷却 系统。常用的表面式和喷射式凝汽器通常直接安装在汽轮机下 面，被汽轮机尾汽加热后的水被泵到冷却塔内，通过大量的空冷 散热器中的翅片管与塔内流动的空气换热，被周围的空气冷却， 最后再流回凝汽器中。因为不需要鼓风机，也不需要冷却水中有 特殊的物质，更无需安装塔顶水泵，所以这种系统在这方面显示 出了它的优越性。

三、湿冷系统和干湿冷混合系统

电站湿冷机组的冷却循环系统是由常用的表面式凝汽器和 湖水或河流组成，或由表面式凝汽器和自然通风湿冷塔组成。表面式凝汽器(湖、水)水冷系统由于热污染严重而受到环境 保护部门越来越多的限制，取而代之的，更为普遍的形式是采用 表面式凝汽器自然通风湿冷系统，但这种形式由于热水暴露在空 气中，蒸发量大而使得这种系统对补充水量的需求也很大，在缺 水地区，补充水的供给就成了这种系统难以弥补的缺陷。在某些 情况下，设计师也采用干/湿混合系统以弥补湿冷系统的不足，但 水质的问题仍然需花费昂贵的资金购买水处理设备。1

空冷系统比较1、系统运行的比较

表面式间接空冷系统除空冷散热器外，由于与湿冷系统较接近，运行人员较熟悉，运行时主要应控制水压及水质，系统中投运的设备少(只有循环水泵)，要调整的项目较少，因此系统较为简单，设备故障率低。应该说这种系统最简单，最易运行。混合式间接空冷系统由于采用混合式凝汽器，使系统和运行都增加了复杂性。直接空冷系统较为简单，由于采用机力通风冷却，在运行操作时增加了对风机的控制技术，风机的调整控制虽较为复杂，但较易于掌握，不是运行的难点，而控制技术的设计。

2、防冻方面的比较

应该说空冷系统都存在如何防冻的问题。表面式间接空冷系统采用翅片椭圆型钢管，这种结构有利于防冻，另外发现结冰后还可采取化冰措施。直接空冷系统也采用翅片椭圆型钢管，同时在管束布置时，采用顺流和逆流按比例布置，因此较好地解决了防冻问题，使这种系统在防冻方面优于间接空冷系统。

2、严密性比较混合式间冷系统是用循环水泵将凝结水经空

冷塔散热器送至凝汽器喷嘴，与汽轮机排汽混合，系统严密性较差。表面式间冷系统的特点之一是完全封闭的循环系统，与湿冷电厂一样，只与凝汽器和真空系统有关，而不受冷却系统的影响。直接空冷系统由于排汽系统都是真空系统，体积大，易漏人空气，并且不易找漏，因此，这种系统在设计及安装时要采用更严格的措施。2

电站空冷系统的工业运用由于采用空冷系统与常规湿冷系统相比，可节水3/4以上，世界上一些富煤缺水地区相继为30、60万千瓦级的大容量汽轮发电机组配置了空冷系统，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(66.5万千瓦)；具有表面式凝汽器的间接空冷机组为南非肯达尔发电厂(68.6万千瓦)；具有混合式凝汽器的间接空冷机组为伊朗(32.5万千瓦)。 2002年之前，国内仅有大同二电厂2×20万千瓦、太原二电厂2×20万千瓦和内蒙丰镇电厂4×20万千瓦三个电厂，8台大型间接空冷机组投入运行。其中大同、太原电厂的间接空冷机组从国外进口，内蒙丰镇电厂的间接空冷机组由哈尔滨空调股份有限公司提供。从2002年之后，大型电站空冷市场才开始在国内全面启动，据初步统计，截至2005年9月份，已招标开工的30万千瓦以上项目20余个、总装机容量超过2200万千瓦，哈尔滨空调股份有限公司承担7个项目，共420万千瓦，其余项目皆被德国GEA公司和美国SPX（斯必克）公司中标。此外，德国GEA公司和美国SPX在国际上分别占领了全球空冷市场份额的60%和35%。 哈尔滨空调股份有限公司作为国内目前唯一有条件设计和制造空冷系统的企业，在2002年以前，只生产过20万千瓦以下的间接空冷系统。但此后新建电厂基本选用单机功率30～60万千瓦级的大型机组，且普遍采用直接空冷系统。为尽快实现大型电站空冷系统国产化，国务院副总理曾培炎先后两次做出批示，在有关部门的大力协调和支持下，中电投集团公司和华能北方对大型电站空冷系统国产化给予了充分的支持和信任，2004年，哈尔滨空调股份有限公司获得了通辽三期60万千瓦和乌拉山30万千瓦机组直接空冷系统的订单，日前，乌拉山电站直接空冷系统已投入运行。这一成果不仅打破了国外公司在此领域近70年的垄断局面，我国也成为世界上继美、德之后第三个全面掌握此项技术的国家。

空冷系统选择a)气温条件。在严寒地区，宜优先考虑采用直接空冷系统，严寒地区是指多年最冷月平均气温低于一10℃的地区。经综合比较后，如确需采用间接空冷系统，特别是极其寒冷地区，需重点研究防冻措施。

b)风场、风速条件。在风场流态较稳定的地区，宜采用直接空冷系统；当主导风向不明显或风向对直接空冷总体布置极不合理时，宜采用间接空冷系统。当环境风速较大时，两种空冷型式均町采用。由于基本风压较大，间冷塔的投资会较大，须与直接空冷系统采取防风措施的投资比较后确定空冷系统型式，一般情况下，由于间接空冷系统受风的影响比直接空冷系统相对要小，建议优先考虑间接空冷系统。风场稳定是指多年全年或夏季的主导风向明显且频率较高，单从风向资料因素考虑是非常适宜采用直接空冷的。但这并不意味着不能采用间接空冷系统，还需结合其他条件综合分析。

c)场地条件。受电厂场地条件限制、无法布置较大的间冷塔时，宜采用直接空冷系统。当只能采用直接空冷系统时，若风向、风速对空冷系统影响较大时。需重点研究防治环境风的措施。

d)噪音条件。受周围环境条件限制(如距离居民区较近)，噪音标准要求很高，如采用直接空冷系统降噪措施造价较高、经济上不合理时或者根本无法满足要求时，应采用间接空冷系统。

e)燃煤价格条件。经技术经济比较，燃煤价格高于直冷、间冷经济性相当的临界煤价时，宜采用间接空冷系统。

f)机组夏季安全运行条件。由于直接空冷受环境风影响比间接空冷大，大风高温时负荷波动较大且有可能造成机组跳闸，业主对项目今后机组夏季运行的安全性要求严格的宜优先采用间接空冷系统。

g)电站建设急缓条件。间接空冷系统由于大型冷却塔施工周期较长，如果项目为满足尽快解决缺电局面，要求机组建设速度较快的宜优先采用直接空冷系统。

本词条内容贡献者为:

李雪梅 - 副教授 - 西南大学