汽輪機冷端系統—空冷系統簡介

摘要：汽輪機冷端系統是電廠重要的輔助系統，主要作用是冷卻在汽輪機中做完功的乏汽，影響到火力發電廠汽輪機安全、穩定、經濟運行。從國家的節能減排政策和節約用水兩方面考慮，對于冷端系統的運行優化對火力發電廠發展是至關重要的，文章對汽輪機冷端系統—空冷系統進行了介紹。

關鍵詞：汽輪機冷端系統；空冷系統；發電廠；冷卻原理；散熱器翅片 文獻標識碼：A

中圖分類號：TK264 文章編號：1009-2374（2015）21-0072-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.21.036

1 概述

我國南方水資源較豐富，但中西部地區水資源比較匱乏，隨著中西部地區經濟建設的發展，水資源逐漸成為制約我國中西部地區發展的重要因素?；痣姍C組采用空冷技術后，電廠的耗水量比濕式循環冷卻系統耗水量要降低75%～85%，節水效果十分顯著。

隨著我國中西部地區經濟建設的快速發展，意識到節約用水對經濟建設和發展的重要性，近年來我國中西部地區許多火電機組采用直接空氣冷卻系統，發電廠的發電成本和發電用水大幅降低，直接空氣冷卻系統得到了推廣和應用。但目前我國直接空氣冷卻系統機組在這方面還處于摸索和起步階段。因此，國內直接空氣冷卻系統機組設備的制造和研發，需要通過各火力發電廠在安裝、調試、實際運行中收集的各項數據和積累的經驗，對直接空氣冷卻系統不斷進行技術革新，為火力發電產機組的安全、穩定、經濟運行做出貢獻。

2 發電廠空冷系統的方式

2.1 直接空氣冷卻系統

直接空氣冷卻系統，又稱為直接空氣冷卻凝結系統。汽輪機作完功的乏汽經排汽大管道送至布置在室外的空氣凝汽器的空冷散熱器中，由冷卻風扇將空氣送至空冷散熱器外流動，冷卻管內的排汽，使排汽凝結成水，冷凝的凝結水再由凝結水泵送至熱力系統中進行

循環。

2.2 間接空氣冷卻系統

由于直接空氣冷卻系統在環境空氣溫度變化時對汽輪機的排汽背壓影響較大，對機組的安全、穩定運行存在一定的隱患。近年來部分火電機組采用濕冷與直接空冷相結合的間接空氣冷卻系統。根據結構和型式不同的凝汽器及所采用冷卻介質的不同，間接空氣冷卻系統可分為以下三類：

2.2.1 汽輪機做完功的乏汽與冷卻水混合換熱的間接空氣冷卻系統。汽輪機做完功的乏汽排入混合式凝汽器中，與進入混合式凝汽器的冷卻水（除鹽水）混合，冷卻水帶走乏汽的熱量，乏汽遇到溫度低的冷卻水凝結成凝結水。部分凝結水與除鹽水混合的水，用凝結水泵送至熱力系統中進行循環。絕大部分凝結水與除鹽水混合的水用循環水泵送到間接冷卻塔中的散熱器內，由空氣進行自然冷卻，冷卻后的水再次進入混合式凝汽器中進行循環。

2.2.2 汽輪機做完功的乏汽與冷卻水表面換熱的間接空氣冷卻系統。這種空冷系統與傳統的濕冷系統相似，汽輪機做完功的乏汽排入表面式凝汽器內，乏汽流過凝汽器中不銹鋼管與管內流動的冷卻水進行表面換熱，乏汽冷凝后，用凝結水泵送至熱力系統中進行循環。管內流動的冷卻水帶走熱量，通過循環泵升壓后，送入間冷塔內的熱水環管，通過熱水環管將熱水再送入間冷塔四周布置的空冷散熱片中，雙曲線構造設計的間冷塔通過自抽力，將塔外的冷空氣抽入塔內，空冷散熱器中與空氣對流換熱。溫度降低的冷卻水通過冷水環管，重新進入凝汽器中冷卻汽輪機排出的乏汽。

2.2.3 采用冷卻劑的間接空冷系統。這種冷卻方式是通過低沸點工質（如氟里昂等）代替水作為中間冷卻介質。低沸點冷卻介質與空氣進行熱交換可以省去循環水泵，系統比較簡單，傳熱性能好，但冷卻劑價格昂貴，還有一些其他問題有待進一步解決。

3 直接空氣冷卻機組的特點和系統組成

目前，隨著直接空冷技術的不斷成熟，直接空冷機組得到較廣泛的應用，我國哈爾濱空調股份有限責任公司已經制造出300MW級機組空冷塔，實現設備國產化，使空冷造價降低，對直接空冷的廣泛應用起到了良好的推動作用。因此，結合筆者工作實際，主要對直接空冷機組運行中真空的影響因素和相應的處理措施進行

探討。

3.1 直接空氣冷卻系統的冷卻原理

汽輪機做完功的乏汽進入排氣裝置，通過大排汽管將乏汽送入各列散熱器的蒸汽分配管，乏汽流進散熱器后，在散熱器的管排中乏汽從上至下流動，散熱器外的空氣由布置在散熱器下的冷卻風扇從下至上流動，散熱器中的乏汽與空氣經過表面換熱，乏汽冷凝成凝結水，進到匯集凝結水排入排汽裝置下部的熱水井，由凝結水泵送至熱力系統中進行循環。空氣換熱獲得的熱量，直接排到環境中。

3.2 直接空氣冷卻系統的組成

直接空冷系統主要由排汽裝置和室外的空冷島組成。排汽裝置主要由大排汽管道、凝結水匯集聯箱、熱水井、熱工儀表等組成?？绽鋶u蒸汽分配管及空冷器散熱器，凝結水、抽空氣管道、空冷變頻風機、空冷風機平臺以、擋風墻及散熱器清洗裝置。另外系統還配備了自動化程度較高的控制系統和安全保護裝置。

4 直接空冷機組真空的影響因素和處理

在直接空冷系統中，熱交換面積確定后，對于空冷機組真空的影響因素有排汽裝置及空冷散熱器泄漏、真空泵運行不正常、疏水泵工作失常導致排汽裝置水位過高、低壓缸軸封密封不嚴等因素外，還決定于以下

因素：

4.1 空氣流量

直接空冷島常用機械強制通風，空氣在風機作用下由空冷島下部流經空冷散熱器向上流出，如果空氣流量過小，也就是空氣流速小，在相同的環境溫度下，換熱量減少，影響排汽的凝結，從而影響機組真空。

4.2 環境溫度

大氣干球溫度影響空冷機組的散熱能力，從而影響機組真空。尤其在夏季氣溫較高時，空冷機組因真空較低而嚴重影響帶負荷能力，此時除了增大空氣流量外，可采用噴濕的方法在一定程度上提高真空。

4.3 散熱器翅片的清潔程度

當散熱器翅片表面臟污嚴重時，就會在散熱器表面形成一層熱阻，影響空冷島的換熱順利進行，從而影響機組真空。此時，要通過進行空冷島散熱器翅片的清洗來降低熱阻，提高真空。因散熱器內是品質較好的汽輪機排汽，所以散熱器翅片內部不會結垢臟污，只需在運行中定期進行散熱器外部清洗即可。

4.4 直接空冷系統的嚴密性

直接空冷機組的真空系統龐大，在設備安裝工程中一定要做好安裝質量檢查和驗收工作。設備全部安裝結束后，應對直接空冷系統進行打風壓試驗，在試驗過程中做好組織工作，做到每一個焊接口、每一個連接法蘭必須檢查到位，以避免機組運行中發生真空系統泄漏事件，影響機組的安全、經濟運行。機組正常投運后，要加強設備及系統的日常維護，按要求定期進行機組的真空嚴密性試驗，試驗不合格，應立即進行分析和進行真空系統查漏，發現泄露點及時消除。

另外，在我國西北地區，冬季最低氣溫已達到-30℃，由于直接空冷機組的散熱片均布置在室外，且直接空冷系統自身的特點，如果在運行中控制不當，很有可能造成空冷散熱器“凍結”。

空冷散熱器在相對穩定工況下，散熱器底部排管先與冷空氣相接觸，散熱器頂部排管后與冷空氣相接觸，底部、頂部排管的蒸汽冷凝區分配是不相同的。如果散熱器頂部管排的冷凝過程會在管子末端結束，而散熱器底部管排首先與冷空氣相接觸，排汽冷凝過程會在管子中間的某一位置結束，其余底部管排就形成排汽冷卻區。在此冷卻區內，凝結水溫度急劇下降，造成凝結水過冷，若此時室外溫度下降較快，很容易造成空冷散熱器“凍結”。

另外，在汽輪機在變工況運行時，做完功的乏汽量也隨著發生變化，若不及時調整空冷風扇的轉速，造成散熱器內的乏汽過度冷卻，將會造成排空氣管管口出現“冰絮”，長時間運行造成部分管束堵塞，管內流體發生停滯。在環境溫度較低的情況下就會發生散熱器“凍結”。

當管子“凍結”后，散熱器換熱面積減少，因此引起機組真空降低。嚴重時會凍裂散熱器使空氣漏入，造成真空急劇下降。

總之，運行中要嚴密監視空冷機組真空，發現真空降低時要根據規定及時降負荷，同時分析真空降低的原因，采取相應的措施。在大風天氣要做好應對熱風再循環的事故預想，夏季保證散熱器翅片的清潔，冬季做好防凍措施，確保機組穩發、滿發，安全經濟運行。

作者簡介：劉東（1972-），男，甘肅永昌人，甘肅電投金昌發電有限責任公司工程師，研究方向：熱能動力設備。

（責任編輯：秦遜玉）