直接空冷的发展和应用研究毕业论文

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1、内蒙古工业大学本科毕业论文学校代码： 10128学 号： 200631203045本科毕业论文题 目：直接空冷的发展和应用研究学生姓名：学 院：系 别:专 业：班 级：指导教师： 二 一 年 六 月摘要本文首先对发电厂空冷技术整体状况做了简要的概述，重点介绍了直接空冷技术的基本原理，组成和结构形式，较为详细的介绍了直接空冷技术在我国的发展及现状，并且对直接空冷在我国的发展中所面临的技术问题做了全面的介绍，针对大力发展直接空冷所面临的问题提出了相应的解决措施，最后通过研究对我国的直接空冷技术提出了几点建议，简要的概述了直接空冷技术在我国应大力发展的重要意义。关键词：直接空冷；发展；应用研究；影响

2、；解决措施Abstract This article first air-cooled power plant technology to do a brief overview, highlighting the basic principles of direct air coolingtechnology, composition and structure, a more detailed description of the direct air cooling technology development andcurrent situation in China, and the

3、 direct air cooling in Chinadevelopment of the technical problems faced by doing a comprehensive introduction to the development of direct air cooling for the strong issues facing the corresponding solutions, and finally by studying the direct air-cooling technology to China put forward some suggest

4、ions, a brief overview of the direct air cooling China should develop in importance. Key words: direct air-cooled; development; applied research; impact; solutions目 录引言1第一章发电厂空冷技术概述21.1空冷技术发展简介21.1.1空冷技术简介21.1.2空冷技术发展概况21.1.2.1国外空冷技术发展概况21.1.2.2我国空冷技术发展概况31.2汽轮机排汽冷却过程31.2.1蒸汽动力循环31.2.2冷却过程31.3直接空冷系统

5、与间接空冷系统41.3.1直接空冷系统41.3.2海勒式间接空冷系统61.3.3哈蒙式间接空冷系统71.3.4干湿联合冷却系统8第二章直接空冷系统的工作原理，系统组成与冷凝器92.1直接空冷系统的工作原理与组成92.1.1工作原理92.1.2系统组成92.2.直接空冷系统各组成部分的作用和特点102.2.1直接空冷系统各组成部分的作用102.2.2直接空冷机组的特点112.3直接空冷系统的应用条件132.4空冷凝汽器结构型式132.4.1空冷凝汽器结构的基本型式132.4.2直接空冷的典型连接系统14第三章 直接空冷技术的发展1631南非ACC技术的应用1632我国AC技术的发展17321AC

6、C设备173.2.1.1国产ACC汽轮机分类173.2.1.2空冷散热器173.2.1.3空冷风机群193.2.1.4抽真空设备1933 ACC系统193.3.1.1行业设计规范193.3.1.2汽轮机回热系统203.3.1.3空冷凝汽器性能考核评价方法的补充203.3.1.4治理600MWACC机组真空漏点203.3.1.5抽气系统的改进20332 ACC技术的发展213.3.2.1 ACC汽轮机铭牌功率Nm的标定213.3.2.2 空冷风机与风机群的噪声控制技术213.3.2.3深度节水技术223.3.2.4风环境对空冷岛的影响数值分析233.3.2.5中水作为ACC电厂锅炉补给水的处理技

7、术243.3.2.6ACC汽包炉机组的炉水、给水处理新技术24总结25第四章直接空冷的应用研究264.1直接空冷系统设计运行过程中存在的问题264.1.1直接空冷技术所存在的问题264.2大风对直接空冷系统的影响及解决措施274.2.1大风对直接空冷系统的影响274.2.2解决措施304.3.1热风再回流对直接空冷机组的影响304.3.2 解决措施314.4低温对直接空冷系统的影响及其解决措施314.4.1低温对直接空冷系统的影响314.4.2 解决措施32第五章对直接空冷技术的几点建议34及其在我国火电发电项目运用的意义3451通过研究对直接空冷技术的几点建议3452直接空冷技术在我国火电发

8、电项目运用的意义34参考文献36谢 辞38引言随着工农业生产的发展，许多城市及地区相继出现生产与生活用水日益紧张的局面，水己成为制约国民经济发展的主要因素之一。内蒙古、山西等北方地区是我国的能源基地，蕴藏着丰富的煤炭资源，可为大型火力发电厂提供充足的燃料，同时又是水资源最为缺乏的地区。.在这种状况下，直接空冷技术的应用在很大程度上解决了这些地区“富煤缺水”的难题。我国是一个水资源缺乏的国家，淡水资源尤其匾乏，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。随着国民经济的快速发展，电力需求的逐年剧增，在富煤缺水地区电厂采用直接空冷技术，从

9、现实及长远利益考虑都有十分重要的意义。采用直接空冷技术、建设节水型电厂将是华北、西北地区电力行业发展的重要途径之一。当今世界火电机组的发展方向已经不再单纯追求大容量，而向着高效、低排放、节水、机动性能好、容量适中的机组发展，诸如超临界火电机组、燃气一蒸汽联合循环机组、供热机组等等。最近几年直接空冷系统以其投资少、防冻性能好的特点，在国内有了良好的发展势头。可以预见，随着水资源的日益短缺，直接空冷技术在我国将蓬勃发展。所以，我有必要更加深入的研究直接空冷系统的发展和运用研究过程中出现的问题及其解决办法。38第一章发电厂空冷技术概述1.1空冷技术发展简介1.1.1空冷技术简介兴建大容量火力发电厂需

10、要充足的冷却水源，而在缺水地区兴建大容量火力发电厂，就需要采用新的冷却方式来排除废热。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。研究空冷新装置及其使用的一系列技术，称作发电厂空冷技术。采用空冷技术的冷却系统称为空冷系统。采用空冷系统的汽轮发电机组简称空冷机组。采用空冷系统的发电厂称为空冷电厂。发电厂空冷技术也是一种节水型火力发电技术。发电厂空冷系统也称干冷系统。它是相对于常规发电厂湿冷系统而言的。常规发电厂的湿式冷却塔是把塔内的循环水以“淋雨”方式与空气直接接触进行热交换的，其整个过程处于“湿”的状态，其冷却系统称为湿冷系统。空冷发电厂的空冷塔，其

11、循环水与空气是通过散热器间接进行热交换的，整个冷却过程处于“干”的状态，所以空冷塔又称为干式冷却塔或干冷塔。1.1.2空冷技术发展概况1.1.2.1国外空冷技术发展概况早在30年代末，德国首先在鲁尔矿区的1.5MW汽轮机组应用了直接空冷系统。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。进入60年代后，英国拉格莱电厂于1962年在一台120MW机组上投运了间接空冷系统，采用喷射式凝汽器及自然通风型空冷塔。这个系统是由匈牙利的海勒教授在1950年世界动力会议上首先提出的，亦称为海勒式空冷系统。1968年，西班牙的乌特里拉斯坑口电厂投运了尖

12、屋顶式布置的机械通风型直接空冷系统。至此，形成了直接与间接两种空冷系统并存的局面。继而，1971年，在苏联拉兹丹电厂的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。80年代以来，空冷技术进一步发展起来，投运机组容量最大的电厂有南非马廷巴电厂（665MW机组，采用机械通风型直接空冷系统）和南非肯达尔电厂（686MW机组，采用表面式凝汽器的自然通风空冷塔间接空冷系统）。1.1.2.2我国空冷技术发展概况我国空冷技术起步并不太晚

13、。1966年在哈尔滨工业大学试验电站的50KW机组上首先进行了直接空冷系统的试验。1967年在山西侯马电厂的1.5MW机组上又进行了工业性直接空冷系统的试验。进入80年代以后，庆阳石化总厂自备电站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海勒式间接空冷系统，使我国火电厂空冷技术的发展进入一个新的阶段。目前，国产200MW机组直接空冷机组已在云岗发电有限公司投入运行，300MW机组、600MW直接空冷机组也将陆续投运，这将有助于空冷技术的推广使用。1.2汽轮机排汽冷却过程1.2.1蒸汽动力循环蒸汽动力装置的基本循环是朗肯循环，该

14、循环的工质为水蒸汽。水蒸汽是在锅炉中形成的，水先被加热成饱和蒸汽，再经过热器继续加热为过热蒸汽。这个过程为定压吸热过程。过热蒸汽引入汽轮机内膨胀做功，这个做功过程一般视为绝热膨胀过程。在汽轮机内做完功的乏汽排入凝汽器内，在循环水的冷却下放出排汽的汽化焓变（或称汽化潜热）并凝结成水。这个过程为定压放热过程。排汽冷凝为凝结水后通过汽轮机回热系统预热，再次进入锅炉，开始蒸汽的下一个动力循环。为保证工质在凝汽器内定压放热必须要有一个起冷源功能的冷端装置。这个冷端装置一般是由在真空状态下定压放热的凝汽设备和保证冷源温度的冷却设备共同组成的冷却系统。这个冷却系统既保存了纯净的凝结水又完成蒸汽动力循环。1.

15、2.2冷却过程冷却过程是火力发电厂生产全过程的一部分。一方面，它与全过程有着密切关系，因为冷却过程的各项参数是根据全过程来确定的。另一方面，冷却过程通常又是火电厂生产全过程和环境之间的一个环节。冷却介质的取用、消耗及排放，对环境都有影响，其不利影响是使环境受到热污染。1、冷却介质火力发电厂冷却系统的主要冷却介质是水或空气。由于世界大部分地区水资源的普遍缺乏，水的利用受到各种因素限制，于是着眼于用空气作为火力发电厂汽轮机冷却系统的冷却介质。2、冷却过程冷却过程是系统排放的废热与环境间的能量转换过程，在此过程中，有热量与质量的传递。水的蒸发冷却过程称为水冷却过程，仅与环境空气间发生的传热过程称为空

16、气冷却过程。汽轮机排汽的冷却凝结过程中，伴随着排汽的压力损失，汽轮机低压缸末级叶片出口截面处的静压力称为汽轮机的背压PT。排汽以高速流过排汽缸蜗壳后，汽轮机此排汽口处的压力为PT。1.3直接空冷系统与间接空冷系统目前用于发电厂的空冷系统主要有三种，即直接空冷系统、带表面式凝汽器的间接空冷系统和带喷射式（混合式）凝汽器的间接空冷系统。1.3.1直接空冷系统直接空冷系统，又称空气冷却系统。直接空冷是指汽轮机的排汽直接用空气来冷凝，空气与蒸汽间进行热交换。所需冷却空气，通常由机械通风方式供应。直接空冷的凝汽器设备称为空冷凝汽器。它是由外表面镀锌的椭圆形钢管外套矩形钢管翅片的若干个管束组成的，这些管束

17、称为散热器。直接空冷系统的流程图如图1-1所示，汽轮机排汽通过粗大的排汽管送到室外的空冷凝汽器内，轴流冷却风机使空气流过散热器外表面，将作完功的排汽冷凝成水，凝结水再经泵送回汽轮机的回热系统。空冷凝汽器分主凝汽器和分凝器两部分。主凝汽器多设计成汽水顺流式，它是空冷凝汽器的主体；分凝汽器则设计成汽水逆流式，可造成空冷凝汽器的抽空气区。图1-1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;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

18、结水箱;16-除铁器;17-发电机真空抽气系统是直接空冷的关键，在汽轮机启动和正常运行时，要使汽轮机低压缸尾部、空冷凝汽器、排汽管道及凝结水箱等设备内部形成真空。通常采用的是抽空气设备是蒸汽抽气器。在汽轮机启动时，投入出力大的一级蒸汽抽气器，以缩短直接空冷机组原则性汽水系统短抽真空时间，加快启动速度。在汽轮机正常运行时，采用出力较小的二级蒸汽抽气器，以维持排汽系统的真空。空冷凝汽器所有的元件和排汽管道采用两层焊接结构，焊结质量要求十分严格，以保证整个的直接空冷设备系统的严密性。在直接空冷系统中，空冷凝汽器的布置与厂址处的风向、风速及发电厂矿主厂房朝向都有密切关系。大型火电机组的空冷凝汽器通常布

19、置在紧靠汽机厂房的A列柱外侧，与主厂房平行的纵向平台上布置若干个单元组，其总长度与主厂房长度基本一致。每个单元组由多个主凝汽器与一个辅凝汽器组成“人”字型排列结构，并在其下部设置多台大直径的轴流冷却风机。直接空冷系统的优点是设备少、系统简单，基建投资少，占地面积小，空气量靠风机调节较为灵活可靠，该系统一般要求需要与高背压汽轮机配套。这种系统的缺点是：1)风机群产生一定的噪声危害；2)由空冷凝汽器的空侧出口排放的热空气回流到空冷器进口的的热风再循环问题；3)风机、电动机需要消耗一定的厂用电和维护检修等工作。1.3.2海勒式间接空冷系统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

20、构成，如图1-2所示，系统中的冷却水是高纯度的中性水(PH=6.8-7.2)。中性冷却水进入凝汽器直接与汽轮机排汽混合并将其冷凝。受热后的冷却水绝大部分由冷却水循环泵送至空冷塔散热器，经与空气对流换热冷却后通过调压水轮机将冷却水再送至喷射式凝汽器进入下一个循环。受热的循环冷却水的极少部分经凝结水精处理装置处理后送至汽轮机回热系统。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

21、机海勒式间接空冷系统优点是以微正压的低压水系统运行。其年平均背压低于直接空冷机组，稍低于哈蒙式间接空冷机组，故机组煤耗较低。该系统缺点是：1).设备多、系统复杂；2).冷却水循环泵泵坑较深；3).自动控制系统复杂；4).全铝制散热器的防冻性能差。1.3.3哈蒙式间接空冷系统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-凝结水升压泵;8-低压加热器;9-除氧器;10-给水泵;11-高压加热器;12-循环水泵;13-膨胀水箱;14-全铝制散热器;15-空冷塔;16-除铁器;17-发电机哈蒙式间接空冷机组是在海勒式间接空冷系统的运行实践基础上发展起来的系

22、统。哈蒙式间接空冷机组由表面式凝汽器与空冷塔构成，如图1-3所示。该系统与常规的湿冷系统基本相同，不同之处是用空冷塔代替湿冷塔，用不锈钢凝汽器代替铜管凝汽器，用除盐水代替循环水，用密闭式循环冷却水系统代替敞开式循环冷却水系统。该系统采用自然通风方式冷却。将散热器装在自然通风冷却塔中。哈蒙式间接空冷系统类似于湿冷系统，其优点是节约厂用电；设备少，冷却水系统与汽水系统分开，两者水质可按各自要求控制；冷却水量可根据季节调整，在高寒地区，在冷却水系统中可充以防冻液防冻。该系统的缺点是空冷塔占地大，基建投资多；系统中需进行两次换热，且都属表面式换热，使全厂热效率有所降低。1.3.4干湿联合冷却系统配有空

23、冷系统的空冷机组，一次性投资较高，发电标准煤耗较大，夏季短暂时间还要限制机组出力，故不利于大量采用，配有湿冷系统的湿冷机组，虽然上述问题较小，但却需要消耗大量的循环水。因此电厂采用空冷(干冷)、水冷(湿冷)的干湿联合冷却系统是一种解决上述两方面的方案，是机组冷却系统的一种发展趋势。干湿联合冷却系统机组既能发挥空冷机组的优越性，又保持湿冷机组节约投资的优点，经济性高，夏季出力不限制。非常适应机组变工况运行节水、夜间低负荷节水及冬季节水。第二章直接空冷系统的工作原理，系统组成与冷凝器2.1直接空冷系统的工作原理与组成2. 11工作原理直接空冷系统中不用水作为中介冷却介质，汽轮机排汽被引到空冷凝汽器

24、中由空气直接冷却。其工作原理和系统流程如图1所示: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。部分配汽管上人口处装有蝶阀，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。2.1.2系统组成直接空冷系统包括自汽轮机低压缸排汽口至凝结水人口范围内的设备和管道，主要由以下几部分组成:(1)汽轮机低压缸排汽管道;(2)空冷凝汽器管束;(

25、3)凝结水系统;(4)抽气系统;(5)疏水系统;(6)通风系统;(7)直接空冷支撑结构;(8)自控系统;(9)清洗装置。2.2.直接空冷系统各组成部分的作用和特点2.2.1直接空冷系统各组成部分的作用排气管道对大容量空冷机组，排汽管道直径比较粗，南非Matimba电站665MW直接空冷机组为2缸4排汽，采用2XDN5000左右直径管道排汽，目前国内几个空冷电站设计情况来看，300MW机组排汽管道直径在DN5000多,600MW机组排汽管道在DN6000左右。排汽管道从汽机房A列引出后，排汽母管横向布置。空冷凝汽器的冷却装里A型架构一般双排管束由钢管钢翅片所组成，为防腐表面渡锌。单排管为钢管铝翅

26、片，钎焊在大直径矩形椭圆管上。冷却元件即翅片管，它是空冷系统的核心，其性能直接影响空冷系统的冷却效果。双排管的构成椭圆钢管钢翅片，管径是100x20mm的椭园钢管，缠绕式套焊矩形翅片，管两端呈半圆，中间呈矩形。首先接受空气侧的内侧管翅片距为4mm，外侧管翅片距为2.5mm。管距为50mm，根据散热面积大小，可以变化管子根数，多根管数组成一个管束，每8片或10片管束构成一个散热单元，两个管束约成60度角构成“A”字形结构。散热单元布置每台机组布置成垂直、平行汽机房方向，有列、行之分。30MW机组布置6列4行或5行单元数，单元总数为24或30；600MW机组布置8列6行或8行单元数，单元总数有48

27、、56、64散热单元。抽气系统抽气系统在逆流单元管束的上端装置排气口，与设置的抽汽泵相联。300MW机组的系统容积大约5300m3，抽气时间约40min。在抽气时注意，蒸汽和不凝气体的分压力，抽气不可抽出乏汽。抽气系统也是保证系统背压的。凝结水系统冷却单元下端集水箱，从翅片管束收集的凝结水自流至平台地面或以下的热井，通过凝结泵再将凝结水送往凝结水箱并送回热力系统。通风系统直接空冷系统散热目前均采用强制通风，大型空冷机组宜采用大直径轴流风机，风机可为单速、双速、变频调速三种。根据工程条件可选择任一种或几种优化组合方案。就目前国内外设计和运行经验，在寒冷地区或昼夜温差变化较大的地区，采用变频调速使

28、风机有利于变工况运行,同时也可降低厂用电耗。自拉系统和清洗装里散热器单元都要装配清洗泵，用以清除翅片管上的污垢，如大风产生的杂物、平时积累的灰尘等。支撑结构支撑结构是直接空冷装置的主要承重设备，上部为钢析架结构，下部为钢筋混凝土支柱和基础，结构体系庞大，受各种荷载作用复杂。2.2.2直接空冷机组的特点（1）直接空冷机组的优点1耗水量小在水冷凝汽器机组中，冷却塔的蒸发损失量很大，约占全厂耗水量的90%以上，直接空冷凝汽器采用空气冷却，减少中间的水冷过程。据统计，采用直接空冷凝汽器系统的机组比水冷凝汽器机组节水70%以上。由于直接空冷的节水特性，在富煤而干早缺水地区电站建设开辟了一条新道路。2占地

29、面积小直接空冷凝汽器系统没有水冷凝汽器系统中的循环冷却水塔和循环水泵房，建在厂房外，利用厂房与升压站空间，因此，占地面积减少。3较高的经济性在水资源日益紧张、水价不断提高、环保要求等问题的日益突出，直接空冷系统在经济性方面的优越性也就更加突出。从投资角度看，直接空冷系统机组造价高，而且运行期间的热耗率较高，但是从长远利益考虑在富煤贫水地区建造电厂及运行所需的费用远比水源充足地区的煤炭运输费用低，并且节约大量的用水。因此，直接空冷系统的整体经济性将高于水冷机组，同时在节约大量用水的同时创造了更高的社会价值。4运行安全可靠、防冻效果好直接空冷机组将整个系统划分为若干单元，如某电厂200MW机组凝汽

30、器系统划分为24个凝汽单元，在运行期间可以将出现故障的单元与整体隔离进行维修;在降负荷运行及冬天，在满足冷却条件时可以将部分单元停运;可以对每台风机进行变速调节，以进行凝结水过冷度和汽轮机背压的调整。（2）直接空冷机组的缺点直接空冷系统存在的缺陷1机组被压高、变化大汽轮机被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。由于空气热容量远远小于水，冷却能力低，即使空冷系统具有很大的换热面积，但是机组的被压普遍比湿冷机组高，一般设计背压为15-35kPa。环境温度对机组被压影响也很大，一些地区机组由于环境温度影响，在冬季被压能降到设计被压的一半以下，夏天却升到设计被压的200%以上，因此，

31、汽轮机必须能适应较宽背压范围的需要。虽然直接空冷机组的汽轮机可以适应较大范围的背压变化，但在一年中的某段时间内，由于背压超出设计范围，汽轮机出力将被迫降低。2热空气再循环的影响在直接控冷系统中，由于采用了空冷强制通风，热气出口的空气可能被空气入口吸入进行再循环。在夏天机组运行中，热空气的再循环严重影响凝汽器的冷却效率。热空气的再循环与凝汽器的几何参数、外部风速及风向有关。在凝汽器周围设置挡热板能较好地解决这一问题。此外，风机群噪声对环境的影响、风机消耗动力、维护量大、系统的负压区域大等都是空冷机组存在的缺点。2.3直接空冷系统的应用条件1直接空冷的应用条件(1)燃用当地低值煤，且进厂煤价低廉。

32、(2)气候寒冷而漫长，夏季高气温段(to300)历时短、峰值不高。(3)风大、有风的季节较长。(4)国家为保护环境，制定了厂界噪声标准，火电直接空冷凝汽器的轴流空冷风机噪声较大，为降噪需付出相当的代价。(5)国内3个大型动力设备制造厂(上汽、哈汽、东汽)都能制造大型火电空冷汽轮机，如超高压参数200MW、亚临界参数的300MW,600 MW空冷机组，其性能符合环境要求，运行稳定。(6)国内有多家空冷散热器专业制造厂，可生产制作各种管型的产品。大直径轴流空冷风机有国产厂、合资厂生产制作标准型、低噪声、超低噪声和超静型不同叶片的空冷风机。(7)我国工程技术界在已掌握200MW级空冷技术的基础上，也

33、基本掌握大型火电直接空冷的设计、施工、调试、运行、测试方面的技术。(8)国家重视火电空冷技术的发展并制定相关扶持政策。(9)火电直接空冷技术的最大优势是大幅度节水(全厂节水率约7500)。直接空冷技术是我国火力发电发展必备技术之一。2.4空冷凝汽器结构型式2.4.1空冷凝汽器结构的基本型式直接空冷是指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器内完成的。直接空冷的冷源是空气，热介质是饱和蒸汽。处于真空状况下的汽轮机排汽经汽管道送至空冷凝汽器中，冷空气在散热器支翅片管外侧流过，将管内饱和蒸汽冷凝。冷凝后的凝结水由凝结水泵送至汽轮机回热系统，最后回到锅炉。

34、空冷凝汽器的结构有顺流、逆流、顺逆联合式三种。(1)顺流式汽轮机排汽沿配汽管由上而下进入空冷凝汽器被冷凝，冷凝后的凝结水的流动方向与蒸汽流动方向相同，称之为顺流式空冷凝汽器。顺流的空冷凝汽器具有凝结水膜较薄、传热效果好，汽阻也小等优点。但在低负荷或低气温条件下，凝结水箱内可能出现凝结水过冷却现象。过冷却将使凝结水含量增多，引起翅片管的腐蚀。过冷却还有导致冰冻的危险。(2)逆流式汽轮机排汽管由下向上进入空冷凝器被冷凝，冷凝后的凝结水的流动方向与蒸汽流动方向相反，称之为逆流式空冷凝汽器。逆流式空冷凝汽器虽没有凝结水过冷却和冰冻现象，但由于散热管管内凝结水液膜较厚，汽阻大，故传热效果差。(3)顺逆流

35、联合式在直接空冷系统中，既要提高传热性能，又需防止凝结水冻结，空冷凝汽器的结构，即以顺流为主、逆流为辅，且两者散热面积维持一定比例。2.4.2直接空冷的典型连接系统直接空冷的连接系统主要指空冷凝汽器的连接方式。目前，较为常见的空冷凝汽器有以下三种：GEA型空冷凝汽器、赫德逊（HUDSON）型空冷凝汽器、拉默斯（LUMMUS）型空冷凝汽器。比较见表2-3：表2-3上述三种空冷凝汽器的连接系统比较序号名称GEA型HUDSON型LUMMUS型1管束排列纵向纵向水平U型管2冷凝区单独的主凝区与辅凝区主凝区与辅凝区在一起单独的主凝区与辅凝区3主凝区与辅凝区比例7：1不详19：14后联箱（收集箱）各管排共

36、用一个每个管排有一个各管排共用一个5抽空气部位空气从辅凝区的出口管顶部抽出空气从管束顶部抽出空气从辅凝区的出口管顶部抽出6电厂采用情况美国330MW及南非665MW的汽轮机均已投运不详不详第三章 直接空冷技术的发展全球火电厂空冷技术已步人第4个发展阶段(2001一2010)，即以大机组直接空冷(下称ACC)为主。我国属于资源型严重缺水的国家，水资源己成为制约经济发展的主要瓶颈。2007年8月2日国务院下发(国办发200753号)节能发电调度办法(试行)，“按照节能、经济的原则，优先调度可再全发电资源，按机组能耗和污染物排放水平由低到高顺序依次调用化石类发电资源。最大限度地减少能源、资源消耗和污

37、染物排放。” 以改进以往按固定的发电功率的调度方式，这将有利于ACC机组的投运。我国从2003年起在北方富煤缺水地区，陆续应用ACC技术，据不完全统计已投产和在建的火电ACC机组装机容量约达6000万kW。31南非ACC技术的应用南非于1987一1992年连续建成装机容量为6665MW(近4GW)全球最大的亚临界ACC燃煤电厂(下称M厂)。厂址处于热带草原性气候(炎热干燥),气温极值为-2一45，全年温差仅有47。设备选型(1)ACC汽轮机。是德国MAN公司生产，设计背压P=17.9kP(气温t=18)，满发最高背压p=32.6kPa(气温t=32)，当环境气温t32.1时开始减负荷。由于受凝

38、结水精处理树脂耐温限制，曾出现过只可带500MW负荷。该机组跳闸背压为60MPa，曾在1992年热季发生过炉后来风(风速6m/s)，发生强热回流迫使1号机与6号机跳闸停机的事故。该机组的阻塞背压Pmin=11.5kPa，汽轮机末级叶片高度为662mm，其单位环形排汽面积下的功率Ne=38.78MW/。(2)汽轮机乏汽直接由2条DN5000mm特大直径排汽管引出，没有排汽装置。(3)空冷散热器。采用德国GEA公司的双排管管型，全钢制热浸锌的椭圆芯管套，矩形有绕流小孔翅片的翅片管束。按折算成600MW时散热表面积Ft约为102104m，单容为Ff=1.6993/kW。主、辅散热面积之比为7：1。(

39、4)空冷风机群。由于选取的迎面风速V较高(推算为3.15m/s），则所配单台风机的功率大，使单台风机的风量多、全压高、转速快。虽所需风机台数有所减少，但相对噪声也大。M厂每台650MWACC机组，配用48台固定转速为115r/min空冷风机。其风量为681.75m3/(s/台)，静压为145Pa，电机功率为270kW/台，全部为12960kW。当时还没有对厂界噪声进行限制，故M厂属于高噪声、高耗能的设计技术。在M厂现场零米地面测试噪声为95dB(A)，每台665MWACC机组空冷风机群最大功率达12960kW，占机组额定容量的1.95%。（5）抽真空设备。采用蒸汽抽气器，2台主抽气器(1运1备

40、)，2台起动抽气器(1运1备)。运行指标平均供电煤耗bg=359g(kW.h)，装机取水量Vc=0.085m3(a.GW)，全厂实施废水零排放，空冷岛占地面积为9.20/MW，空冷风机最大厂用电量为19.49(偏大)，距150m处厂界声压级噪声远大于55dB(A)(明显不合格)。总之，南非ACC技术属于低耗水、零排放、少占地、中等煤耗、高噪声、高耗能时代的工程技术。32我国AC技术的发展321ACC设备3211国产ACC汽轮机分类国产ACC汽轮机按照我国北方气候寒冷的特点，笔者提出分为高寒（零下36以下）、中寒（零下30左右）、低寒（零下20左右）三种类型的ACC汽轮机。例如:高寒类型的汽轮机

41、有哈尔滨汽轮机厂(下称哈汽)的600MW机组，末叶高度H=680mm、Np=29.53MW/;中寒类型的汽轮机有东方汽轮机厂的(下称东汽)的6O0MW级机组，末叶高度H=655mm，Np=31.92MW/;低寒类型的汽轮机有上海汽轮机厂(下称上汽)的600MW级机组，末叶高度H=655mm，Np=33.86MW/，哈汽的600MW级机组，末叶高度H=620mm，Np=33.19MW/。ACC汽轮机跳闸背压宜选用上汽、东汽的80kPa为好，哈汽的65kPa尚可，但都高于M厂的60kP，提高了机组运行的安全性。阻塞背压在6一7.8kP，远远小于M厂11.5kPa，故我国的600MWACC机组的Ft

42、值要大些。3212空冷散热器我国600MW级ACC机组采用的空冷散热器型式有多种:内蒙古通辽电厂采用国产双排管管型的散热器，其散热表面积为Ff=165104;山西武乡电厂为德国与比利时联合的SPX公司张家口厂制造的三排管型散热器，其Ff值为138104;大同电厂采用德国GEA公司进口单排管型散热器，其Ff=153.2104;内蒙占上都电厂采用德国与比利时联合SPX公司天津厂制造的单排管型散热器，其Ft=153.2104;国产单排管型散热器，不同管型的管束迎面风速与传热系数曲线如图1所示。不同管型的管束迎面风速与空气侧阻力曲线如图2所示。由图1、图2可知:单排管型传热系数K值比较平缓，当管束迎面

43、风速V从2.0m/s升到2.5m/s时，其K值提高不足5%，而空气侧阻力(图2中P1曲线)却增加了28%;三排管型具有较高的K3值和较低的P3值，武乡电厂600MW空冷机组选用三排管型的空冷散热器;双排管型虽有稍高K2值，但其P2值却较高。由此可知，各种管型差异导致了600MW空冷机组散热表面积Ff的不同。国产单排扁管蒸汽冷却翅片管如图3所示。其换热性能当风速为2m/s时，其传热系数K值为35.35W(K)，风阻不详。笔者认为在我国高寒、中寒地区尽量选用单排管型散热器(因比国外造价可降低1%)，在低寒地区可考虑三排管型散热器(因其性能优、散热面积少)。3213空冷风机群我国600MWACC机组

44、采用空冷风机群有:山东威海的豪顿华公司生产的低噪声ELFA型沪风机;意大利Comc公司生产的风机;国产保定的降噪型(中宽叶型)、低噪型(宽厚叶型)风机和正研制的前掠叶型超低噪型(即超静音型)空冷风机，已完成相关试验。3214抽真空设备我国ACC的抽真空设备，全部采用大型水环式真空泵，而没有采用需配备单独汽源，耗用蒸汽系统复杂的射汽抽气器。33 ACC系统3311行业设计规范由国家发改委发布的电力行业标准DL/T5339一2006火力发电厂水工设计规范已于2006年10月1日实施，其中针对空冷系统设计共有5条:通过优化计算确定最佳空冷型式，设计气温，汽轮机设计背压和空冷散热器面积;基本设计参数的

45、规定;间接空冷系统的布置规定;直接空冷系统的布置规定;空冷系统设备的选择。这样，我国针对空冷系统的设计工作，有了统一规定和依据。3312汽轮机回热系统300MW亚临界湿冷机组的回热系级为8级，采用ACC系统后改为7级(3高、1除、3低)，取消了1级低压加热器，既降低机组热耗约17kJ/(kwh，又节约投资约200万元。3313空冷凝汽器性能考核评价方法的补充ACC系统的性能考核评价方法除了必须考核换热能力、风机耗能水平之外，还应对传热系数作为补充，这样较为全面。3314治理600MWACC机组真空漏点内蒙古上都电厂历时半年陆续查找了65个漏点，经采用涂抹洗涤液和刮胡液等土方法并结合氦气、超声波

46、找漏等先进技术设施，使真空系统实际运行所能达到的满发背压由33kPa降至冬季运行最低背压9kPa，低于设计背压13.7kPa。这样全年可节约燃煤费用约1428万元。3315抽气系统的改进（1）取消了抽空气管道。以滤汽阀代替开关式球阀。一则减少阻力;二则解决冬季汽轮机背压弊升和逆流区冻结的困扰。（2）建议采用变频调速真空泵，该泵转速用进出逆流区的汽(气)温差t来控制。当环境气温t2时，t取5以减少抽气带汽量;当t2时,t取3以防止逆流区冻结。332 ACC技术的发展3321 ACC汽轮机铭牌功率Nm的标定我国近几年投运的ACC机组的功率仍沿用湿冷机组功率，ACC机组的铭牌功率Nm的标定工作还没有

47、开展。随着我国空冷技术的发展，Nm标定应提到日程。空冷机组的功率宜按TMCR工况(最大连续工况)作为空冷系统的计算工况。因其TMCR工况的排汽热负荷要比THA(热耗率验收)工况高6%一7%，同时TMCR工况也反映了机组的全年经济性。以TMCR工况为基础，通过测算出全年平均等效功率，定义为空冷机组的铭牌功Nm。另一种是以VWO(阀门全开)工况流量对应机组背压为35kPa(最高运行背压)作为校核条件，以额定进汽流量D0所发出的功率为Nm值。3322 空冷风机与风机群的噪声控制技术以单个风机的声压级噪声在7dB（A）A以下;风机群在厂界150m处声压级噪声在5dB(A)以下为控噪基准。（1）降低单机

48、噪声技术。降低空冷风机叶轮转速n，使叶尖线速度控制在3033.5m/s。，具有良好的降噪效果。例如对叶轮直径为9.14m的风机，折算出n=6370r/min，一般认为n=65r/min满足要求。增加叶片数目、缩小叶轮直径、增大实度、调大叶片安装角度都可取得降噪效果。采用“前掠叶形”的超静音型风机可比低噪声风机降噪56dB(A),造价稍贵(9.7m超静音型空冷风机每台造价约为150万元)。(2)降低风机群噪声技术。适当降低迎面风速V，增加管束散热表面积Ff，从而降低了风量、全压、进而降低噪声。例如:内蒙古托克托电厂的2600MWACC机组，采用GEA公司单排管管型散热器，选用V约为1.68m/s

49、，致使Ff=183.8104，而每台仅600MW机组配56台空冷风机，其电动机功率仅90kw/台，全部最大功率Nmax为5040kW，仅占机组额定功率的0.84%，比同容量湿冷机组的循环水泵电机功率所需6000kW还要少些。但Ff太大，所付代价昂贵，一般不予推广。如果选用SPX公司张家口厂制造的三排管管型散热器，情况截然不同，既可大幅度减少Ff值，又能获得合理的略少的风机电机所耗功率。在特大的排汽管道内装设消声器降噪。在空冷岛平台上设挡风墙和每台风机设分隔墙构成“封闭小间”以降低环境噪声，3.3.2.3深度节水技术(1)目前，我国ACC燃煤电厂装机取水量Vc平均值为0.15m3/（aGW）。以

50、潭山电厂2300MWACC机组为例，在相关系统的工艺与一般情况相同的条件下，Vc=0.084m3/(sGW)达到先进水平，其2300MWACC燃煤电厂水量平衡图如图4所示(图中单位为m3/h)。(2)主要指标及评价。全厂耗水指标为0.084m3/(sGW)，低于规定空冷机组单机容量为300MW及以上的电厂不大于0.20m3/(sGW)的指标，仅为湿冷机组单机容量为300MW及以上的电厂指标（不大于0.8m3/(sGW)）的10.5%，节水率约达90%。全厂凝结水补水率为1.7%，略高于规定的单机容量300MW及以上机组补水率应小于1.5%。原因是部分暖汽用疏水因水质不合格而未回收，待水质合格后

51、才回收。通过水量平衡试验，基本摸清了机组投产后的供水、用水和耗水量情况。试验结果表明:试验期间，全厂新鲜水总量为182m3/h,低于设计指标309m3/h。试验期间，全厂耗水指标为0.084m3/(sGW)，低于规定指标0.2m3/(sGW)，低于设计指标0.143m3/(sGW)。试验期间，补水率为1.7%，略高于规定指标1.5%。需加强对暖汽疏水的回收，降低补水率。投产后的水量平衡与设计的水量平衡基本一致，设计是合理的。采用直接空冷技术可大幅度节水(全厂性节水率达90%)，推广空冷技术是节水的重要措施。全厂供水水源分两路，生产供水由库水经邻近电厂直流供水的回水供应152m3/h，生活供水由

52、当地自来水公司供应30m3/h。3324风环境对空冷岛的影响数值分析不同风向、风速下空冷凝汽器冷风吸入量的比较见表1。进人空冷岛的平均人口风温与换热力见表2。不同风速下对表2进行分析:随着风速的升高，空冷岛人口风温的增值有所减少。在同一风向下，换热能力随风速升高而迅速下降。在不同风向时，空冷岛进风口来风时，换热能力最好，侧面风次之，炉后风最差。在环境风速12m/s以下时，空冷岛进风口来风可使ACC系统换热能力基本能够满足30、3OkPa的设计要求，保证机组满负荷度夏。3一12m/s的侧面风和炉后风，使ACC系统换热能力小于机组排热量，将导致汽轮机背压升高，严重时.将引起机组掉闸停机。炉后风不同

53、风速与ACC汽轮机背压预报见表3。由表3分析:当环境风速达12m/s时，汽轮机背压P接近国产汽轮机跳闸背压65kPa，若为80kPa将增加运行安全性。对跳闸背压65kPa的机组可提前预报，即早降负荷运行。3325 中水作为ACC电厂锅炉补给水的处理技术大同发电有限责任公司2600MWACC燃煤电厂全部用水量为895m3/s，全部由城市中水供应。其中，140m3/h用于冲灰，755m3/h经超滤后可产水681m3/h，566m3/h作为辅机冷却的补充水，其余115m3/h为锅炉补给水。锅炉补给水的深度处理技术:反渗透一一级除盐和混床一除盐水箱一泵、进锅炉。ACC电厂发电用水首次全部采用城市中水作

54、水源，不仅运行费用低(0.6元/m3，)，还可减少外排城市污水，使污水资源化;同时间接节约城市地下水和地表水，具有明显的社会、环保、经济效益。33. 2. 6 ACC汽包炉机组的炉水、给水处理新技术（1）ACC汽包炉机组的水质特点。凝结水含盐量低且稳定;凝结水温度高。(2)炉内水处理。宜采用氢氧化钠(NaOH)，其优点是:炉水NaOH工况下所形成的保护膜强度高、致密而坚固，炉本体铁含量降低;NaOH中和CO2的能力比氨强，而且加药量比氨小的多;NaoH工况有修复疏松和不完整的保护膜作用，出现点蚀后对蚀点的修复能力也强。锅炉给水处理。宜采用氧化性处理方式，该技术解决了现有ACC汽包炉机组原采用的

55、还原性处理方式所造成的运行中凝结水溶氧严重超标，含铁量较高，精处理运行周期短和热力系统受热面铁垢沉积率大等缺陷，从而为亚临界和超临界ACC汽包炉机提供了电站锅炉给水处理新经验。总结(1)我国ACC技术是在北方富煤缺水、气候寒冷、全年温差差大、昼夜温差也大、风多、风速较大、风沙多的地区应用并发展起来的。ACC机组单机容量不断增大，总容量可达6000万kW，将成为全球空冷大国。(2)我国在ACC工程实践中，积累了自己特有的经验，在ACC技术进步有:将国产空冷汽轮机进行分类;空冷散热器类型多样并且已国产化;提高了空冷风机降噪性能;抽真空设备选用真空泵并对其抽气系统有所改进;空冷系统设计有了统一规范、

56、空冷汽轮机铭牌功率开始标定;锅炉补给水开始使用中水并经深度处理后回用，ACC机组装机取水量仅为0.084m3/(sGW)达到国际先进水平;研究并提出风环境对空冷岛影响的数值;提出了ACC电厂汽包炉的炉水、给水处理的新方法等15项。第四章直接空冷的应用研究4.1直接空冷系统设计运行过程中存在的问题4.1.1直接空冷技术所存在的问题直接空冷系统在国内处于起步阶段，在设计和运行上均缺乏更多经验，电厂业主关注的不仅是空冷系统设计优化的经济性，更关心的是空冷系统的安全性，所谓安全性主要包括两个方面:一是夏季高温能否保证设计考核点的满发，二是在冬季低温条件下能否有效防冻。为此，在直接空冷系统设计和运行过程

57、中有必要研究和总结以下几方面的课题:1大风影响直接空冷系统受不同风向和不同风速影响比较敏感，特别是风速超过3.0m/s以上时，对空冷系统散热效果有影响，当风速达到6.0m/s向会对空冷系统形成热回流，甚至降低风机效率。为了使大风的影响降低到最低限度，设计必须研究夏季高温时段，某一风速出现最大频率的风向，在设计布置时应避开，甚至适当拉大与A列的距离。在运行期间通过气象观测收集有关数据，根据电厂发电负荷的变化进行总结，工程实施前进行必要的物模或数模试验，以指导设计和今后运行采集的数据进行对比总结。2热风再回流电厂运行时，冷空气通过散热器排出的热气上升，呈现羽流状况。当大风从炉后吹向平台散热器风速超

58、出状况要被破坏而出现热风再回流。热气上升气流被炉后来风压下至钢平台以下，这样的热风又被风机吸人，形成热风再循环。甚至最边一行风机出现反向转动。在工程上可增设挡风墙来克服热风再循环，挡风墙高度要通过设计而确定。3平台高度支撑结构平台高度要与电厂总体规划、空冷系统自身的要求综合考虑。平台高度的确定原则是使平台下部有足够的空间，以利空气能顺利地流向风机。平台越高，对进风越有利，但增加工程造价。如何合理确定平台高度，目前没有完善的理论公式，各家只有习惯的经验计算，解决此问题的途径是根据多家经验，通过不同条件的模型计算和现场运行期间的测试，研究总结出一个较理想的计算方法。4.2大风对直接空冷系统的影响及

59、解决措施4.2.1大风对直接空冷系统的影响1.自然风对直接空冷系统的影响直接空冷机组背压受环境气象条件影响很大，环境气温、风速、风向的改变均可导致汽轮机背压大幅度升高，迫使机组降负荷以维持安全运行，有时甚至造成掉闸停机。这种影响在冬季因环境温度偏低而不明显，但在夏季环境温度较高时影响显著。2.横向风对直接空冷机组的影响所谓横向风是指正对空冷岛两侧方向的来风，横向自然风对直接空冷机组的影响也应引起高度关注。横向风对机组的影响主要是对风机工作的影响。图2为在一定风机叶片工作角度180下，不同风机转速时，流量Q与压力的关系曲线。同一转速下，Q越大，其压力越小;同一流量下，风机转速越大，压力越大。图3

60、为一定的风机叶片工作角度180下，不同横向风速时的管网阻强特性曲线，风速v越大，阻力越大。要保证空冷系统的稳定运行，就必须使风机在横向风作用时能达到设计流量，可以通过提高风机工作转速来达到此目的。另外，增加风机叶片的安装角，也能使风机在横向风作用时达到设计流量。但正常运行时，风机叶片是不可调整的，因此，提高风机工作转速的方法是可取的。3环境风场对直接空冷机组空冷风机入口温度的影响由于直接空冷凝汽器同大气进行热交换，加热了周围的空气，这些已加热的空气被空冷风机再次吸人并加压后重新冷却直接空冷凝汽器的现象，或者是在其上风向处有热源(如锅炉)由于环境风场的作用，经过上风向热源加热的空气被空冷风机吸人

61、并加压后，冷却直接空冷凝汽器的现象我们统称为热风回流，这种热风回流现象降低了直接空冷机组的换热效率。针对热风回流现象直接空冷机组在其空冷散热器平台四周都建有挡风墙，挡风墙的高度设计一般分三类:平行于蒸汽分配管中心线;平行于蒸汽分配管顶部;平行于蒸汽分配管底部。(1)环境风场撞在障碍物上的风场变化。根据空气动力学原理，空气在流动过程中层与层之间是相互混掺的，是不规则的紊流现象，其流量传输在宏观上表现为扩散现象，风向实际上是指向某一方向的扩散过程，在此方向上的雷诺数相对集中。这种风场一遇到障碍就会一部分在障碍物迎风面周围形成旋涡，旋涡中心是负压区，它会在其垂直面上吸收更多的空气，另一部分在障碍物的顶部突然折向穿过障碍向下加速运动。如图4所示:(2)当无环境风场作用时，空冷风机将吸人室吸的空气升压后吹向空冷散热器，经散热器加热后由其翅片间隙向上运动同四周的空气进行热交换，因其自身的动能和热源向冷源运动所形成的动能矢量向上，形成蒸腾现象(此蒸腾区域的温度夏季一般5070)，这种现象在冬季无风时最为明显。(3)环境风场对直接空冷风机入口温度的影响。在环境风场的作用下，沿空冷散热器平台四周挡风墙的迎风面处会形成旋涡，同时，靠近挡风墙的风