汽轮机直接空冷系统概述.docx

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汽轮机直接空冷系统概述

汽轮机直接空冷系统概述

直接空冷系统亦称为ACC（AirCooledCondencer）系统，

它是指汽轮机的排汽引入室外空冷凝汽器内直接用空气来

将排汽凝结。

其工艺流程为汽轮机排汽通过大直径的排气管

道引至室外的空冷凝汽器内，布置在空冷凝汽器下方的轴流

冷却风机驱动空气流过冷却器外表面，将排汽冷凝为凝结

水，凝结水再经凝结水泵送回汽轮机的回热系统。

直接空冷机组原则性汽水系统

1—锅炉；2—过热器；3—汽轮机；4—空冷凝汽器；5—凝

结水泵；6—凝结水精处理装置；8—低压加热器；

9—除氧器；10—给水泵；11—高压加热器；12—汽轮机排

汽管道；

13—轴流冷却风机；14—立式电动机；15—凝结水箱；17—

发电机

直接空冷系统的空冷岛部分

直接空冷系统的特点

直接空冷系统是将汽轮机排出的乏汽，由管道引入称之为空冷凝汽器的钢制散热器中，由环境空气直接将其冷却为凝结水，减少了常规二次换热所需要的中间冷却介质，换热温差大，效果好。

该系统的主要特点还有：

1、自然界大风的影响比较严重。

在夏季，自然气温普

遍较高，如在这一时段再受到自然大风的影响，必然对机组

的运行产生影响。

各电厂在夏季高温段遇到外界大风时，均

有不同程度的降负荷现象，特别是山西漳山电厂、大一电厂、

大二电厂在夏季高温时段皆因受到大风的影响，出现过机组

跳闸现象。

自然大风影响是一个世界性难题，对直接空冷机组影响

是很大的。

但是，自然大风的影响又是很难人为克服的。

因

此，大一电厂在厂房顶部安装了测风装置采集数据，准备在

进行相关数据分析的基础上，做出空冷机组应对自然大风的

预案，尽量将因大风影响造成的损失降至最低。

榆社电厂、

漳山电厂也准备采取同样的措施。

这种方法是否行之有效，

还有待进一步探讨。

2、机组的真空系统严密性是一个普遍存在的问题。

特

别是有一个奇怪的现象，就是有些电厂在机组刚投运时，空

冷系统的严密性较好，但通过运行一年半载后，出现了反常

现象。

由于空冷机组的真空容积庞大，汽轮机泄漏、安装焊

接等原因，都会在很大程度上影响真空系统的严密性，致使

机组背压提高，增大了煤耗，降低了机组带负荷的能力。

针

对上述情况，各电厂都采取了一些措施，如通过查漏检查，

找到漏点并补漏；调整汽轮机轴端汽封等措施，尽量减小泄

漏量，这些措施都取得了很好的效果。

3、空冷凝汽器污垢问题。

北方地区风沙大、污染较为

严重，再加上夏季电厂周边树木的飞絮、昆虫等（站在风机

桥架上，可看到翅片管、风筒和钢结构上沾有柳絮、蜻蜓、

飞蛾、灰尘），使空冷凝汽器翅片管的翅片间间隙减小，甚

至堵塞，严重影响了空冷凝汽器的通风能力，导致背压升高。

所以，必须通过清洗系统严格、细致、频繁的冲洗，才能保

证空冷凝汽器的性能。

现在，电厂技术人员对清洗系统的使

用持非常肯定的态度，但对清洗系统清洗次数、所用水质有

些看法，参照国外经验，清洗次数一般每年2－3次，而这

几个电厂实际环境空气质量均较差，冲洗次数必然相应增

多。

如某电厂运行一个月后进行了一次清洗，可以简单的说

冲洗后的水非常脏。

4、汽轮机背压变幅大。

汽轮机排汽直接由空气冷凝，

其背压随空气温度变化而变化，我国北方地区一年四季乃至

昼夜温差都较大，故要求汽轮机要有较宽的背压运行范围。

真空系统庞大。

汽轮机排汽要有大直径的管道引出，用空气

作为直接冷却介质通过钢制散热器进行表面换热，冷凝排汽

需要较大的冷却面积，因而导致真空系统的庞大。

5、电厂整体占地面积小。

由于空冷凝汽器一般都布置

在汽机房前的高架平台上，平台下仍可布置电气设备等，空

冷凝汽器占地得到综合利用，使得电厂整体占地面积减少。

6、对于直接空冷机组，由于经汽轮机做完功的蒸汽经

过大型的管道及散热片被强制冷却后变成凝结水，其内表面

积十分庞大，在这一水汽循环过程中与大量的钢表面接触，

在运行过程中凝结水中必然会携带一些铁的腐蚀产物，如不

及时除去，将会在锅炉水管内形成沉积造成危害。

故需设置

凝结水精处理装置。

7、直接空冷系统是将汽轮机排出的乏汽，由管道引入

称之为空冷凝汽器的钢制散热器中，由环境空气直接将其冷

却为凝结水，减少了常规二次换热所需要的中间冷却介质，

换热温差大，效果好。

直接空冷汽轮机的排汽直接由空气冷凝，是蒸汽和空气

之间进行热交换，没有循环水系统，与其它方式的空冷系统

相比较具有如下优缺点。

其优点是：

（1）不需要冷却水等中

间冷却介质，初始温差大；

（2）设备少，系统简单，基建投

资较少，占地少；（3）空气量的调节灵活，冬季防冻措施比

较可靠。

该系统的缺点是：

（1）空冷凝汽器体积比水冷凝汽

器体积大的多，庞大的真空系统容易漏气；

（2）大直径的排

汽管道加工比较困难；（3）直接空冷大多采用强制通风，因

而增加了厂用电量，同时也增加了噪声源。

直接空冷系统的组成

直接空冷系统主要由空冷散热器、风机组（风机、电机、减速箱和变频装置等）、排气管道系统、凝结水系统、抽真空系统、风机配电室、控制系统以及支撑结构等组成。

一期湿冷机组的汽轮机排汽凝结是用循环水的对流换热在凝汽器内交换余热，循环水的热量再经过冷却塔的蒸发散热和对流换热把余热带入大气中，冷却后的水温取决于冷

却塔性能及大气湿球温度，冷却塔出水温度一般在10℃～33℃之间，汽轮机背压在4～11kPa之间。

二期直接空冷机组汽轮机排汽凝结是用空气对流换热交换余热，排汽的余热经过空冷凝汽器与空气对流换热的方式将余热带入大气中的，干冷系统冷却后温度是趋近大气干球温度，由于整个换热过程是在密闭的环境下完成的，所以

工质流失少，节水效果好，但传热效果受环境温度影响较大。

空冷汽轮机的设计背压高于湿冷系统汽轮机的设计背压，而

且背压在运行中随环境温度的变化而变化。

间接空冷系统的

水温与大气干球温度密切相关。

当大气干球温度变化40℃，

冷却水温也变化约40℃。

当工作背压在5～28kPa时，汽轮

机能达到额定功率；汽轮机在最高背压28kPa以上时，则要

根据背压减低机组负荷。

河曲典型年气象条件

厂址标高：

951m；

大气压力：

908.6hPa（平均值）;

年平均气温：

8.2℃；

典型年最高气温：

38.0℃；

典型年最低气温：

-25.9℃；

设计空气温度：

18℃；

极端最高气温

38.4℃

出现时间：

1955.7.23

极端最低气温

-32.8℃

出现时间：

1998

最大冻土深度

141cm

出现时间：

1967.2

最大积雪厚度

13cm

出现时间：

1972.

年最大降水量

715.3mm

出现时间：

1967.

年最小降水量

211.4mm

出现时间：

1965

一日最大降水量100.0mm

一小时最大降水量42.4mm

五十年一遇10米高十分钟平均最大风速V=21.2m/s

二期工程的风向、风速、风频统计结果来看。

厂址处夏

季及全年主导风向为S、SSE，夏季出现频率较多的风向有

S，

其次为SSE风向。

由于本期空冷凝汽器平台距一期冷却塔相隔仅30多米，对本期直接空冷系统产生一定影响；除此而外也会受到炉后和炉后侧向的风的影响。

厂址环境对空冷的影响

地理位置的影响

空冷系统所在的海拔高度将影响空气密度、环境温度和降雨量。

在海拔高度高的地区兴建空冷电厂时，由于空气密度小，要求有更多的空气通过散热器进行热交换，若采用自然通风，就不得不增加塔高；若采用强制通风，则需增加风机所耗功率。

气象条件的影响

1．环境温度影响

发电厂采用直接空冷系统的气象条件参数之一是大气

干球温度ta，采用强制通风的直接空冷系统在空冷凝汽器入

口蒸汽温度ti一定时，大气干球温度ta值的高低影响两侧温

差的大小，在直接空冷系统设计中用一个重要参数——初始

温差ITD（InitialTemperatureDifference）表述，初始温差ITD

的值越大，所需传热面积就越小，对传热越有利；另外，大

气干球温度的月变化还会影响逐月发电量与发电煤耗率的

变化。

因此，大气干球温度有着双重意义，一是设计选用的

大气干球温度td直接影响空冷塔的塔高与空冷散热器的造

价；二是机组在运行时，大气干球温度的高低直接影响发电

标准煤耗率。

在自然环境中，由于大气干球温度处于高温段的持续时

间短暂，若采用所能观测到的最高大气干球温度作为设计干

球温度td，虽然在全年任何时间都能使汽轮机达到额定功率，

但是使空冷散热器装设数量过多，投资激增，经济效益反而下降。

若采用较低设计空气温度，虽然空冷散热器数量可以减少，投资减少，但又会使机组在夏季高温期不能达到额定

功率（出力受限）。

因此，在直接空冷系统的设计中，把ITD作为优化对象，恰当地选择设计空气温度有着重要意义。

适宜的气象条件对空冷机组的运行有利，年平均气温较

低，机组运行比较经济。

但气温低时，也随之带来空冷散热

器内水体容易冻结的问题。

寒冷季节环境气温在0℃及以下

时，散热器有可能由于内部水体冰冻膨胀而破裂，严重时系统循环中断及机组停运。

因此，空冷系统的散热器在寒冷的冬季，必须有完备的防冻措施。

2．风的影响

直接空冷系统多采用机械强制通风，当今大型机组呈A

型的空冷散热器布置在紧靠汽机厂房A列柱外侧的高架独立平台上，它与厂房的主要联系是配汽管道、凝结水管道及

抽真空管道系统，故有人将其称为“空冷岛”。

空冷岛的布置与风向、风速、主厂房朝向及周围建筑物都有密切关系。

风影响直接空冷凝汽器性能的主要因素有：

空冷凝汽器平台通风形状；空冷凝汽器热排气出口离地面高度；风速大小及主风向；强风在空冷凝汽器等周围均匀分布程度等。

不同风速和不同风向对直接空冷凝汽器性能的影响比较敏感，当风速达到3m/s时，由于发生热风再循环现象（经上风向热源加热的空气被风机吸入并加压后再次冷却空冷凝汽器

的现象），导致散热器冷却效果下降，机组运行背压升高。

有先例表明，在不利风向及高风速的作用下会导致机组停运事故。

3．大气逆温层影响

大气逆温层是指从地面至高空的大气对流层，在通常情

况下，每升高100米，大气温度约降低0.6℃，离地面越高，

大气温度越低。

若在某一高度处大气温度反而高于地面温

度，则称该空气层为大气逆温层。

大气逆温层的存在，将导

致空冷岛排热受阻，使得自然通风的抽力减小，空冷岛初始

温差ITD增大，冷却后水温升高，塔出力降低。