電站直接空冷系統的改進

摘要：火力發電廠循環冷卻水系統蒸發、風吹和排污損失會消耗大量的水，在一些富燃料又缺水地區要建設火力發電廠，水成了決定性問題。由于采用空冷系統與常規濕冷系統相比，可節水3/4以上，在空冷機組不斷發展的今天，通過我院幾個空冷機組工程，對空冷系統有了清楚的認識，以期在選型、系統、構成、改進方面有所改善。

關鍵詞：電站；直接空冷系統；改進

中圖分類號：TM611 文獻標識碼：A文章編號：1006-8937（2014）15-0033-02

在直接空冷系統不斷的發展中，為了適應不同的地理環境和氣候特點，直接空冷系統對翅片和管束的形狀，管束結構、排列方式，風機的控制和排布，蒸汽的分配等方面做了很多的改進。

1翅片和管束的主流基管為圓形管和大扁管

1.1圓管翅片的優點

圓管的翅片為套在鋼管外的鋁管，通過軋翅機把鋁管軋制到圓形鋼管上，與圓管緊密結合，優點是：①傳熱系數高（高翅化比）。②耐腐蝕；大管徑增加防凍能力。③易于清洗（抗沙塵能力強/可用高壓水清洗，水壓可達到10 MPa）。④使用壽命長；性能可靠。

圓形管多為多排管，根據熱負荷，內外層管束間距不同，使各排翅片管的冷卻能力相近。

1.2大扁管的優點

大扁管為鋼覆鋁基材通過卷板焊接，形成扁形通道的管材，然后通過釬焊把鋁翅片焊在碳鋼基材上。此管束采用單排“人”字布置，故稱單排管。優點是：①通風阻力小，散熱均勻。②抗凍能力較強多排圓管系統由于傳熱系數高，在早期最常采用；但在氣候寒冷的地區，由于氣溫過度寒冷，蒸汽在管束內還沒有到管束底部就已經冷卻成水，再繼續降溫就會在管內結冰，圓管出現凍裂漏氣現象使空冷器失效。大扁管管束形狀優勢，在管束內結冰的情況下會通過形變減少應力，抗凍性能優于圓管。所以在寒冷地區大扁管組成的單排管系統占據了大部分市場。大扁管主要的難題在基材上，由于翅片是鋁材，要焊接，必須在鋼板上覆蓋一層鋁層，覆鋁技術現在依然只有國外為數不多的幾個廠家壟斷，所以價格一直很高。抗外界沖擊弱、翅片容易倒伏、基管焊接處漏氣也是大扁管的缺點。

2空冷器防凍系統的改進

起初空冷器都是蒸汽通過大母管分配到翅片管，從上到下冷卻，然后凝結水匯集流走，不凝結氣體被真空泵抽走，以保證內部真空度。

但在寒冷地區，冬季嚴寒，蒸汽在管束中部可能就已經凝結，過冷會造成管束內結冰脹裂。因此空冷器防凍問題成為了寒冷地區安全運行的總要課題。

首先采用的措施是降低風機的運行頻率，減小風量，必要的是后還可以采用間歇式倒轉風機的辦法。其次是在嚴寒和低負荷時候采用真空隔斷閥切斷一些空冷單元，如阿克糾賓工程中一臺機配套的12個空冷單元分成三組，可根據需要關閉兩組空冷單元，最后剩下4個空冷單元運行。但在極寒地區，冬季啟機或停機的時候，由于氣量非常小，即使切斷空冷單元還是不能滿足不凍管的要求。

為了解決冬季凍管問題，空冷器廠家對蒸汽的分配方式和管束排列做了一系列的改進，出現了現在比較流行的K/D系統、GEA公司提出的MASH系統和全逆流系統。

2.1K/D系統

既順流/逆流系統，順流和逆流系統串聯，蒸汽通過母管先進入順流管束，未冷卻成水的剩余蒸汽再通過逆流管束由下至上進一步冷卻。逆流管束布置在順流管束中間，在冬季逆流單元風機可以反轉產生熱風再循環，以吸收順流管束的熱量，防止管束結凍。K/D系統可以調整順逆比，增強系統的抗凍性，在順流管束上還可以增加百葉窗，冬季寒冷時關閉百葉窗，減少熱量損失。

2.2Mash系統

為GEA公司開發的新型管束。MASH系統的4排管的管束設計，采用多排管疊加，其外表面的一排翅片管設計為排氣列管（逆流管束），其余的三排翅片管設計為冷凝列管（順流管束），即排氣列管內部流動的介質為剩余的蒸汽和不可冷凝氣體，冷凝列管內部流動的介質為需要冷卻的蒸汽和凝結水。排氣列管通過在匯流管內部的抽氣管道和抽真空單元相連，抽真空單元不斷地抽出剩余蒸汽和不可冷凝氣體。由于重力的原因，凝結水匯聚到了管束底部的凝結水回收管箱內，剩余蒸汽和不可冷凝氣體匯聚到了管束頂部由抽真空單元排走。冬季寒冷時，順流管束的熱量可加熱逆流管束，防止管束結凍有很好的效果，最小不凍蒸汽量比普通大扁管小2/3。MASH系統在管束外加設百葉窗效果更好，熱空氣可以有效的回流加熱逆流管束。

2.3全逆流系統

是GEA公司針對極寒地區開發的一種安全防凍空冷系統。全逆流系統防凍原理是通過增設隔離閥、管道等配置使MASH翅片管束從順逆改變至全逆流模式來達到防凍的目的（以兩組“A”字型屋頂為例，結構如圖1所示）。

每組“A”字型屋頂蒸汽匯流管上均設置一組蒸汽隔離閥V1和V3，把裝有百葉窗的屋頂（屋頂B）底部兩側凝結水輸送管道1和2與蒸汽排汽母管焊接，并在凝結水輸送管道1和2上各配置一組隔離閥V2和V4。在冬季蒸汽流量很低達不到ACC的最小流量要求時，V1和V3關閉，V2和V4打開。此時蒸汽匯流管A和B均被隔離，蒸汽從屋頂B底部兩側的凝結水輸送管道1和2從下而上進入到翅片管束（此時全逆流模式開啟，凝結水輸送管道同時起蒸汽輸送的作用）。在此種模式下，由于參與自然對流換熱的翅片管僅為最上方1排逆流列管，約75%的自然對流換熱進一步被遏制，系統的防凍性能大大提高。而且在全逆流模式下，蒸汽的流向（從下往上）和凝結水流動方向（從上往下）始終相反，凝結水在往下流動被收集時溫度不會降低反而會被溫度最高的蒸汽加熱升溫。這樣的換熱方式從根本上避免了凝結水結凍的危險。

3結語

在水資源越來越匱乏的今天，空冷系統的出現讓缺水地區的電力建設有了新的方向。在空冷系統新建中，不斷的有新的問題出現，技術的改進是空冷系統能夠繼續發展和強大的保證?，F階段，空冷技術還基本被幾個國外大公司占據，國內起步較晚，技術方面還有很多不成熟。希望在不久的將來，我國能有自主開發的新技術應用在電廠直接空冷系統中，使中國在空冷技術上占有一席之地。

參考文獻：

[1]卜永東，楊立軍，杜小澤，等.電站空冷技術研究綜述[J].現代電力，2013，(3).

[2] 潘文靜.火電廠直接空冷控制系統設計與應用[D].保定:華北電力大學，2011.