國內混合式凝汽器的間接空冷系統的構成及作用

宋彥廷

摘要：本文對國內混合式凝汽器的間接空冷系統內部構成做了較為詳細的分析

關鍵詞：凝汽器；空冷塔；散熱器；支撐鋼

國內混合式凝汽器的間接空冷系統主要由噴射式凝汽器和空冷塔構成并裝有帶百葉窗的冷卻三角在空冷塔內部進行換熱。為實現整個系統的功能，還需要冷卻三角的支撐鋼結構和塔內的其它附屬設備。

一、噴射式凝汽器

噴射式凝汽器是混合式間接空冷系統的主要配套設備。噴射式凝汽器主要靠噴嘴將冷卻水噴出，形成水膜，與汽輪機排汽直接接觸進行熱交換。

1.1外殼

外殼與表面式凝汽器相同，由鋼板焊接面成。由于凝汽器內部處于真空狀態，外部是大氣壓力，外殼要承受100KPa的壓力。為滿足強度要求，除外殼鋼板較厚（12～14㎜）外，在內部還設有加固肋。

由于凝汽器是真空容器，為了保證嚴密性，對外殼的焊接質量要求高。根據焊接部位的重要程度，將凝汽器各部位的焊接要求分為三等，并在設計圖上說明。為便于運輸，制造時將凝汽器適當分段，運到工地再組裝。

1.2水室

水室呈三角形，高約1m，寬0.4。水室的兩側壁上裝有精密鑄造的雙孔鑄鐵噴嘴。噴嘴孔徑為15㎜或13㎜。兩個噴嘴水平間距120㎜，第二行噴嘴與第一行噴嘴錯開30㎜布置，兩行為一組，組間距離300㎜。一般垂直方向設5行（有一組僅一行），至多不超過8行。13㎜噴嘴前冷卻水的壓力為15KPa時，每個噴嘴的噴水量約為5.22m3/h。根據冷卻水量除以每個噴嘴水量，可行出噴嘴數；再根據布置條件，決定水室長度及水室數。每個水室間均用鋼板隔開，以便形成水膜。

1.3后冷卻器

蒸汽與冷卻水進行熱交換被冷卻冷凝為凝結水后，仍殘留著一部分蒸汽-空氣混合物。為了減少熱損失及凝結水損失，用抽氣器將這部分蒸汽-空氣混合物抽入后冷卻器進一步冷卻。冷卻水一小部分經水室進行后冷卻器，利用淋水盤形成的水膜與混合氣體再次接觸而使剩余部分蒸汽凝結。最后，空氣由排空氣口抽出，經抽氣器排入大氣。進入后冷卻器的冷卻水量為總量5%～10%。

1.4熱井

熱井是一個很大容積的空腔，腔內只有支撐外殼的結構。下部出口處裝有粗、細濾。啟動時，濾網可防止污物進入循環水泵，尤其是機組第一次啟動更為必要。正常運行時可取出細網，只用粗網。

1.5支承結構

凝汽器能過喉口部與汽輪機低壓缸直接連接，凝汽器下面為彈簧支座，以承受熱膨脹引起的位移。

二、空冷塔

空冷塔主要功能是布置和支承散熱器及有關管道，完成被冷卻介質（循環冷卻水）與冷卻介質（空氣）之間的熱交換任務，為冷卻散熱器提供足夠數量的空氣流，并保證通過冷卻散熱器實現循環冷卻水與空氣之間的熱量傳遞。空冷塔與濕冷塔差別不大。

三、空冷散熱器

鋁管鋁翅片散熱器也稱為福哥型散熱器，它是混合式間接空冷系統的主要設備。福哥型散熱器的傳熱元件鋁管鋁翅片均為純鋁（99.5%）制成，它具有以下特點：

（1）鋁的傳熱系數比鋼高。在同等條件下，采用鋁制散熱器的片數為鋁制散熱器少。

（2）鋁的相對密度比鋼小，鋁為2.71，鋼為7.85，加之鋁管壁比鋼管壁薄一倍，因此每個鋁管鋁翅片散熱器冷卻三角比鋼管鋼翅片散熱器的冷卻三角輕15t。安裝費用和運輸費用都比較低。

（3）鋁管鉛翅片散熱器加工簡單，鋁的延展性好，容易加工。鋁翅片用沖壓法成型，鋁管與鋁翅片采用脹接，制造速度較快。

3.1福哥型散熱器的結構

福哥型散熱器的傳熱元件是鋁管鋁翅片，現將其組成部件分述如下：

3.1.1管束

管束長4840㎜，寬599㎜。每個管束由60根長4840㎜、φ17.75×0.75㎜圓鋁管和1666片大板翅片及5塊加強板組成。60根鋁管分6排錯列布置。管子及翅片的材料為純鋁，加強板材質為鋁合金。加強板外形似工字鋼。高170㎜，長599㎜，厚6㎜，中間留孔，管子由孔穿過。

3.1.2冷卻柱

每個冷卻柱可由1-4個冷卻元件串聯組成。兩個冷卻元件的管板用螺栓與連接板固定。冷卻柱上下兩端分別與頂部水室及底部水室相連，水室與冷卻元件管板間用U形螺栓固定。組裝冷卻柱時，兩端鋁管連接處均裝有O形橡膠圈密封。下部水室設有進水口與出水口，中間設有隔板，使水流進入一半（三排）管子，至上部水室后折回另三排子，形成雙流程。上部水室留有排氣口，以便連接立管排空氣系統。水室材料為鋁合金，分別焊接制成。冷卻柱標準長度有5、10、15、20m四種。

3.1.3冷卻三角

在一個夾角為60°左右的三角形鋼構架的兩邊固定兩個冷卻住，第三邊為空氣通道。在最低環境溫度低于0℃時，空氣通道上設置百葉窗，用來調節冷卻性能，避免冬季冷卻水溫過低凍壞散熱器。三角形組件是安裝基本單元，因其為三角形，所以稱作冷卻三角，冷卻三角還含有三角形蓋板、底板、四個支承螺柱、四個像膠軟管及軌道等部件。

3.1.4冷卻扇形段

多個冷卻三角沿自然通風冷卻塔外圍豎直布置。為了運行操作調節方便，將這些冷卻三角分成若干組。每組設有進出水母管，母管上裝有電動閥及放水閥。充水系統、放水系統及控制系統均以一組為一個單元。由于每組冷卻三角在塔內呈扇形布置，故簡稱冷卻扇形段。

四、百葉窗

防止因凍壞散熱器而影響機組正常發電運行的防凍措施多種多樣，但用得最多和最有效的是裝設進風側百葉窗。

散熱器充水、排水、分段運行時，都可通過調節百葉窗的開度來控制循環水的溫度。通過調節百葉窗的開度可調節冷卻負荷的范圍達其設計值的5%。環境最低溫度在0℃以下的電廠，其散熱器應裝設百葉窗。

百葉窗的控制裝置，以前多采用線性操縱器，即力桿與每一窗葉相聯的連桿長度相同，這樣當力桿動作時，整個百葉窗每一窗葉的開啟程度都相同。通過大量的試驗研究發現，由于百葉窗很高（可達15-20m），所以當百葉窗的上部窗葉和下部窗葉開啟同一角度時，下部窗葉平面已與氣流方向相切，但上部窗葉平面與氣流方向仍呈一交角，實際下增加了氣流阻力。現改為非線性操縱機構設計，使力桿動作時窗葉開啟的角度從下向上依次遞減，有效地降低了氣流阻力。

五、支撐鋼結構

鋼結構是支撐部件，是空冷器的剛性“骨架”。鋼結構的高度與三角形高度對應，亦有10m、15m和20m三種常用規格。鋼結構由柱、梁和拉桿等零部件螺接而成，是三角形框架式結構，夾角～60°。其迎風側安裝百葉窗，其柱和梁所組成的左、右長方框格內分別安裝左式冷卻柱和右式冷卻柱，并且使冷卻柱成～60°夾角。鋼結構的結構設計應滿足：鋼結構的功能要求；承載的安全性；結構簡單、輕便，便于組裝、運輸和安裝。柱體是用4mm厚的鋼板滾壓成型，其異形截面設計完全是為了滿足鋼結構的功能要求（圖八：支撐鋼結構）。