空冷技术系统与设备问题毕业论文.doc

空冷技术系统与设备问题毕业论文目录1 概述11.1 空冷技术简介11.1.1采用空冷的必要性11.2 空冷技术的发展及现状21.2.1国内外空冷技术发展21.2.2空冷技术的发展趋势31.3 空冷系统简介31.3.1 直接空冷系统41.3.2 具有混合式凝汽器的间接空冷系统51.3.3 具有表面式凝汽器的间接空冷系统61.3.4 其他空冷系统82 直接空冷系统与设备92.1简介92.2直接空冷凝汽器102.2.1空冷凝汽器的分类102.2.2大型直接空冷机组空冷凝汽器的布置方式112.2.3散热管束132.3冷却风机和抽真空系统162.3.1冷却风机162.3.2抽真空系统172.3.3排水和凝结水系统192.3.4控制和仪表系统193 直接空冷机组常见问题及防止措施203.1直接空冷机组的工艺特点及常见问题203.2空冷机组夏季负荷影响因素213.3夏季提高出力的综合性改进措施223.4空冷凝汽器管束冬季防冻问题的预防措施23结束语25参考文献26致谢27外文翻译281 概述1.1 空冷技术简介 大容量火力发电厂的正常运行需要充足的冷却水源，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，直接或者间接用环境空气来冷凝汽轮机的排汽，称为发电厂空冷。研究空冷装置以及其使用的一系列技术，称为发电厂空冷技术。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为干冷系统。它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，所以空冷塔又称干式冷却塔。1.1.1采用空冷的必要性（1）节水势在必行 水是人类赖以生存、国民经济建设中不可缺少的自然资源。有关统计数据表明,我国人均占有水量只是世界上人均占有量的1/5,被联合国列为13个贫水国家之一,而且全国水资源的时空分布极不均匀。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,水已成为制约国民经济发展的主要因素之一。特别是我国的“三北”(华北、东北、西北)地区,煤炭资源丰富,但水资源极其贫乏,所以在规划工业发展时,必须把节水目标放在首要位置。 在火力发电厂建设方面,国家电力公司印发的国电办1998178号关于火力发电厂节约用水的若干意见一文,明确指示“计划部门在煤炭丰富且缺水地区规划火电厂时,要把节水作为一个首要的考虑因素,积极推广应用空冷技术”。要求“电厂建设应考虑采用节水型设备,厉行节约用水,同时采取切实措施防治染”。 鉴于国家要求在规划火电厂的同时必须把节水做为首要条件,节水势在必行。用空冷技术,建设节水型电厂是现实可行、非常有效的节水途径。（2）采用空冷技术的效益 根据计算机统计数据,采用空冷系统,可使电厂的全厂总耗水量降低70%以上,用同样的水量可以建设3倍容量采用湿冷系统的电厂。建设空冷火电厂,电厂的总投资大约要增加6%10%左右,电厂建成后的运行费用与采用湿冷(按目前水价)大体持平,但其最大的效益就是大量节约了电厂用水。正蓝电厂一期2600MW机组,空冷与湿冷相比,日耗水量可以由5万m3/d降低为0.84万m3/d节水率达84%。节约的水资源是无法简单用金钱计算的,因为目前水资源的价格与价值严重相背离。采用空冷技术,由于电厂耗水量大大减少,所以水源供水系统也会相应简单、工程量减少,不仅可以降低供水工程的投资,还可以使电厂的供水保证率提高,安全可靠性增加。电厂是用水大户,电厂大量节约用水后对缓解水资源短缺,合理利用水资源,充分发挥仅有水资源更大的社会效应是不言而喻的。同时,电厂采用空冷后,废水可以达到零排放,对保护当地的水体环境是很有好处的。 总之,电厂采用空冷技术后可大量节水,其经济效益、社会效益和环境效益综合考虑是显著的1.2 空冷技术的发展及现状1.2.1 国内外空冷技术发展国内发展国外发展 1966年 哈工大50KW机组上做了直接空冷实验机组 1967年 候马电厂1.5MW直接空冷机组（工业性） 1976年 甘肃石油化工厂33MW直接空冷机组（哈空调） 1987、88年 大同二电厂5号机组200MW海勒系统（进口机组） 1992年 内蒙的丰镇电厂4200MW国产海勒空冷系统 1994年 一月和九月太原二电厂2200MW散热器采用哈门式 2003年 11月12月大同大唐2200MW直接空冷 2004年 渝社、漳山电厂2300MW直接空冷 2005年 大同二电厂、内蒙新半2600MW直接空冷 2006年 内蒙拖拉山电厂300MW直接空冷（国产）2007年 国电宝鸡电厂2600MW海勒系统内蒙古卓恣山4200MW海勒系统阳城电厂2600MW融合海勒和哈门系统“SCAL”型表面式散热凝汽器 1939年 德国多尔矿区1.5MW直接空冷系统 1950年 卢森堡、意大利钢厂的自备电厂13MW直接空冷系统 1950年 大同5号6号机组海勒提出混合式凝汽器、散热器用铝制成的 1962年 在美国的拉格来 120MW首先采用海勒式系统 1968年 在西班牙的160MW采用直接空冷系统 1970年 苏联、胸牙利、南非的200MW均采用海勒系统 1977年 美国330MW采用海勒式 1985年 德国的核电站300MW采用哈门系统 1987年 南非马庭巴6665MW直接空冷系统1988年 南非6686MW哈门系统巴林890MW直接空冷机组 伊朗325MW海勒式机组（中国产）应用领域：燃煤电厂、燃气蒸汽联合循环、大电厂、工业企业的自备电厂 气候条件：沙漠、干旱地区、水源比较充沛的地区、炎热地区、严寒地区1.2.2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。1.3 空冷系统简介 发电厂空冷技术从提出到现在约有50多年的历史，并在国际上有了迅速发展，目前已出现单机容量686MW的空冷机组。在干旱地区，空冷技术发展尤为迅速，并出现了多种类型，如直接空冷、干湿联合冷却机组等。发电厂空冷技术已成为当前发电厂建设中的一个热门课题。当前用于发电厂的空冷系统主要有三种，即直接空冷、表面式凝汽器间接空冷系统和混合式凝汽器间接空冷系统。直接空冷多采用机械通风方式，20世纪90年代以来，比利时哈蒙鲁姆斯公司提出采用自然通风，两种间接空冷多采用自然通风。1.3.1 直接空冷系统 直接空冷系统又称空气冷凝系统。直接空冷是指汽轮机的排气直接由空气来冷凝，空气与蒸汽间进行热交换，所需的冷却空气通常由机械通风方式供应。直接空冷的凝气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翅片的若干个管束组成的，这些管束亦称为散热器。直接空冷系统的流程如图1-1所示。汽轮机的排汽通过粗大的排汽管道送到室外的空冷凝汽器内，轴流冷却风机是空气流过散热器外表面，将排汽冷凝成水，凝结水再经泵送回到汽轮机的回热系统。 图 1-1直接空冷流程 直接空冷系统是将汽轮机排出的乏汽由管道引入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。 空冷凝汽器分主凝汽器和分凝汽器两部分，主凝汽器多设计成汽水顺流式，它是空冷凝汽器的主体可冷凝75%80%的蒸汽；分凝汽器则设计成汽水逆流式，形成空冷凝汽器的抽空气区域，设置逆流管束主要是为了能够比较顺畅的将系统内的空气和不不凝结气体排出，避免运行中在空冷凝汽器内的某些部位形成死区，冬季形成冻结的情况。 空气区的抽真空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、排气管道及凝结水箱等设备内部形成真空，通常采用的抽空气设备是蒸汽抽气器。本系统的作用是在机组启动时将一些汽水管道系统和设备中积集的空气抽掉，一边加快机组启动速度，以及在正常运行时及时抽掉蒸汽和疏水中以及泄漏入真空系统的空气和其它不凝结气体，以维持凝汽器真空和减少设备等腐蚀。抽真空系统中设有破坏阀门，当需要破坏系统真空时，可开启真空破坏阀。 在直接空冷系统中，空冷凝汽器的布置与风向、风速及电厂主厂房朝向都有密切关系。中、小型机组可直接在汽轮机房屋顶布置空冷凝汽器，大型机组的空冷凝汽器通常在紧靠机房A列柱外侧与主厂房平行的纵向平台上布置若干单元组，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分凝汽器组成“人”字形排列结构，并在每个单元机组下部设置一台大直径轴流风机。 直接空冷系统的其他的主要特点还有： 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。汽轮机排汽要由大直径的管道引出，用空气作为直接冷却介质，通过钢制散热器进行表面热交换，冷凝排汽需要较大的冷却面积，故而真空系统庞大。 耗能大。直接空冷系统所需的空气由大直径风机提供，风机需要耗能，根据国外资料，直接空冷系统自耗电占机组发电容量的1.5%左右。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顶或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 冬季防冻措施比较灵活可靠。间接空冷系统的主要防冻手段是设置百叶窗来调节和隔绝进入散热器的空气量，若百叶窗关闭不严或驱动机构出现机械或电气故障，将导致散热器冻结。而直接空冷系统可通过改变风机转速、停运风机或使风机反转来调节空冷凝汽器的进气量，利用吸热风来防止空冷凝汽器的冻结，调节相对灵活，效果好且可靠。已有运行经验证明。 凝结水溶氧量高。由于直接空冷机组的真空系统庞大，易出现负压系统氧气吸入，又由于机组背压偏高，易出现凝结水过冷度偏大，进一步加大了凝结水中溶解氧的含量。 直接空冷的缺点是：风机群噪声污染环境。风机群消耗动力大约为100%，维修工作量大。热风抽吸到进风口，影响冷却效果。系统的负压区域大，制造、施工必须精心，以维持高度的严密性。发电煤耗多，约为103%。 直接空冷适用于各个环境条件和各类燃煤电厂，要求煤价低廉，最好带基本负荷。 1.3.2 具有混合式凝汽器的间接空冷系统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1-2所示。 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。由外表面经过防腐处理的圆形铝管、套以铝制翘片的管束所组成的“”形排列的散热器，称为缺口冷却三角，在缺口处装上百叶窗就成为一个冷却三角。系统中的冷却水都是高纯度的中性水（PH=6.87.2）。中性冷却水进入凝汽器直接与汽轮机排气混合，并将其冷凝。受热后的冷却水绝大部分由冷却水循环被送至空冷塔散热器，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。受热的循环冷却水中的极少部分经凝结水精处理后送至汽轮机回热系统。图1-2 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发电机该系统中的调压水轮机有两个功能：通过调压水轮机导叶开度来调节喷射式凝汽器前的水压，保证形成微薄且均匀的垂直水膜，减少排气通道阻力，使冷却水与排气充分接触换热；回收能量，减少冷却水循环的功率消耗。调压水轮机在此空冷系统中的连接方式有两种：一种是在许多空冷电厂已采用过的立式水轮机与立式异步交流发电机连接，另一种连接是卧式水轮机与卧式冷却水循环泵、卧式电动机的同轴连接。后一种连接方式可以在工程中使用，但目前尚未见投运的实例。 海勒式间接空冷系统的优点是：以微正压的低压水系统运行，较易掌握，可与中背压汽轮机配套；冷却系统消耗动力稍低，厂用电稍少，约为90%；基建投资中等，为120%；占地面积中等，为156%。其缺点是：铝制空冷散热器耐冲洗、耐抗冻性能差；空冷散热器在塔外布置，易受大风影响其带负荷的能力；设备系统复杂，且有薄弱环节。海勒式间接空冷系统适合与气候温和、无大风地区，带基本负荷。1.3.3 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。 哈蒙氏间接空冷系统如图1-3所示。这种空冷系统是在海勒式间接空冷系统运行实践基础上发展起来的。鉴于海勒式间接空冷系统采用的喷射式凝汽器，其运行端差实际值和表面是凝汽器端差相比较没有明显减少。在喷射式凝汽器中，循环冷却水与锅炉给水是连通的，由于锅炉给水品质控制严格，系统中要求设凝结水精处理装置；对高参数、大容量的火电机组，给水水质控制和处理尤为困难，于是在单机容量300和600MW级火电机组发展了哈蒙氏间接空冷系统与直接空冷系统。哈蒙氏间接空冷系统由表面是凝汽器与空冷塔构成。该系统与常规的湿冷系统基本相仿，不同之处是用空冷塔代替湿冷塔，用不锈钢管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开敞式循环冷却水系统。在哈蒙氏间接空冷系统回路中，由于冷却水在温度变化时体积发生变化，故需设置膨胀水箱。膨胀水箱顶部和充氮系统连接，使膨胀水箱水面上充满一定压力的氮气，这样即可对冷却水容积膨胀起到补充作用，又可避免冷却水和空气接触，保持冷却水质不变。 在空冷塔底部设有储水箱，并设置两台输水泵可向冷却塔中的空冷散热器充水。空冷散热器及管道满水后，系统即可启动投运。哈蒙氏空冷系统的散热器有椭圆形钢管外缠绕椭圆形翘片或套嵌矩形钢翅片的管束组成，椭圆形钢管及翅片外表面进行整体热镀锌处理。 图1-3 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 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。 哈蒙氏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，冷却水系统中可充以防冻液防冻；空冷散热器在塔内布置，其带负荷能力基本上不受大风影响。其缺点是：空冷塔占地大，基建投资多，约为126%；发电煤耗多，约为105%；系统中需要两次换热，且都属于表面式换热，使全厂热效率有所降低。哈蒙氏间接空冷系统适用于核电站、热电站和调峰大电厂。1.3.4 其他空冷系统（一）SCAL间接空冷系统图1-4 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 这种空冷系统更像是哈蒙式间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1-4所示。 采用表面式凝汽器和福哥型铝管铝翅片散热器的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，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。（二）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）代替水作为中间冷却介质，其流程如图1-5所示。图 1-5 采用冷却剂代替水的间接冷却系统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 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。2 直接空冷系统与设备2.1简介直接空冷系统，又称空气冷却系统，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。直接空冷的凝汽设备称为空冷凝汽器。组成空冷凝汽器的若干管束称为散热器。接空冷系统由自汽轮机的排汽装置出口至凝结水泵入口范围内的设备和管道组成。主要包括：汽轮机排汽管道和膨胀节；蒸汽分配管及空冷器管束；凝结水系统；抽空气系统；疏水系统；空气供应系统；钢构架组成的空冷平台；自控系统及仪表；各种管制件；系统保护设备；清洗系统。其中排汽管道、空冷凝汽器管束、风机、抽真空设备是非常重要的。这些设备直接关系到直接空冷系统运行的经济性和安全性。在系统中，一台风机、几片管束及“A”形构架组成一个冷却单元。冷却单元又可分成顺流管束冷却单元和逆流管束冷却单元。自控系统和仪表以及保护设备直接影响空冷系统的自动化程度及安全经济运行性能。本章主要针对上述对空冷系统起重要作用的设备进行阐述。各主要设备在空冷系统中的位置见2-1图2-12.2 直接空冷凝汽器2.2.1空冷凝汽器的分类 凝汽器作为汽轮发电机组的一部分,它的作用就是把汽轮机排出的乏汽凝结成水,与真空抽气装置一起维持汽轮机排汽缸和凝汽器内的真空,并把凝结水回收作为锅炉的补水。直接空冷凝汽器中，汽轮机排出的蒸汽在装有翅片管束的椭圆形或扁形管内流动,冷空气在翅片管外对蒸汽直接冷却。（一）据空冷凝汽器的结构型式空冷凝汽器的结构有顺流式、逆流式、顺逆流联合式三种。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液膜较薄、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氧量增多，引起翅片管的腐蚀。过冷却还有导致冰冻的危险。2、逆流式 汽轮机排汽沿配汽管由下向上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，空冷凝汽器绝大多数采用顺逆流联合方式的结构，即以顺流为主、逆流为辅，且两者间散热面积维持一定比例。（二）据冷却空气的提供方式 直接空冷凝汽器的冷却用空气可通过自然通风和强制通风的方式供给。空冷凝汽器相应分为自然通风直接空冷凝汽器和强制通风直接空冷凝汽器。1、自然通风直接空冷凝汽器 空冷凝汽器管束布置在自然通风塔内，通过自然通风方式供给冷却用空气。目前，这种布置方式已引起了有关人员的关注，但也存在一些实际的问题。如对于600MW级直接空冷凝汽器由于自然通风的空冷塔尺寸太大，很难在汽轮机房外地段上找到布置厂地；300MW级直接空冷凝汽器，由于目前其配备散热面积、风机台数以及噪声水平都达到最佳状态，因而也限制了自然通风直接空冷凝汽器的使用。2、强制通风直接空冷凝汽器 机组不设空冷塔，冷却用空气由装在管束下面的轴流风机通过强制通风供给。与自然通风直接空冷凝汽器相比，存在大直径轴流风机制造工艺要求高，风机耗能大，噪声控制要求严等技术问题，但因其具有占地面积小，基建投资小，冷却风量易于控制等优点，得到广泛的应用。本书将重点介绍该类直接空冷凝汽器。（三）据组成管束的翅片管的排数 直接空冷凝汽器可分为单排翅片管空冷凝汽器和多排翅片管空冷凝汽器。单排管束与多排管束的对比，在散热管束部分进行叙述。（四）据冷却元件材质与形状 直接空冷凝汽器可分为热浸锌椭圆钢管套矩形翅片管、大口径热浸锌椭圆钢管绕椭圆翅片管、大直径扁钢管钎焊铝蛇形翅片管、扁钢管上热浸锌钢翅片管等空冷凝汽器。2.2.2大型直接空冷机组空冷凝汽器的布置方式 空冷凝汽器分主凝汽器和分凝汽器两部分。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。 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置在紧靠汽机厂房的A列柱外侧且平行于A列。在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“A”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。 空冷凝汽器管束按管内凝结水与乏汽流向关系分为顺流管束和逆流管束。通常机组由若干列，几百片管束和数十台风机组成，每台风机向若干片管束供风（即组成一个空冷凝汽器单元）。这若干片管束组成一组空冷凝汽器。空冷凝汽器的支架有两种结构形式,一种是钢结构,一种是钢筋混凝土结构。从目前的资料看钢结构支架应用的多一些图2-2 空冷岛单列流程图图2-3空冷构架模拟图2.2.3散热管束冷却元件即翅片管，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。对翅片管的性能基本要求：（1）良好的传热性能；（2） 良好的耐温性能；（3） 良好的耐热冲击力；（4） 良好的耐大气腐蚀能力；（5） 易于清洗尘垢：足够的耐压能力，较低的管内压降：（6） 较小的空气侧阻力；（7） 良好的抗机械振动能力；（8） 较低的制造成本。（一）冷却元件分类 根据散热器光管及翅片所用金属材料的不同，可以将应用于空冷电厂的散热器分为铝管铝翅片散热器（也称为福哥型散热器）、钢管钢翅片散热器和钢管铝翅片散热器三类。当前，空冷机组主要有七种冷却元件可供选择，即：(1) 铝管套铝翅片管（海勒式间接空冷系统）；(2) 圆钢管套铝翅片管（直接空冷系统）；(3) 热浸锌椭圆钢管（36*14）套矩形钢翅片管（间接空冷系统）；(4) 热浸锌大直径椭圆钢管（100*20）套矩形钢翅片管（直接空冷系统）；(5) 大口径热浸锌椭圆钢管绕椭圆翅片管（直接空冷系统）；(6) 大直径扁钢管钎焊铝蛇形翅片管（直接空冷系统）(7) 扁钢管上热浸锌钢翅片管（直接空冷系统）。以下主要介绍应用于直接空冷系统的冷却元件。直接空冷所采用的圆钢管套铝翅片管在一些国家得到应用。从减少管内阻力和防冻考虑，管径要选的大一些。图2-4 椭圆钢翅片管（二）单排管束与多排管束截止目前，空冷元件的发展经历了三个阶段，（1）20世纪50年代的圆管圆翅片四排管，（2）20世纪70年代的矩形翅片椭圆管两排管，（3）目前的单排管。目前生产钢制多排管的主要是德国巴克杜尔(BDT)公司，国内生产基地位于张家口市；生产双排管的主要是德国基伊埃(GEA)公司，国内生产基地在太原市捷益公司、哈尔滨空调股份有限公司；原比利时哈蒙(HAMON)公司生产单排管，国内没有生产线，2003年被BDT公司总部购并后，与BDT合并为同一家公司，于2004年在天津上了两条生产线，到目前为至，三种管型均在国内有了合资生产线，或独立生产。HAMON-LUMMUS公司也将单排管称为SRC管。 单排管束与多排管束相比具有以下优点：（1） 因为管束两侧换热面积被充分利用，空冷凝汽器总换热面积减小，因而造价降低，同时也缩短了制造周期。（2） 空气流动阻力减小，空冷风机电耗降低，因而降低了运行费用，噪声亦同时降低。（3） 解决了管束内不凝结气体积聚的问题，凝结水流动更加顺畅，减少了凝结水的过冷度和发生冬季冰冻的危险。（4） 由于重量减轻，支架结构简化，安装工作量相应减少。（5） 换热面更加紧凑，设备占地面积减少。（6） 相对于双排管束比较容易清洗。图2-5 空冷元件发展的三个阶段图2-6单排管示意图2.3冷却风机和抽真空系统2.3.1冷却风机冷却风机的作用是为空冷凝汽器提供冷却汽轮机排汽所需的介质空气。空冷凝汽器几乎都采用立式轴流风机。每组空冷凝汽器配置一台轴流式风机。空冷风机的技术参数与特点如下：（1） 大直径要求：300MW以上机组一般使用风机直径D=9.144m、9.754m。（2） 高静压效率要求：s5866%（风机群运行的能耗水平）。（3） 低噪音要求：按GB12348-90工业企业厂界噪声标准，要求空冷风机群在厂界处声压级55dB（A），目前对单台风机的噪声声功率级要求88-93dB（A）。（4） 较高的静压全压比：要求比值达0.740.81。（5） 对风机的安全可靠性、叶片互换性、振动与平衡特性要求更高。为使整体空冷装置的噪声符合工厂企业厂界噪声标准（GB12348-90）的要求，空冷风机采用大直径、慢转速、低噪声的风机，并配备低电压变频器进行变频调速，达到节能降噪的目的。为进一步降低噪声，有些机组还选用了流线型风机叶片的低噪声风机。2.3.2 抽真空系统 抽真空系统是直接空冷系统的重要组成部分。 对于凝汽式汽轮机组，需要在汽轮机的汽缸内和凝汽器中建立一定的真空，正常运行时为了维持凝汽器真空，也必须把由真空系统不严密处漏入的空气以及蒸汽里带来的不凝结气体从凝汽器里不断抽走。抽真空系统的作用就是建立和维持汽轮机组的低背压和凝汽器的真空。在机组启动时将一些汽、水管路系统和设备中积集的空气抽掉，以便加快启动速度。在正常运行时及时抽掉蒸汽和疏水中以及泄漏入真空系统的空气和其他不凝结气体，以维持空冷凝汽器真空和减少对设备等的腐蚀。汽轮机低压部分的轴封和低压加热器也依靠真空抽气系统的正常工作才能建立相应的真空。 是否能保持最有利的真空，是衡量抽真空设备运行好坏的一个标准，对汽轮机的安全性和经济性有很大的影响。凝汽设备在运行中,如果真空系统不严密就会漏入空气，使真空降低。同时使空气的分压力增加，由于空气的溶解度与其分压力成正比，由此造成更多的空气溶入水中，而使凝结水含氧量增加。 抽真空系统由抽气管道、截止阀和凝汽器抽真空设备组成。国外该系统多采用射汽抽气器。在汽轮机启动时用辅助抽气器，以达到在规定时段内（如30min）适应汽轮机启动的要求。在汽轮机正常运行时，采用出力较小的主抽气器，以维持排汽系统的真空。国内直接空冷机组多采用水环式真空泵，其出力大、经济性好。 抽真空系统中设有真空破坏阀门，当需要破坏系统真空时，可开启真空破坏阀。 目前国内每台直接空冷机组设三台100%容量的水环式真空泵，机组启动时三台水环式真空泵全部投入。机组正常运行时，则保持一到二台运行，维持系统真空。（1）水环式真空泵组系统 水环式机械真空泵系统是一种性能优越的新型凝汽器抽真空系统，由水环式真空泵、低速电动机、汽水分离器、工作水冷却器、气动蝶阀、高低水位调节器、泵组内部有关连接管道、阀门及电气控制设备等组成。 泵组系统工作流程见图2-7，由凝汽器抽吸来的气体进入气体吸人口1，经过常开式气动蝶阀2，沿泵吸气管道3，进入水环真空泵5，该泵由低速电动机7通过联抽器6驱动，由真空泵排出的混合气体经泵出口管道9，进入气水分离器8，分离后的气体经气体排出口10排向大气。分离出来的水与来自水位调节器11的补充水一起进入冷却器13；冷却后的工作水，一路经孔板4喷人真空泵吸气管，使即将进入真空泵的气体中可冷凝部分冷凝下来，以提高真空泵的抽吸能力；另一路水直接进入泵体，作为工作水的补充水，使水环保持稳定而不超温。冷却器冷却水一般可直接取自凝汽器冷却水进口，出水接入凝汽器冷却水出口。 气动蝶阀起隔离作用，以免开启备用泵之前空气由备用泵导入冷凝器。在蝶阀的前后装有压差开关(PDS)，只有当气动蝶阀的前后压差小于3kPa (有的电厂为3.4kPa，此值可以调整)时，气动蝶阀开启，冷凝器气侧的气体被接通经气动蝶阀抽入真空泵。这样就避免了因启动真空泵而引起大量空气经真空泵倒流进入正在工作的凝汽器真空系统，确保了凝汽设备及系统的正常工作。当系统真空降低到比设定值还大10KPa时，可通过压力开关PS使备用泵自动投入运行；当抽吸压力达到设定值1030KPa时，则由PS的作用又使备用泵停下，这样就保证了抽气压力在规定范围内运行。图2-7 水环式真空泵组工作流程图1一气体吸入口；2汽动蝶阀；3一管道；4一孔板；5一真空泵；6联轴器；7一电机；8一气水分离器；9管道；10一气体排出口；11一水位调节器，12一补充水入口；13一冷却器水环真空泵示意图如图2-8所示图2-8水环真空泵2.3.3排水和凝结水系统在排汽管道的最低点，设置了一个排水箱（热井）用于排出在管道中收集的凝结水。凝结水靠重力从蒸汽/凝结水联箱的管路经过凝结水管路流到凝结水箱，对于使用射汽抽气器的抽真空系统，凝结水也来自于表面冷却器。凝结水箱配备有液位计、必要的管接头、检查孔和箱体固定地脚装置。凝结水箱的容量设计成可收集510分钟期间的凝结水。正常运行的液位是其直径的50。如果不能实现靠重力将凝结水收集到凝结水箱，则需要在热井下方配备排水泵以便将凝结水输送到凝结水箱。2100（或350）配置的凝结水泵被设置在凝结水箱的下方以便将凝结水送回电厂的凝结水系统（限于ACC系统），并且如果有的话，会通过抽真空系统的表面冷凝器。凝结水箱位于蒸汽/凝结水联箱管路下方，同时其位置应比凝结水泵的位置尽量可能地越高越好，以便提供充分的吸入压力从而可以使用标准的水平布置的水泵。由于一台凝结束泵在保持长期运行（用于保证有充足的冷却水流过射汽抽气器的冷却器），一套排水/回水控制阀和管路构成的凝结水系统被用来确保即使在低负荷的运行条件下，凝结水箱中也有充足的水位。2.3.4控制和仪表系统对于非设计条件下的运行状态和特殊运行方式（设计条件指正常运行状态），比如启动、旁路运行、防冻措施和停机等，需要仪表和控制系统来控制冷凝器机组安全地运行，并且满足汽轮机需要的运行条件。辅助设备如泵、抽真空系统和水箱必须配备就地检测仪表。控制系统至少由下列部分构成：蒸汽背压和蒸汽温度检测在蒸汽/凝结水箱管路中地温度检测基本上，直接空冷系统地控制和议表系统用来控制在需要的背压下风扇的转速。在正常运行条件下，电厂的控制系统会设定一个背压值，它与ACC控制系统的背压值进行比较。如果实际的背压值高于设定值，则风机被调解到较高转速，如果低于设定值，则调解到较低转速。单速或双速电机可以通过接线线路进行转换，从而给电机一个的启动时间间隔。利用变频器可以实现风机转速的无级调速，它也可被选用于控制系统并有下列优点：当只有少量风机时可以连续调节汽轮机的排气压力从而避免了大的压力波动。可以将风机的转速调解到需要值从而减少风机的能耗。控制单元可以设计成利用PLC控制，其主要构成包括一个主控单元、有缓冲电池的电源单元、有存储模块的CPU单元、模拟输入、数字输入、数字输出、手动转换开关、显示单元以及如果需要的话，一组用于与电厂控制系统进行数据交换的数据总线。3 直接空冷机组常见问题及防止措施 3.1 直接空冷机组的工艺特点及常见问题 (1)直接空冷机组中汽轮机排汽直接由空气冷凝,机组背压随空气温度变化而变化,特别是我国北方地区,一年四季乃至昼夜温差都较大,机组背压和小时出力波动较大。 (2)汽轮机排汽用空气作为直接冷却介质,通过钢制散热器进行表面交换,故需要庞大的真空散热系统,投入运行后对真空系统严密性的要求高。 (3)夏季空冷机组负荷出力受诸多因素的影响,包括环境温度、风向、风速,凝汽器表面脏污等,夏季工况下负荷出力达不到设计是该类型机组面临的普遍问题。我厂运行的空冷机组在夏季最高气温条件下小时负荷最低降为设计65%以下,同时机组背压高,相应使凝结水温度高达80左右,只能以连续投后汽缸减温水或降负荷方式维持。但长期投入减温水运行,对机组后汽缸末级叶片铆钉和平衡块的冲刷较为明显;且有可能发生冲刷不均匀,导致运行振动增加等不良后果。 (4)冬季空冷机组运行,室外空冷凝汽器的防冻问题也是该类型机组在北方地区面临的主要问题。尽管从设计的角度,设置了逆流管束,轴流风机采取了变频技术等措施,但在机组低负荷运行工况下,空冷凝汽器某些边缘管束仍可能形成死区,造成冬季结冰冻裂管束现象。3.2空冷机组夏季负荷影响因素1）现场风向、风速作用及周边障碍物的影响。 (1)在不同风向下,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; (2)在同一风向下,换热能力随风速升高而迅速下降; (3)在环境风速12m/s以下时,空冷岛进口来风可使空冷系统换热能力基本满足环境温度30,机组背压30KPa时设计要求; (4)环境风速312m/s的侧面风和炉后风,使空冷系统换热能力小于机组排热量,将影响机组的背压; (5)空冷岛平台高度一般要求在30m以上, 周边150m范围内尽可能不设计永久性高层建筑。 (6)此因素在空冷机组设计阶段应根据当地气候条件和现场场地等合理设计,尽可能为投产后的优化运行创造条件。2） 热风再循环现象 从图3-1可以看出，当刮起北风时，在高的锅炉房和汽机房的顶部产生紊流。热空气流绕过高大的电站建筑物，加上从翅片管上方来的上升热空气，在空冷岛周围形成一个复杂的流场。当上面的气压高于空冷岛下面的气压时，有的风机就会产生逆向流，即上升的热空气又被吸入风机的入口而流过凝汽器，形成热风回流，风机入口空气温度迅速升高，在空冷凝汽器内的蒸汽换热效率急剧下降，导致排汽压力增大，真空迅速恶化。图3-1 热风再循环示意图 在夏季工况下若无很好的应对措施,也会对负荷出力构成负面影响。减少热风再循环措施,主要从设计、施工阶段重点考虑。如合理布置设备安装位置,减少空冷平台的漏风量以及空冷平台上部四周设置一定高度的挡风墙等。3）环境温度的影响 空冷机组设计气温是根据机组优化设计,综合各种因素后确定的当地年“气温一时间”分布的加数平均数,并不一定是当地的最高气温。当实际环境温度高于设计气温时,空冷岛循环空气的热交换能力将大幅下降,对机组负荷的影响将较为明显。4) 真空系统漏空对负荷出力的影响 直接空冷机组相对湿冷机组有庞大的负压区域,管道纵横交错,各种焊口,法兰等薄弱环节较多,运行中系统泄漏量增加而抽真空设备抽气性能不足时,将直接导致机组真空度降低,背压升高,机组出力和经济性变差。根据有关统计资料,系统真空度每降低1%,蒸汽消耗量增加12%。5) 空冷凝汽器管束表面积灰,造成管束传热效率下降,对负荷的影响也较为明显,这点在北方地区和空气环境相对恶劣条件下运行的机组更为明显。以山西省介休市安泰集团发电厂空冷机组为例,在其它工况参数一致的情况下,管束积灰清洗前、后的负荷相差1525%。3.3夏季提高出力的综合性改进措施 直接空冷机组夏季负荷出力的影响因素是多方面的,而且各因素之间相互作用,故实际运行中对负荷出力的改善建议采取综合性措施,下面侧重从运行角度提出如下建议:1)针对气温对负荷出力的影响,可以考虑在轴流风机叶片上部增加强雾喷淋换热装置,以降低环境风温,提高传热效率,增加该装置须考虑如下因素: (1)喷嘴的设计选型和雾化质量是考虑的重点; (2)根据空冷管束结构合理布置喷嘴的数量和层高; (3)通过小型试验或设计确定喷嘴的角度; (4)喷淋用水采用除盐软化水,喷水压力0.4Mpa左右; (5)增加喷淋装置后,管束内湿度增加,对轴流风机、电机、照明等线路部分绝缘提出更高要求,要考虑防护等级匹配性,并现场作好电机接线盒等部位的密封工作。 2)针对真空系统不严密对机组出力的影响,建议采取如下措施: (1)空冷真空系统非常庞大,实际运行中对整个系统的检测和维护相对复杂,即使找到漏点,目前所采取的普遍作法也是对管束的封堵,修复费用很大。所以对真空系统的管理,应体现预防为主的指导思想。 (2)加强空冷管束制造,施工阶段的质量管理工作,以维持系统高度的严密性。机组投产前的气密性试验应严格按照验收规范执行。气密性试验不合格,不应投入生产。 (3)考虑真空系统漏风量随运行时间逐渐增加的事实,在设计阶段可以配置抽气能力较原始计算值高一级容量的真空泵,以为今后系统漏空气量储备抽气容量。 (4)加强运行水质监督管理,重点复水系统含O2量,含Fe的监管,防止空冷器管束内壁腐蚀发生泄漏,具体措施如下: 树立水质管理“预防为主,工作重在平时”的指导思想,从运行、停运保养等各个环节采取综合性措施,确保各项水质指标在控制范围内; 要求化水、汽机专业建立工作协调、监督机制,避免因职责不清而可能导致的水质事件; 空冷机组有相对庞大的真空系统,对水质含O2控制比较困难。化学专业应积极开展水质含O2量控制的试验研究工作,改变湿冷机组靠化学方法除氧的思路,充分利用O2的双重性,开展汽包炉给水局部轻微氧化性无除氧剂水化学工况的运行试验工作(只加氨不加联氨),确保水质含O2数据合格。 (5)配备专业的真空检漏设备,对空冷系统定期检漏,对真空系统漏风情况有一客观的分析并提前制定防范措施。3)针对空冷器管束表面积灰后对传热效率和负荷的影响,建议配套高压水冲洗装置,以定期冲洗的方式剥离管束表面积灰,使其不形成硬垢层,具体操作中注意以下几点: (1)现场冲洗,强调人员分工及协作配合,安全第一; (2)制定科学、合理的冲洗方式和频次; (3)对管束表面形成的硬垢层,考虑采用化学清洗和高压水力冲洗相结合方式处理,先利用化学药剂剥离松动后,再用高压水冲洗清除。 4)空冷机组增加喷淋装置和高加水冲洗系统后,相应增加了系统除盐水的消耗量,部分除盐水