直接空冷技术原理及其应用现状

直接空冷技术原理及其应用现状

吕建春

（上海交通大学广西南宁530000）

摘要：我国是一个煤炭资源丰富、水资源短缺的国家，存在着严重的“富煤缺水”问题，直接空冷技术的使用，不但可以降低环境污染、减轻能源消耗而且还能降低用水量、节约水资源。由此可见，直接空冷技术在活火力电厂发电上起着不可替代的作用。

关键词：直接空冷；原理；空冷凝汽器；应用现状

1火力发电厂排汽的冷凝方式

1.1湿式冷却方式

湿式冷却方式分直流冷却和冷却塔2种。湿式直流冷却一般是从江、河、湖、海等天然水体中汲取一定量的水作为冷却水，冷却工艺设备吸取废热使水温升高，再排入江、河、湖、海。当不具备直流冷却条件时，则需要用冷却塔来冷却。冷却塔的作用是将挟带废热的冷却水在塔内与空气进行热交换，使废热传输给空气并散入大气。

1.2干式冷却方式

在缺水地区，补充因在冷却过程中损失的水非常困难，采用空气冷却的方式能很好地解决这一问题。空气冷却过程中，空气与水（或排汽）的热交换，是通过由金属管组成的散热器表面传热，将管内的水（或排汽）的热量传输给散热器外流动的空气。当前，用于发电厂的空冷系统主要有3种，即直接空冷系统、带表面式凝汽器的间接空冷系统（哈蒙式空冷系统）和带喷射式（混合式）凝汽器的间接空冷系统（海勒式空冷系统）。直接空冷就是利用空气直接冷凝从汽轮机的排气，空气与排气通过散热器进行热交换。海勒式间接空冷系统主要由喷射式凝汽器和装有福哥型散热器的空冷塔构成，系统中的高纯度中性水进入凝汽器直接与凝汽器排汽混合并将加热后的冷凝水绝大部分送至空冷散热器，经过换热后的冷却水再送至喷射式凝汽器进行下一个循环。极少一部分中性水经过精处理后送回锅炉与汽机的水循环系统。哈蒙式间接空冷系统又称带表面式凝汽器的间接空冷系统，在该系统中冷却水与锅炉给水是分开的，这样就保证了锅炉给水水质。哈蒙式空冷系统由表面式凝汽器与空冷塔组成，系统与常规的湿冷系统非常相似。

2直接空冷系统的工作原理

汽轮机排汽在空冷凝汽器中被空气冷却而凝结成水，排汽与空气之间的热交换是在表面式空冷凝汽器内完成。在直接空冷换热过程中，利用散热器翅片管外侧流过的冷空气，将凝汽器中从处于真空状态下的汽轮机排出的热介质饱和蒸汽冷凝，最后冷凝后的凝结水经处理后送回锅炉。图1为直接空冷系统工作流程图。

图1直接空冷系统工作流程图

汽轮机排汽经大口径排汽管引出，分为数路到空冷凝汽器配汽管，然后在换热管中与空气换热凝结成水。部分配汽管上入口处装有蝶阀，可根据运行情况开关。三角架换热面下方的轴流风机使空气流动速度加快，加强换热，节约了受热面投资。为防止冬季受热面结冻，直接空冷系统一般都设有逆流凝结段，如图2所示：在逆流段，蒸汽自下而上流动，凝结后的水自上而下流动，这样凝结后的水还会吸收部分蒸汽的热量，防止因过冷而结冻。

图2直接空冷系统抽空气流程图

3直接空冷系统的优缺点

3.1直接空冷系统的缺点

（1）汽轮机背压范围窄

汽轮机作为直接空冷系统机组的重要组成部分，其工作能力直接影响机组整体功能的发挥。其中，汽轮机存在的一个缺点就是背压范围窄。如：直接空冷系统是利用空气冷却汽体，但是空气热容量远远小于水，冷却能力低，当汽轮机背压在超出设计范围时，汽轮机将被迫降低出力，影响机组效率。

（2）热空气再循环影响冷却效果

直接空冷系统采用的是空冷强制通风，当机组在夏天运行时，热气出口的空气可能被空气入口吸入进行再循环，这种热空气的再循环会严重影响凝汽器的冷却效率。因此，这也是直接空冷系统存在的一个缺点。

3.2直接空冷系统的优点

（1）用水量小。

我国是一个水资源短缺、煤炭资源丰富的国家。在现今的火力发电厂中，一般采用的是湿冷却方式，这种方法的缺点就是需要使用过多的水，据统计，冷却塔的蒸发损失量很大，约占全厂耗水量的90%以上。然而使用直接空冷系统就降低了用水量，这是因为，它采用的是空气冷却，从而减少了中间的水冷过程。同使用水冷凝方法相比，采用直接空冷技术会节水70%以上。

（2）整体经济性较高。

从短期看，虽然直接空冷系统机组的造价很高、而且工作中热耗率也很高，但是从长远利益看，我国水资源日益紧张、水价不断提高、而且受到环保要求的限制，使用直接空冷系统是非常经济的，因此，可以说整体经济性较高。

水冷凝汽器系统中含有循环冷却水塔和循环水泵房，它们占地面积十分大。但是同其比较，直接空冷系统组成简单，不含循环冷却水塔和循环水泵房，只需建在厂房外，利用厂房与升压站空间，所占空间十分小。

（4）使用安全、工作效率高。

直接空冷机组不是一个整体，而是将整个系统划分为若干个单元，每个单元独自工作、独自发挥功能，这样划分的优点就是当某个单元出现问题，维修人员可以将出现故障的单元与整体隔离，而不至于影响整个系统的工作。因此，可以说，使用安全，工作效率高。

4直接空冷凝汽器的应用现状

4.1国外直接空冷系统的应用现状

电厂直接空冷技术应用已经有几十年的历史，并且发展较快，至今为止已运行的直接空冷机组超过800台，最大的直接空冷机组容量达665MW。在国际上，伊朗、美国和南非空冷机组应用最广泛，如：伊朗新建火电机组的2/3采用空冷技术。由此可见，直接空冷技术发展空间十分宽阔，且发展前景良好。

4.2国内直接空冷系统的应用现状

在20世纪60年代，我国开始了直接空冷系统研究工作。而且随着空冷系统研究工作的进行，近些年，我国已经投资运行了很多直接空冷系统机组，实践证明效果良好。尤其是在我国华北、西北地区，煤炭资源丰富，淡水资源短缺，这从人均淡水拥有量仅为全国平均水平的1/4就可以看出。然而火力电厂发电急需水资源，“富煤缺水”现象已经成为我国华北、西北地区亟待解决的问题。为此，我国大力发展直接空冷技术。而且空冷技术不但可以缓解水资源短缺的问题，还可以降低环境污染、减轻能源消耗。由此可见，直接空冷技术发展空间十分广阔。

5结语

我国是一个水资源缺乏的国家，淡水资源尤其匮乏，直接空冷技术在节约用水、降低耗水量、降低能耗等方面发挥着不可替代的优势，它将是我国经济持续发展的必行之路。

参考文献：

[1]浅析直接空冷技术及应用现状[J].于洋.中国新技术新产品.2013（08）

[2]直接空冷技术原理及其应用现状[J].张虎平，景鑫，赵钧.内蒙古石油化工.2013（02）

[3]对直接空冷技术问题的探讨[J].王军.中国新技术新产品.2013（10）

作者介绍：

吕建春（1984.12.24），性别：男；籍贯：陕西；民族：汉；学历：本科、学士、在读硕士；职称：工程师；职务：技术管理主管；研究方向：核电新项目，前期选址；单位：中广核工程有限公司