发电厂空冷技术11.doc

1、- 1 -发电厂空冷技术简要介绍的内容第二部分 发电厂空冷系统的方式第三部分 空冷技术在发电厂的应用场合及技术经济特性第四部分 发电厂空冷与环境第五部分 发电厂空冷技术的应用概况及其发展趋势第一部分 概 述凝汽式燃煤电厂生产过程，见图 1-2 所示。汽轮机做功后的乏汽，需经汽轮机凝汽设备冷却为凝结水，然后由凝结水泵送至回热系统。当今，汽轮机凝汽设备的冷却方式主要分为湿式冷却系统（水冷系统）和干式冷却系统（空气冷却系统）两大类。采用湿式冷却系统的电厂称为湿冷电厂，其冷却系统主要有开式冷却系统（亦称直流供水）和闭式冷却系统（亦称循环供水）之分。以江、河、湖、海和水库的水作为冷却水的供水系统是湿式开

2、式冷却系统，图 1-2 示意的就是以河水作为冷却水的开式冷却系统。水资源充沛的地区，采用开式冷却居多。开式冷却系统缺点：在夏季高温期，排水温度较高，对环境产生热污染，生态平衡易受到破坏。采用湿式冷却塔，冷却水在凝汽器与冷却塔之间进行循环的冷却方式是湿式闭式冷却系统。具有湿式闭式冷却系统机组的热力系统见图 1-1 所示。水资源不太充沛的地区，采用闭式冷却居多。闭式冷却系统缺点：冷却水的表面蒸发和排污约占全厂耗水量的 65%以图 1-1 闭式湿式冷却系统示意图- 2 -图 1-2 凝汽式燃煤电厂生产过程示意图开式冷却系统上，冷却系统耗水量大，易形成和国民经济其它部门争水的现象，过度的耗水，导致区域

3、性水资源供需矛盾突出，甚至使生态环境遭到永久性破坏。随着世界各国经济的迅速发展和人类物质文明生活水平的不断提高，大型火力发电厂及大容量单元机组的投运面临着更为迫切、严格的要求，对发电厂的耗水量、烟尘排放量、冷却水废热造成的大气和自然水资源污染、生态平衡破坏规定了严格的限制标准。因此，人类在大规模开发能源、发展电力工业的同时，开始认识到迅速、有效地缓解用水矛盾，控制消除污染后果的重要意义，并研究、开发了用空气作为冷却介质冷凝汽轮机排汽的空气冷却系统。汽轮机排汽空气冷却方式作为火力发电厂的一种冷却方式，早在上世纪 30 年代就引起了一些国家的重视，并在其后的几十年中相继成功地建造了一批空气冷却电厂

4、，使发电厂空气冷却方式日趋成熟与完善，并逐渐形成了研究空冷新装置及其使用的一系列技术，即发电厂空冷技术。发电厂采用翅片管式的空冷散热器，直接或间接用环境空气来冷凝汽轮机的排汽，称为发电厂空冷。采用空冷技术的冷却系统称为空冷系统（或称干冷系统） 。采用空冷系统的汽轮发电机组称为空冷机组。采用空冷系统的发电厂称为空冷电厂。发电厂汽轮机排汽空冷技术的应用和发展为在严重缺水的煤矿和电力负荷中心区域建设大型火力发电厂开辟了一条经济、安全、可靠的途径；也为水资源丰富区域保持生态平衡、避免江河水资源污染创造了有利条件。第二部分 发电厂空冷系统的方式根据汽轮机排汽凝结方式的不同，用于发电厂的空冷系统可分为直接

5、空冷系统和间接空冷系统两种方式 。一、直接空冷系统直接空冷系统，又称空气冷凝系统。汽轮机排汽经粗大排汽管道送至室外布置的空冷凝汽器的翅片管束中，冷却空气（通常由机械通风方式供应）在翅片管外流动将管内的排汽凝结，得到的凝结水由凝结水泵送至回热系统，其流程如图 1-3 所示。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

6、，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。二、间接空冷系统根据凝汽器型式的不同及所采用冷却介质的不同，间接空冷系统习惯可分为具有混合式凝汽器的间接空冷系统、具有表面式凝汽器的间接空冷系统和采用冷却剂的间接空冷系统三种方式。近年出现了将前两种间接空冷系统设备重组的间接空冷系统，并称其为SCAL 间接空冷系统，本书仍将其归属于具有表面式凝汽器的间接空冷系统进行论述。（一）具有混合式凝汽器的间接空冷系统图 1-3 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

7、置；7凝结水升压泵；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；16除铁器；17发电机具有混合式凝汽器的间接空冷系统又称海勒式间接空冷系统。汽轮机排汽，在混合式凝汽器中与喷嘴喷射出来的冷却水形成的水膜，直接接触进行换热凝结，蒸汽凝结水与冷却水混合在一起，除用凝结水泵将其中约 2%的水送回到回热系统外，其余的水用循环水泵送到干式冷却塔中装设的散热器中，由空气进行冷却，然后通过调压水轮机回收部分能量后又被送回到混合式凝汽器中进入下一个循环，其流程如图 1-4 所示。海勒式间接空冷系统是以水为冷却中间介质，冷却水在混合式凝汽

8、器、空冷塔周边安置的散热器、循环水泵、水轮机及管道组成的基本呈密闭的系统中循环，它只作为热交换（ 中 性 除 盐 水 水 质 ） 补 充 水图 1-4 海勒式空冷机组原则性汽水系统1锅炉；2过热器；3汽轮机；4喷射式凝汽器；5凝结水泵；6凝结水精处理装置；7凝结水升压泵；8低压加热器；9除氧器；10给水泵；11高压加热器；12冷却水循环泵；13调压水轮机；14全铝制散热器；15空冷塔；16旁路节流阀；17发电机 下 热 空 气冷空气冷空气（ 碱 性 除 盐 水 水 质 ）图 1-5 哈蒙式空冷机组原则性汽水系统1锅炉；2过热器；3汽轮机；4表面式凝汽器；5凝结水泵；6凝结水精处理装置；7凝结水

9、升压泵；8低压加热器；9除氧器；10给水泵；11高压加热器；12冷却水循环泵；13膨胀水箱；14全钢制散热器；15空冷塔；16除铁器；17发电机的一种载体，没有蒸发损失。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）混合式凝汽器体积小，可以布置在汽轮机的下部；（2）汽轮机排汽管道短，真空系统小，保持了水冷的特点；（3）可与中背压汽轮机配套，煤耗率较低。其缺点是：（1）设备多，系统复杂，设备布置比较困难；（2）由于采用了混合式凝汽器，系统中的冷却水量相当于锅炉给水的 40 倍，这就需要大量的与锅炉水质一样的水，从而增加了水处理费用；（3）自动控制复杂，全铝制散热器的防冻性能差，冷却效

10、果受风的影响大。（二）具有表面式凝汽器的间接空冷系统1哈蒙式间接空冷系统具有表面式凝汽器、散热器通常在塔内呈倾斜布置的间接空冷系统又称哈蒙式间接空冷系统。这种空冷系统由表面式凝汽器和空冷塔中安置的散热器构成，并在空冷系统回路中设置了对冷却水膨胀起补偿作用的膨胀水箱。经空冷散热器冷却后的低温冷却水在表面式凝汽器中，通过金属管壁与汽轮机排汽进行对流换热，水蒸汽在金属管壁凝结后，凝结水汇于凝汽器底部热井，由凝结水泵送回汽轮机回热系统。温度升高的冷却水经循环水泵送入自然通风塔，在空冷散热器中与空气对流换热，冷却后的循环水再送回到表面式凝汽器中冷却汽轮机排汽，完成一个闭路循环，其流程如图 1-5 所示。

11、哈蒙式间接空冷系统是以水为冷却中间介质，冷却水在表面式凝汽器、空冷塔内部安置的散热器、循环水泵及管道组成的基本呈密闭的系统中循环，它只作为热交换的一种载体，没有蒸发损失。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）设备少，系统比较简单，节约厂用电；（2）冷却水系统与汽水系统分开，两者水质可按各自要求控制；（3）散热器在塔内通常呈倾斜布置，带负荷能力受大风的影响小。该系统的缺点是：（1）冷却水必须进行两次热交换，传热效果差；（2）在同样设计气温下，汽轮机背压较高，导致经济性下降；（3）如果保证同样的汽轮机背压，则投资会相应增大。2SCAL 间接空冷系统14这种空冷系统更像是哈蒙式间

12、接空冷系统的无塔系统和海勒式间接空冷系统的空冷塔结合构成，称其为 SCAL 间接空冷系统。该系统由不锈钢管的表面式凝汽器和空冷塔底部垂直布置的福哥型铝管铝翅片散热器组成，并在空冷系统回路中设置了对冷却水膨胀起补偿作用的膨胀水箱。经空冷散热器冷却后的低温冷却水在表面式凝汽器中，通过金属管壁与汽轮机排汽进行对流换热，水蒸汽在金属管壁凝结后，凝结水汇于凝汽器底部热井，由凝结水泵送回汽轮机回热系统。冷却水在自然通风塔周边垂直布置的空冷散热器中与空气对流换热，冷却后的循环水经循环水泵再送回到表面式凝汽器中冷却汽轮机排汽，完成一个闭路循环，其流程如图 1-6 所示。采用表面式凝汽器和福哥型铝管铝翅片散热器

13、的 SCAL 间接空冷系统，是一种优化型的空冷系统。其特点是：（1）冷却水在循环过程中完全为密闭循环运行，不产生水的损耗，理论上该系统耗水为零，是一种节水型的冷却水系统；（2）该系统采用表面式凝汽器，冷却水与凝结水有各自的系统，水质按各自的标准处理，冷却水系统采用除盐水，且闭式运行，凝汽器管束内结垢堵塞的情况几乎没有，提高了表面式凝汽器的换热效率；（3）表面式凝汽器采用不锈钢管，福哥型散热器为铝材质，控制循环水系统的 pH 值，可以成功控制两种材质的腐蚀速率，保证使用寿命；（4）循环水系统处于密闭状态，循环水泵扬程低，消耗功率少，取消了水轮机和调压装置；（5) 采用铝管铝翅片散热器，换热效果好

14、，散热器面积较小，冷却三角垂直布置在空冷塔外围，空冷塔体型小；（6）系统简单，操作方便，基建投资省。（三）采用冷却剂代替水的间接空冷系统这种冷却方式是采用低沸点工质（如氟里昂、氨甲基丙二醇、丁二醇等）代替水作为图 1-6 SCAL 间接空冷机组原则性汽水系统1锅炉；2过热器；3汽轮机；4表面式凝汽器；5凝结水泵；6凝结水精处理装置；7低压加热器；8除氧器；9给水泵；10高压加热器； 11膨胀水箱；12冷却水循环泵；13铝管铝翅片散热器；14空冷塔；15发电机 中间冷却介质，其流程如图 1-7 所示。低沸点冷却介质与空气进行热交换可以省去循环水泵、系统比较简单、传热性能好。但冷却剂价格昂贵，还有

15、一些其它问题有待进一步解决。因此，目前这种冷却系统尚处于探讨之中，虽然有一些文章对此进行了论述，但是无大型机组应用实例报道。第三部分 空冷技术在发电厂的应用场合及技术经济特性一、空冷技术的应用场合（一）建造空冷电厂的场合（1）缺水的煤矿坑口或靠近电力负荷中心处，由于水源地限制而无法建造湿冷电厂的场合。（2）由于生态环保要求，不宜建造直接开式或闭式湿冷电厂的场合。（3）老电厂扩建受到水源地和扩建场地限制的场合。（二）空冷技术的应用场合（1）带基本负荷的电厂。直接空冷系统、海勒式间接空冷系统、哈蒙式间接空冷系统在带基本负荷的电厂均得到了广泛的应用。直接空冷系统目前采用的单机最大容量为890MW（巴

16、林国） ，海勒式间接空冷系统目前采用的单机最大容量为 325MW（伊朗国） ；哈蒙式间接空冷系统目前采用的单机最大容量为 686MW（南非国） 。只要能建造湿冷机组的地方，无论纬度高低、气候干旱与湿润等都可建造空冷机组。（2）调峰电厂。调峰电厂的特点是机组启停频繁，设计空冷系统时，宜采用铝管铝翅片散热器的海勒式间接空冷系统。因为该系统散热器铝管内表面在制造厂已进行过防腐处理，可适应频繁启停工况的干湿变化。（3）老电厂扩建。老电厂扩建增容时，水资源往往难于解决，可考虑采用空冷系统。若老电厂场地狭窄，可采用直接空冷系统，将空冷凝汽器布置在汽轮机厂房的屋顶上，图 1-7 采用冷却剂代替水的间接冷却系

17、统1汽轮机；2表面式凝汽器；3凝结水泵；4散热器； 5自然通风塔；6汽液分离器；7发电机减少占地面积；若老电厂有湿冷塔群，可将部分湿冷塔改造为辅助通风的空冷塔，采用哈蒙式间接空冷系统。（4）核电站。效率较高的直接氦循环高温气体冷却堆核电站可以使用空冷技术。目前国外已投运的核电站空冷系统，多采用具有表面式的哈蒙式间接空冷系统。二、空冷电厂的总体特点 当发电厂采用空冷系统后，对整个发电厂的生产工艺流程有重大影响。现将空冷电厂的总体特点简述如下。（1）改变厂址选择条件。空冷电厂全厂耗水量按设计装机容量计算约为 0.3 0.35m3/ (GWs)，因而厂址的选择基本上不受水源地的限制，避免以水定厂址、

18、以水定容量规模等问题，在缺水的煤矿坑口和靠近负荷中心区建造大容量发电厂成为可能。（2）空冷设备地位重要。空冷电厂所需的散热器体积庞大，价格昂贵，以成为电厂的主要设备之一。（3）节约用水。当今，湿冷电厂的全厂耗水量约为 1 m3/ (GWs)，空冷电厂可以节约湿冷电厂全厂耗水量的 65%以上，是火电厂节水量最多的一项技术。同时缩小了电厂水源工程建设规模，降低了水源工程投资费用。（4）减轻对环境的污染。由于空冷电厂没有逸出水雾汽团，不发生淋水噪声，更没有冷却水对天然水体的排放，减轻对环境的污染。（5）大幅度减少发电厂的占地面积成为可能。当采用直接空冷系统时，不仅可以取消湿冷系统的大型湿冷塔、水泵房

19、、深埋地下管线等占地面积，还可以在空冷凝汽器装置平台下面布置电气变压器，充分利用主厂房 A 列外侧空间。当采用海勒式间接空冷系统时，有可能将主厂房或湿法烟气脱硫系统、烟囱布置在空冷塔内。（6）空冷装置需要较大的施工组装场地和较为复杂的调试措施。（7）空冷电厂的带负荷能力受环境风向、风速、风温的影响大。（8）空冷发电厂的全厂热效率较低，发电标准煤耗率也大。三、空冷系统的共同特点（1）空冷系统的传热学特点是低温位、小温差、特大散热量的空气冷却热交换。（2）空冷系统属密闭式循环冷却系统，对水质的要求严格。（3）空冷系统需配置高、中背压空冷汽轮机。（4）空冷系统的冷却性能受环境（气温、风向、风速）的影

20、响很大，导致空冷机组汽轮机背压变化增大，汽轮机设计背压比湿冷机组提高很多，运行背压范围也比湿冷机组大一些。（5）空冷系统的散热器在寒冷的冬季，必须有完备的防冻措施。（6）空冷系统的自动化程度比湿冷系统有大幅度的提高。（7）空冷系统的基建投资和年运行费用（水价低的情况）都高于湿冷系统。四、不同空冷方式的工艺系统特征直接空冷系统、具有混合式凝汽器的间接空冷系统、具有表面式凝汽器的间接空冷系统的工艺系统特征见表 1-1 所示。表 1-1 不同空冷方式的工艺系统特征序号 工艺系统特征 直接空冷系统 具有混合式凝汽器间接空冷系统 具有表面式凝汽器间接空冷系统1 火电厂冷端换热换热仅有一次，通过空冷凝汽器

21、，空气和蒸汽进行换热，属表面式换热。换热有两次，一是凝汽器内蒸汽冷凝，属混合式换热；二是空冷塔冷却水冷却，属表面式换热。换热有两次，一是凝汽器内蒸汽冷凝，属表面式换热；二是空冷塔冷却水冷却，属表面式换热。2 主管道内流动的介质 输送饱和蒸汽。 输送呈中性的高纯度除盐水。 输送呈碱性的高纯度除盐水。3 工艺系统的真空容积 真空容积大，约为间接空冷系统的 30 倍。 真空容积小。 真空容积较小。4 空冷散热器排出空气 设置抽真空系统，不凝结气体由真空泵抽出。 设置排空气系统，空气以微正压方式排出。 设置排空气系统，空气以微正压方式排出。5 出口介质温度的控制与防冻靠风机变速调节或改变风机运行台数调

22、节进入散热器的风量。靠塔上百叶窗开度调节进塔空气量，或改变投入的散热器段数进行调节。靠塔上百叶窗开度调节进塔空气量，或改变投入的散热器段数进行调节。6 凝结水处理 设置凝结水精处理装置和除铁装置。 设置凝结水精处理装置。 设置凝结水精处理装置，哈蒙式还设除铁装置。7 变工况运行 调节风机运行台数和转速。 循环水泵两台或单台运行。 循环水泵变速运行适用热负荷与环境温度变化。五、空冷机组的技术经济特性空冷机组的技术经济特性包含设计参数、技术条件、经济因素等多个方面，涉及的因素比较复杂，纵观一些文献从不同角度的分析比较，由于受到资料的不完善、不精确、不同国家国情不同、比较基准不统一等因素的影响，其分

23、析比较结论存在一定差异。本文选择某些内容进行比较分析，供读者参考借鉴。（一）空冷机组和湿冷机组的比较空冷机组比湿冷机组的背压高，其循环热效率约低 5%；空冷机组的厂用电率高，其热耗一般比湿冷机组高 6%9%；空冷机组的耗水量低，普遍认为比湿冷机组节约全厂用水量的 65%以上；空冷电厂的造价比湿冷电厂的高，且空冷系统部分的投资约占全厂投资的 6%9%，就冷却系统投资而言，湿冷:直接空冷:间接空冷约为 2:3:5。 表 1-2 给出了500MW 燃煤火力发电厂自然通风湿式冷却、机械通风直接空冷、自然通风间接空冷（哈蒙）方式下，冷却系统的投资差异。表 1-2 不同冷却方式冷却系统的投资对比厂 址冷却

24、系统德里 赫尔辛基 马德拉斯自然通风湿式冷却 100% 90% 110%机械通风直接空冷 160% 125% 160%自然通风间接空冷 245% 200% 250%由表 1-2 可以看出，在同一地区，自然通风间接空冷系统投资最高，机械通风直接空冷系统投资居中；而对不同地区，受气候条件、厂址环境与水源条件不同等因素的影响，其投资有所差异。（二）我国 200MW 火电空冷机组技术经济指标有文献对我国 200MW 火电空冷机组技术经济指标进行了分析比较，见表 1-3。其中空冷系统装置单容厂用电项目的混合式凝汽器间接空冷系统，应该是未考虑水轮发电机组回收电量的参数。表 1-3 我国 200MW 火电空

25、冷机组技术经济指标自然通风 序号 名称 混合式凝汽器间接空冷系统 表面式凝汽器间接空冷系统 鼓风或机械通风直接空冷系统 1 空冷汽轮机设计背压 pc（kPa） 8.8 10.39 16 2 单位容量散热表面积 f 散（m 2/kW） 3.400 3.000 2.555 3 空冷系统装置单容厂用电 （kW/MW ） 12.50 8.0 10.8 4 供电煤耗（ g/kWh） 376.5 384.5 约 400.0（运行几个月数据） 5 发电装机取水量（m 3/sGW） 0.3577 0.3111 0.3750 6 年均节水率（）每小时节水量（m 3/h） 65500 70538.5 62.548

26、1.0 7 噪声 无 无 有（风机群体） 8 单位造价（） 136 132 100 9 投运年限 1987-1988 1993-1994 2003 年（三）空冷系统的特性比较直接空冷系统和间接空冷系统的特性比较，见表 1-4。表 1-4 空冷系统的特性比较间接空冷冷却系统 直接空冷混合式凝汽器 表面式凝汽器运行效果 良好适带负荷 不宜带尖峰负荷 可带尖峰负荷 哈蒙式不宜带尖峰负荷防冻经验 经受-43 有一定防冻经验热风再循环 有 无国内使用情况 有 600MW 机组运行 有 200 MW 机组运行 有 SCAL 式 600MW 及哈蒙式 200MW 机组运行厂用电 风机耗发电功率的 1.6%

27、泵耗发电功率的 0.3%占地面积 (m2/MW) 15 4060散热器面积(m 2) 基数 f (1.31.4)f冷却系统投资 100% 150%第四部分 发电厂空冷与环境一、厂址环境对空冷的影响（一）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。（二）气象条件的影响1环境温度影响发电厂采用空冷系统的气象条件参数之一是大气干球温度 ta，它直接影响间接空冷系统空冷塔内冷却水出口温度或直接空冷系统的凝结水温度。采用

28、自然通风的间接空冷系统汽轮机排汽压力的饱和温度 tc，或采用强制通风的直接空冷系统在空冷凝器入口蒸汽温度ti一定时，大气干球温度 ta值的高低影响两侧温差的大小，在空冷系统设计中用一个重要参数初始温差。无论是直接空冷系统还是间接空冷系统，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

29、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风的影响间接空冷系统多采用风筒式自然通风冷却塔。一般海勒式间接空冷系统将散热器竖直布置在塔的外围，哈蒙式间接空冷系统将散热器水平布置、阶梯布置或略呈内倾圆锥形布置在塔的内部。风对自然通风冷却塔的影响表现在风向与风速上，冷却塔通风筒受力状况主要受风速的影响，冷却塔的冷却性能和厂区的布置则同时受到风向与风速的

30、影响。风速为 2.5m/s 时，对散热器的冷却效果无影响，当风速大于 4 m/s 时，对散热器的冷却效果产生影响明显，且对散热器竖直布置在塔的进风口的冷却效果影响要比散热器水平布置、阶梯布置或略呈内倾圆锥形布置在塔的内部的冷却效果影响大。试验表明，风速为5m/s 时对冷却效果的影响相当于环境温度升高 2；风速为 15m/s 时，对冷却效果的影响相当于环境温度升高 14。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、

31、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 3 m/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

32、。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，将导致冷却塔排热受阻，使得自然通风的抽力减小，冷却塔初始温差 ITD 增大，冷却后水温升高，塔出力降低。二、空冷对环境的影响空冷对环境的影响甚微。经验表明，由大型空冷塔通风筒出口或空冷岛顶部排出的干空气是不可见的，这股气流扩散至大气中对周围环境几乎没有影响。由于空冷系统没有排污，故对环境水体也无影响。此外，空冷无雾汽团和淋水噪声影响，有利于环境保护。所以，空冷技术的应用和发展，为在严重缺水的煤矿和电力负荷中心区域建设大型火力发电厂开辟了一条经济、安全、可靠的途径；也为在水资源丰富区域保持生态平衡创造了有利条件

33、。三、空冷的综合利用（一）间接空冷循环水的热能利用间接空冷系统从凝汽器出来的循环水水温较高，可利用其作为温室的热源，在温室内种植蔬菜，以获得经济效益，具有发展循环经济的意义。在温室内设置水空气热交换器，将循环水送入热交换器加热空气放热降温后再返回电厂。利用循环水热能代替温室热源，其经济性为：（1）如温室一年四季运行，可减小空冷塔尺寸或减少散热器面积；（2）节省温室热源装置，如锅炉和汽水加热器等；（3）节省热源加热所用燃料。匈牙利某农场从原有温室中分出 500m2 进行对比试验，500m 2的试验温室的供热来自邻近的加加林电厂的空冷循环水，循环水温不超过 40，温室内空气最大流速为 1.5m/s

34、。对比试验栽培西红柿和黄瓜的结论是：试验温室收成好于常规温室，试验温室内气温较均匀，可使蔬菜成熟期提前。（二）空冷塔内空间的利用在土地资源紧缺，建厂场地狭小的场合，可充分利用海勒式空冷系统的空冷塔塔内空间。如有的电厂将主厂房布置在塔内，这在老电厂扩建小型空冷机组受场地限制时，可作为一种尝试。此外，海勒式空冷系统的空冷塔、湿法烟气脱硫系统、烟囱“三合一”的一体化装置也已出现。第五部分 发电厂空冷技术的应用概况及其发展趋势一、国外空冷技术应用概况发电厂空冷技术，早在 20 世纪 30 年代就已出现。1939 年，德国首先在鲁尔煤矿的1.5MW 汽轮机组应用了直接空冷系统， 称之为“GEA” 系统，

35、从而成为世界上第一个采用直接空冷的电厂。上世纪 50 年代，卢森堡的杜德兰格钢厂自备电站 13MW 机组和意大利的罗马电厂 36MW 机组分别投运了直接空冷系统。 1950 年，匈牙利的海勒（Heller）教授在第四届世界动力会议上提出了间接空冷系统，亦称海勒式空冷系统，并于 1954 年在匈牙利第一次实现了间接空冷电站。进入上世纪 60 年代后，英国格拉莱电厂于 1962 年在一台 120MW 机组上投运了间接空冷系统。 1968 年，西班牙的乌特里拉斯坑口电厂一台150MW 机组上投运了尖屋顶式布置的机械通风型直接空冷系统。自此，形成了直接与间接两种空冷系统并存的局面。上世纪 70 年代初

36、的 1971 年，在苏联拉兹丹电厂的 200MW级机组、匈牙利加加林电厂的 200MW 级机组、南非格鲁特夫莱电厂的 5 号 200MW 级机组上，都应用了海勒式间接空冷系统。1977 年，美国沃伊达克矿区电厂的 330MW 机组应用了机械通风型直接空冷系统。同年，联邦德国施梅豪森核电站的 300MW 机组应用了表面式凝汽器配自然通风空冷塔的间接空冷系统。上世纪 80 年代后，空冷技术得到了进一步的发展和应用，具有代表性的电厂有采用机械通风型直接空冷系统的 6665MW 级机组的南非马廷巴电厂、采用表面式凝汽器的自然通风空冷塔间接空冷系统的 6686MW级机组的南非肯达尔电厂。据报道，目前世界

37、上采用海勒式间接空冷系统的单机最大容量为 325MW（中国出口到伊朗国） ，采用哈蒙式间接空冷系统的单机最大容量为686MW（南非国） ，采用直接空冷系统的单机最大容量为 890MW（巴林国） 。二、我国空冷技术应用概况我国发电厂空冷技术起步并不太晚，50 年代就考虑过发展空冷电厂的问题，1958 年曾邀请海勒教授来华座谈间接空冷问题，1966 年在哈尔滨工业大学试验电站的 50KW 机组上首次进行了直接空冷系统的试验。进入 80 年代后，庆阳石化总厂自备电厂 3MW 机组投运了直接空冷系统。1987 年和 1988 年，山西大同第二发电厂的两台 200MW 机组首次引进了匈牙利的间接空冷系统

38、，使我国火电厂空冷技术的发展进入了一个新的阶段。进入上世纪 90 年代后，我国自行设计、制造的四台 200MW 国产海勒式间接空冷机组于19931995 年相继在内蒙古丰镇电厂投产发电。与此同时，两台 200MW 国产表面式凝汽器空冷采暖供热机组分别于 1993 年、1994 年在山西太原第二发电厂投产发电，这 6 台200MW 级空冷机组的自行设计、制造及投运，拉开了我国大容量级空冷系统国产化的序幕。进入21世纪，我国迎来了一个采用直接空冷系统的新高潮。2001年山西交城义旺铁合金自备电厂6 MW直接空冷机组投运，这是我过首台直接空冷机组，为我国发电厂采用直接空冷系统拉开了序幕。2003年1

39、112月，山西大唐国际云岗热电有限责任公司（大同平旺电厂）2 200 MW 直接空冷机组投运； 2004 年秋，山西漳山发电有限责任公司2 300MW 直接空冷机组投运；2005年4月和5月，大同二电厂2台600MW直接空冷机组投运。其后，山西古交电厂2300MW机组、内蒙古上都电厂4600MW机组、山西榆社电厂2300MW机组、内蒙古托克托4600MW机组、山西霍州二电厂2300MW机组、内蒙达拉特电厂2600MW机组、内蒙准格尔大饭铺电厂2300MW机组、内蒙新丰电厂2300MW机组、内蒙锡林电厂2300MW机组、内蒙金龙电厂2600MW机组、内蒙岱海电厂2600MW机组、内蒙包头二电厂2

40、300MW等300MW级以上的大型直接空冷机组相继投运。目前还有一大批直接空冷电厂在调试或规划之中。特别值得提及的是2006年内蒙乌拉山电厂2300MW国产机组的顺利投运，已拉开了我国直接空冷系统的国产化序幕。此外，2006年内蒙卓资山电厂4200MW海勒式间接空冷机组的全部建成投运，使我国采用海勒式间接空冷系统的机组上升到10台；2007年7月，国电宝鸡第二发电厂2600MW海勒式间接空冷系统进行了空冷塔、脱硫装置、烟囱三合一总承包招标工作，这预示了世界上采用海勒式间接空冷系统单机容量最大的机组将在我国诞生。2007年8月29日，山西阳城电厂单机容量600MW的8号机组，通过了 168h试运

41、行正式并网发电，该机组融合了海勒式和哈蒙式间接空冷系统的优点，采用了不锈钢管的表面式凝汽器和海勒式铝管铝翅片散热器垂直布置的空冷塔，又为发电厂空冷技术的发展史上增添了一种有特色、大容量的表面式间接空冷方式。三、空冷技术的发展趋势（一）空冷技术将得到广泛应用发电厂空冷技术作为一种最有效节水型火力发电技术，在水资源相对匮乏的国家和地区，大规模开发能源、发展电力工业中得到广泛采用是大势所趋。我国地域辽阔，水资源、煤炭资源、电力负荷中心分布极不平衡，环境地理条件差异甚大。因此，湿冷机组、干冷机组在电力工业市场上并驾齐驱、并存发展将会维持一段时期。随着国民经济的迅速持续发展，许多城市及地区相继出现生产与

42、生活用水日益紧张的局面，华北、西北地区富煤而缺水，水资源贫乏增加了煤炭资源转化为电力的困难；其它水资源相对充沛地区，大机组冷却水废热排放造成的大气和自然水资源污染、生态平衡受到破坏的问题也逐渐引起人们的关注。显然，水已成为制约国民经济发展的主要因素之一，走和谐、可持续发展的道路，节约用水、避免污染，提高水资源利用率，已成为新世纪电力工业发展的重大课题。今后，华北、西北富煤而缺水地区，发电厂采用空冷技术已成为必然，其它水资源相对充沛地区，发电厂采用空冷技术的问题也将会受到高度的重视。（二）多种空冷方式共存并向大容量方向发展直接空冷系统、具有混合式凝汽器的间接空冷系统、具有表面式凝汽器的间接空冷系

43、统，以及多种形式的干湿联合冷却系统，制造技术均已成熟，并积累了丰富的运行经验，鉴于它们的优缺点不同，今后在全世界仍将继续并存，并向单机容量更大的方向发展。1直接空冷系统直接空冷系统，由于具有不需要冷却水等中间冷却介质，初始温差大；设备少，系统简单，基建投资较少，占地少；空气量的调节灵活，冬季防冻措施比较可靠；厂址选择自由度大、抗腐蚀性强、使用年限长、适应各种恶劣气候条件等优点。实践证明能满足下列重要条件和要求：（1）严寒冬季运行条件下凝结水不结冻；（2）凝汽器内冷凝过程结束时无凝结水低温现象，可避免氧和其它类气体再溶解；（3）对冷却风量实行程控，以调整汽轮机背压；（4）高真空度和良好的密封性；

44、（5）散热器为钢管钢翅片，适应各种清洗方式，如高压水喷射清洗；（6）精心选用材料和结构合理，无腐蚀和抗腐蚀性强，可达到 40 年的使用期；（7）机械强度高；（8）汽轮机排汽管与凝结水接收器之间的压损最小；（9）程控最佳方式下风机变频调速灵活，使电耗降到最低。因此，直接空冷技术近年内发展非常迅速，占采用空冷机组的比例越来越大，单机最大容量已达890MW。进入21 世纪至今，我国新建的空冷机组，除内蒙卓资山电厂4200MW机组采用海勒式间接空冷系统、山西阳城电厂2600MW机组采用SCAL间接空冷系统外，其余均采用了直接空冷系统，其发展势头十分迅猛。今后直接空冷机组仍占主导地位，并会在单机容量更大

45、的机组上应用。2具有混合式凝汽器的间接空冷系统海勒式间接空冷系统，由于具有混合式凝汽器体积小，可以布置在汽轮机的下部；汽轮机排汽管道短，真空系统小；可与中背压汽轮机配套，煤耗率较低；散热器铝管内表面经过防腐处理，可适应频繁启停工况的干湿变化，适宜调峰电站；空冷塔内可布置脱硫装置等优点。因此，自上世纪 50 年代诞生以来，一度发展很快。目前投运单机最大容量已达 325MW，并向单机 600 MW 级机组发展。就海勒式间接空冷系统设备本身发展而言，主要是随单机容量的增加空冷塔向大体积方向发展，冷却三角的高度由 15m 上升到 20m 或更高。空冷塔向多功能发展，即空冷塔、烟气脱硫系统、烟囱形成“三

46、合一”的一体化装置。3具有表面式凝汽器的间接空冷系统由哈蒙公司购买匈牙利海勒式系统专利后研究改进形成的哈蒙式间接空冷系统，由于采用了表面式凝汽器和钢管钢翅片散热器，使循环水与锅炉给水分成两个独立的系统，其水质可以按各自的标准和要求进行化学处理，因而使系统简化，运行操作方便，可靠性得到提高。自其出现以来发展也非常迅速，目前投运单机容量最大的是南非国肯达尔电厂的6686MW机组。考虑到安全因素，该系统在核电站的建设中将会具有更为广阔的应用前景。我国1993年1994年山西太原第二发电厂投产2200MW 哈蒙式间接空冷机组后，虽然再没有建设常规的哈蒙式间接空冷系统，但中国电力工程顾问集团华北电力设计

47、院工程有限公司，研究开发了由表面式凝汽器和垂直布置的铝管铝翅片散热器组成的SCAL型间接空冷系统，并在山西阳城发电厂二期工程2600MW 机组采用，首台机组于2007年8月并网发电。如果运行实践证明该优化型的间接空冷系统的优点能够充分发挥，那么这种具有表面式凝汽器的间接空冷系统的发展将会出现一个新的局面。4干湿联合冷却系统采用空冷系统的空冷机组，存在初投资较高、发电标准煤耗较大、夏季气温高的短暂时间机组出力受限的缺点。采用湿冷系统的湿冷机组，虽然上述问题较少，但存在消耗大量的补充新鲜水，并要求水源连续可靠的缺点。为解决上述问题，国外的一些火力发电厂或核电站采用了空冷（干冷）水冷（湿冷）的干湿联合冷却系统。其型式主要有分建式联合冷却系统、合建式联合冷却系统、干湿散热表面紧缩在一起的联合冷却系统三种类型。采用干湿联合冷却系统的干湿冷机组具有既能发挥空冷机组节水的优越性，又保持了湿冷机组节约投资的优点，目前一些工业发达国家采用较多，今后仍保持和其它冷却方式共存发展的趋势。