直接空冷技術原理及其應用現狀

李國臣

摘 要：當前時期，我們國家的水資源非常緊缺。這在一定程度上帶來了很多的負面影響，比如導致火電廠的運作受到極大的干擾。這主要是因為火力發電的過程需要使用水來冷卻。對此，人們開始積極研究新的冷卻方式，比如空氣冷卻法。實踐證明空氣冷卻較之于常見的濕冷技術來講，能夠節省三分之二的水。目前，我們國家的火力發電行業開始普遍使用空氣冷卻代替傳統冷卻。在過去的時候，對于那些煤炭資源富足但是水資源缺乏的區域來講，建設火力發電站根本是不可能的，然而今時今日這全都迎刃而解了。同時，該冷卻方法還具有非常明顯的生態效益。在這個前提之下，文章具體分析了直接空冷技術相關的內容。

關鍵詞：直接空冷；應用現狀；分析

中圖分類號：TM621 文獻標志碼：A 文章編號：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，我們國家的東北、西北等區域的煤礦數量較多，產能很大，不過其水資源相對于南方來講要匱乏很多，這就直接導致上述區域的電力行業發展受到極大地阻礙。其中火電廠的運作尤其離不開水資源，其需要消耗的水資源占據到總體的耗水量的百分之二十。正是因為水資源的缺乏導致我們國家的很多區域的電力事業無法開展，工業以及農業等工作受到極大的阻礙，嚴重干擾到廣大群眾生活質量的提升。通過無數的實踐我們發現，如果在火力發電的過程之中使用空氣冷卻方法的話會產生非常明顯的效益，能夠節約三分之二的水源，在同等的水資源背景之下，較之于之前來講，其裝機容量超出三倍之多，有著非常顯著的經濟效益以及社會價值，受到國內外專家學者的廣泛關注。筆者在這個前提之下，具體闡述了直接空冷技術的原理以及特點和冷凝器發展過程等內容。

1 空冷系統運行原理以及構成要素簡述

1.1 原理分析

對于直接空冷系統來講，其運作的過程中主要依靠空氣進行冷卻，不需要依靠水為媒介，能夠明顯的節省水資源。具體來講，汽輪機運行形成的氣體經由排汽管被分成數路釋放到配氣管中，然后借助換熱管和空氣換熱，此時就會冷凝成水。一般來講，配汽管的上方都安裝有蝶閥，在具體運作的時候可以結合實際情況開啟或是閉合。在三腳架的下方設有軸流風機，它存在的意義是為了加快空氣流動的速度，強化換熱力度，具有顯著的經濟效益。為了避免冬天氣溫過低導致受熱面凝固，通常都會在系統中設置逆流的凝結段，在此區域，蒸汽會以從下到上的方向流動，而凝固之后的水會從上往下流動，此時凝結之后的水會吸收一些熱能，避免因為溫度過低而發生冰凍現象。

1.2 系統組成及特點

空冷系統由如下幾部分組成：（1）汽輪機低壓缸排汽管道；（2）空冷凝汽器管束；（3）凝結水系統；（4）抽氣系統；（5）疏水系統；（6）通風系統；（7）直接空冷支撐結構；（8）自控系統；（9）清洗裝置。

2 各系統組成要素的特征

2.1 排汽管道

一般來講，對于容量較大的機組來說，它的排汽管的尺寸非常寬，南非Matimba電站665MW直接空冷機組為2缸4排汽，采用2XDN5000左右直徑管道排汽，通過比對我們國家的一些空冷站可知，300MW機組排汽管道直徑在DN5000多，600MW機組排汽管道在DN6000左右。排汽管道從汽機房A列引出后，排汽母管橫向布置。

2.2 空冷凝汽器的冷卻裝置

2.2.1 A型架構。一般雙排管束由鋼管鋼翅片所組成，為防腐表面渡鋅。單排管為鋼管鋁翅片。endprint

2.2.2 冷卻元件。所謂的冷卻元件即我們平時所說的翅片管，它是系統最為關鍵的存在要素，它的性能會對整個系統的運作產生極大的影響。

2.2.3 雙排管的構成。橢圓鋼管鋼翅片，管徑是100*20mm的橢園鋼管，纏繞式套焊矩形翅片，它的兩側是半圓形狀的，中心為長方形。一般來講，先接受到空氣一方的里側的翅片距為4mm，外側為2.5mm。

2.2.4 散熱單元布置每臺機組布置成垂直、平行汽機房方向，有列、行之分。300MW機組布置6列4行或5行單元數，單元總數為24或30；600MW機組布置8列6行、7行或8行單元數，單元總數有48、56、64散熱單元。

2.3 抽氣系統

通常來講，在逆流管的上方設有排氣口，它和抽氣泵聯通。

2.4 凝結水系統

冷卻單元下端集水箱，從翅片管束收集的凝結水自流至平臺地面或以下的熱井，通過凝結泵再將凝結水送往凝結水箱并送回熱力系統。

2.5 通風系統

目前我們國家的空冷體系在散熱的時候多是使用強制通風模式，對于那種大型號的機組來講，其使用的多是尺寸較寬的風機，按照速度來分風機類型有三種，分別是單速以及雙速和變速。在實際工作中，可以依據具體情況合理選擇方案。通過實踐可知，在我們國家的嚴寒區域以及晝夜溫度差值較大的區域，使用變速風機的效果更好，而且還能夠降低電能耗損。

2.6 自控系統和清洗裝置

一般來講，散熱器都會配有專門的清洗裝置，以此來清理管子上面殘存的污物。

2.7 支撐結構

對于空冷系統來講，其主要的承重裝置是支撐結構。它的上方是鋼架，下方是混凝土結構，整個結構的規模很大，會受到各種外力的影響。

3 直接空冷系統的特點

3.1 優勢簡述

通過分析可知該系統的優點非常明顯。接下來具體論述：所需的水量較少，占用的土地規模小，經濟價值非常明顯。站在投資的層面上來看的話，雖說它所需的成本較高，運行時所需的熱量較高，不過從長遠來看，對于我們國家的煤炭資源富足的區域來講，建設電廠需要的資金較之于水源充足的區域運送煤炭的費用要少很多，而且能夠節省水資源。所以，該系統的總體效益較之于水冷系統來講更加明顯，不但能夠節省水資源，而且有著較為顯著的社會效益。

3.2 缺點分析

雖然說機組有著很多的優點，不過這并不表示其沒有任何的缺陷存在，相反它存在一些不利點，干擾到系統的總體運行。具體來講，機組存在較高的背壓，而且變化明顯。所處區域的氣溫會影響到機組的背壓，個別區域的機組受到環境的影響，在冬天的時候后其背壓會下降到設計數值的三分之二之下，在夏季的時候該數值會上升到百分之二百之上。所以，我們在設計的時候一定要確保汽輪機符合背壓需要。雖說它能夠適應背壓變化所需，不過在特殊時段內，一旦背壓大于設計數值的話，設備運行將會受到極大影響。而且，設備運行時會產生較大的噪音，風機維護需要強大的動力，維護工作復雜等都是其目前存在的不利點。

4 直接空冷技術的發展現狀

早在數十年以前人們就已經開始使用空冷技術。經歷了長久的發展之后，該技術已經越發成熟。如果按照材料來劃分的話，它的散熱器可以分成鋁管鋁翅、鋼管鋁翅以及鋼管鋼翅3種。如果按照結構來劃分的話可以分成如下四類：圓形鋁管鑲鋁翅片、熱浸鋅橢圓鋼管套矩形翅片、大直徑熱浸鋅橢圓鋼管套矩形翅片、大直徑扁管焊接蛇型鋁翅片。直接空冷技術的發展主要是圍繞直接空冷凝汽器管束進行的，目前空冷凝汽器所用的翅片管基本上是表面鍍鋅的橢圓形鋼管加鋼質翅片或圓形的鋼管加鋁翅片。上世紀中期，該技術尚處在發展的初級階段，由于工藝方面的影響，管徑非常小，而且管排數量多。正是因為管排數量多，導致蒸汽流存在死區，無法很好地利用換熱面積，而且在冬季的時候會結冰。所以，直接空冷技術當時基本上都在單機容量比較小的發電機組上使用。上個世紀的中后期，我們國家的翅片管的制造工藝有了非常明顯的提升，不論是其寬度亦或是長度等都有所增加，而且管排的數量也開始減少，此時單排管被大量的運用。比對可知，該管有著非常多的優點。比如能夠很好地利用它的換熱面積，不會發生冰凍現象，生產工藝簡單，所需的費用較少等等。

5 應用前景

進入到新的發展階段之后，我們國家的火力發電行業將朝著全新的方向發展，其更加注重環保以及節水。當今社會水資源非常匱乏，這直接干擾到火力發電行業的發展。在這個背景之下，空冷技術開始被廣泛運用。該技術不但可以被運用到水資源缺乏的區域，即便是對于水資源富足的區域來講，出于環保的目的也應該大力發展空冷技術。目前該技術還被大量的運用到其他的領域之中，實踐證明效果良好。總的來講，由于我們國家屬于缺水型國家，因此大力發展空冷技術迫在眉睫。

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