汽輪機(jī)直接空冷系統(tǒng)概述

1、汽輪機(jī)直接空冷系統(tǒng)概述直接空冷系統(tǒng)亦稱為ACC(Air Cooled Condencer) 系統(tǒng)，它是指汽輪機(jī)的排汽引入室外空冷凝汽器內(nèi)直接用空氣來將排汽凝結(jié)。其工藝流程為汽輪機(jī)排汽通過大直徑的排氣管道引至室外的空冷凝汽器內(nèi)，布置在空冷凝汽器下方的軸流冷卻風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)空氣流過冷卻器外表面，將排汽冷凝為凝結(jié)水，凝結(jié)水再經(jīng)凝結(jié)水泵送回汽輪機(jī)的回?zé)嵯到y(tǒng)。直接空冷機(jī)組原則性汽水系統(tǒng)1鍋爐； 2過熱器； 3汽輪機(jī)； 4空冷凝汽器；5凝結(jié)水泵； 6凝結(jié)水精處理裝置；8低壓加熱器；9除氧器； 10給水泵； 11高壓加熱器；12汽輪機(jī)排汽管道；13軸流冷卻風(fēng)機(jī)；14立式電動(dòng)機(jī)；15凝結(jié)水箱； 17發(fā)電機(jī)直接空冷系

2、統(tǒng)的空冷島部分直接空冷系統(tǒng)的特點(diǎn)直接空冷系統(tǒng)是將汽輪機(jī)排出的乏汽，由管道引入稱之為空冷凝汽器的鋼制散熱器中，由環(huán)境空氣直接將其冷卻為凝結(jié)水，減少了常規(guī)二次換熱所需要的中間冷卻介質(zhì)，換熱溫差大，效果好。該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)還有：1、自然界大風(fēng)的影響比較嚴(yán)重。在夏季，自然氣溫普遍較高，如在這一時(shí)段再受到自然大風(fēng)的影響，必然對機(jī)組的運(yùn)行產(chǎn)生影響。各電廠在夏季高溫段遇到外界大風(fēng)時(shí)，均有不同程度的降負(fù)荷現(xiàn)象，特別是山西漳山電廠、大一電廠、大二電廠在夏季高溫時(shí)段皆因受到大風(fēng)的影響，出現(xiàn)過機(jī)組跳閘現(xiàn)象。自然大風(fēng)影響是一個(gè)世界性難題，對直接空冷機(jī)組影響是很大的。但是，自然大風(fēng)的影響又是很難人為克服的。因此，大一電

3、廠在廠房頂部安裝了測風(fēng)裝置采集數(shù)據(jù)，準(zhǔn)備在進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，做出空冷機(jī)組應(yīng)對自然大風(fēng)的預(yù)案，盡量將因大風(fēng)影響造成的損失降至最低。榆社電廠、漳山電廠也準(zhǔn)備采取同樣的措施。這種方法是否行之有效，還有待進(jìn)一步探討。2、機(jī)組的真空系統(tǒng)嚴(yán)密性是一個(gè)普遍存在的問題。特別是有一個(gè)奇怪的現(xiàn)象，就是有些電廠在機(jī)組剛投運(yùn)時(shí)，空冷系統(tǒng)的嚴(yán)密性較好，但通過運(yùn)行一年半載后，出現(xiàn)了反?，F(xiàn)象。由于空冷機(jī)組的真空容積龐大，汽輪機(jī)泄漏、安裝焊接等原因，都會(huì)在很大程度上影響真空系統(tǒng)的嚴(yán)密性，致使機(jī)組背壓提高，增大了煤耗，降低了機(jī)組帶負(fù)荷的能力。針對上述情況，各電廠都采取了一些措施，如通過查漏檢查，找到漏點(diǎn)并補(bǔ)漏；調(diào)整汽輪

4、機(jī)軸端汽封等措施，盡量減小泄漏量，這些措施都取得了很好的效果。3、空冷凝汽器污垢問題。北方地區(qū)風(fēng)沙大、污染較為嚴(yán)重，再加上夏季電廠周邊樹木的飛絮、昆蟲等（站在風(fēng)機(jī)橋架上，可看到翅片管、風(fēng)筒和鋼結(jié)構(gòu)上沾有柳絮、蜻蜓、飛蛾、灰塵） ，使空冷凝汽器翅片管的翅片間間隙減小，甚至堵塞，嚴(yán)重影響了空冷凝汽器的通風(fēng)能力，導(dǎo)致背壓升高。所以，必須通過清洗系統(tǒng)嚴(yán)格、細(xì)致、頻繁的沖洗，才能保證空冷凝汽器的性能?，F(xiàn)在，電廠技術(shù)人員對清洗系統(tǒng)的使用持非?？隙ǖ膽B(tài)度，但對清洗系統(tǒng)清洗次數(shù)、所用水質(zhì)有些看法，參照國外經(jīng)驗(yàn)，清洗次數(shù)一般每年2 3 次，而這幾個(gè)電廠實(shí)際環(huán)境空氣質(zhì)量均較差，沖洗次數(shù)必然相應(yīng)增多。如某電廠運(yùn)行一

5、個(gè)月后進(jìn)行了一次清洗，可以簡單的說沖洗后的水非常臟。4、汽輪機(jī)背壓變幅大。汽輪機(jī)排汽直接由空氣冷凝，其背壓隨空氣溫度變化而變化，我國北方地區(qū)一年四季乃至?xí)円箿夭疃驾^大，故要求汽輪機(jī)要有較寬的背壓運(yùn)行范圍。真空系統(tǒng)龐大。汽輪機(jī)排汽要有大直徑的管道引出，用空氣作為直接冷卻介質(zhì)通過鋼制散熱器進(jìn)行表面換熱，冷凝排汽需要較大的冷卻面積，因而導(dǎo)致真空系統(tǒng)的龐大。5、電廠整體占地面積小。由于空冷凝汽器一般都布置在汽機(jī)房前的高架平臺(tái)上，平臺(tái)下仍可布置電氣設(shè)備等，空冷凝汽器占地得到綜合利用，使得電廠整體占地面積減少。6、對于直接空冷機(jī)組，由于經(jīng)汽輪機(jī)做完功的蒸汽經(jīng)過大型的管道及散熱片被強(qiáng)制冷卻后變成凝結(jié)水，其內(nèi)

6、表面積十分龐大，在這一水汽循環(huán)過程中與大量的鋼表面接觸，在運(yùn)行過程中凝結(jié)水中必然會(huì)攜帶一些鐵的腐蝕產(chǎn)物，如不及時(shí)除去，將會(huì)在鍋爐水管內(nèi)形成沉積造成危害。故需設(shè)置凝結(jié)水精處理裝置。7、直接空冷系統(tǒng)是將汽輪機(jī)排出的乏汽，由管道引入稱之為空冷凝汽器的鋼制散熱器中，由環(huán)境空氣直接將其冷卻為凝結(jié)水，減少了常規(guī)二次換熱所需要的中間冷卻介質(zhì)，換熱溫差大，效果好。直接空冷汽輪機(jī)的排汽直接由空氣冷凝，是蒸汽和空氣之間進(jìn)行熱交換，沒有循環(huán)水系統(tǒng)，與其它方式的空冷系統(tǒng)相比較具有如下優(yōu)缺點(diǎn)。其優(yōu)點(diǎn)是：（ 1）不需要冷卻水等中間冷卻介質(zhì)，初始溫差大；（ 2）設(shè)備少，系統(tǒng)簡單，基建投資較少，占地少； （ 3）空氣量的調(diào)節(jié)

7、靈活，冬季防凍措施比較可靠。該系統(tǒng)的缺點(diǎn)是：（ 1）空冷凝汽器體積比水冷凝汽器體積大的多，龐大的真空系統(tǒng)容易漏氣；（ 2）大直徑的排汽管道加工比較困難； （ 3）直接空冷大多采用強(qiáng)制通風(fēng)，因而增加了廠用電量，同時(shí)也增加了噪聲源。直接空冷系統(tǒng)的組成直接空冷系統(tǒng)主要由空冷散熱器、 風(fēng)機(jī)組（風(fēng)機(jī)、電機(jī)、減速箱和變頻裝置等） 、排氣管道系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)配電室、控制系統(tǒng)以及支撐結(jié)構(gòu)等組成。一期濕冷機(jī)組的汽輪機(jī)排汽凝結(jié)是用循環(huán)水的對流換熱在凝汽器內(nèi)交換余熱，循環(huán)水的熱量再經(jīng)過冷卻塔的蒸發(fā)散熱和對流換熱把余熱帶入大氣中，冷卻后的水溫取決于冷卻塔性能及大氣濕球溫度，冷卻塔出水溫度一般在 10

8、33之間，汽輪機(jī)背壓在 4 11kPa 之間。二期直接空冷機(jī)組汽輪機(jī)排汽凝結(jié)是用空氣對流換熱交換余熱，排汽的余熱經(jīng)過空冷凝汽器與空氣對流換熱的方式將余熱帶入大氣中的，干冷系統(tǒng)冷卻后溫度是趨近大氣干球溫度，由于整個(gè)換熱過程是在密閉的環(huán)境下完成的，所以工質(zhì)流失少， 節(jié)水效果好， 但傳熱效果受環(huán)境溫度影響較大?？绽淦啓C(jī)的設(shè)計(jì)背壓高于濕冷系統(tǒng)汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)背壓，而且背壓在運(yùn)行中隨環(huán)境溫度的變化而變化。間接空冷系統(tǒng)的水溫與大氣干球溫度密切相關(guān)。當(dāng)大氣干球溫度變化40，冷卻水溫也變化約40。當(dāng)工作背壓在5 28kPa 時(shí)，汽輪機(jī)能達(dá)到額定功率；汽輪機(jī)在最高背壓28kPa 以上時(shí)，則要根據(jù)背壓減低機(jī)組負(fù)荷。

9、河曲典型年氣象條件廠址標(biāo)高：951m；大氣壓力：908.6hPa（平均值） ;年平均氣溫：8.2；典型年最高氣溫：38.0；典型年最低氣溫：-25.9 ；設(shè)計(jì)空氣溫度：18；極端最高氣溫38.4 出現(xiàn)時(shí)間：1955.7.23極端最低氣溫-32.8出現(xiàn)時(shí)間： 1998最大凍土深度141cm出現(xiàn)時(shí)間： 1967.2最大積雪厚度13cm出現(xiàn)時(shí)間： 1972.年最大降水量715.3mm出現(xiàn)時(shí)間： 1967.年最小降水量211.4mm出現(xiàn)時(shí)間： 1965一日最大降水量100.0mm一小時(shí)最大降水量42.4mm五十年一遇10 米高十分鐘平均最大風(fēng)速V=21.2m/s二期工程的風(fēng)向、風(fēng)速、風(fēng)頻統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看。

10、廠址處夏季及全年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)镾、SSE，夏季出現(xiàn)頻率較多的風(fēng)向有S，其次為 SSE 風(fēng)向。由于本期空冷凝汽器平臺(tái)距一期冷卻塔相隔僅 30 多米，對本期直接空冷系統(tǒng)產(chǎn)生一定影響；除此而外也會(huì)受到爐后和爐后側(cè)向的風(fēng)的影響。廠址環(huán)境對空冷的影響地理位置的影響空冷系統(tǒng)所在的海拔高度將影響空氣密度、環(huán)境溫度和降雨量。在海拔高度高的地區(qū)興建空冷電廠時(shí)，由于空氣密度小，要求有更多的空氣通過散熱器進(jìn)行熱交換，若采用自然通風(fēng)，就不得不增加塔高；若采用強(qiáng)制通風(fēng)，則需增加風(fēng)機(jī)所耗功率。氣象條件的影響1環(huán)境溫度影響發(fā)電廠采用直接空冷系統(tǒng)的氣象條件參數(shù)之一是大氣干球溫度ta，采用強(qiáng)制通風(fēng)的直接空冷系統(tǒng)在空冷凝汽器入口蒸汽

11、溫度ti 一定時(shí)，大氣干球溫度ta 值的高低影響兩側(cè)溫差的大小，在直接空冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)中用一個(gè)重要參數(shù)初始溫差 ITD（Initial Temperature Difference ）表述，初始溫差 ITD的值越大，所需傳熱面積就越小，對傳熱越有利；另外，大氣干球溫度的月變化還會(huì)影響逐月發(fā)電量與發(fā)電煤耗率的變化。因此，大氣干球溫度有著雙重意義，一是設(shè)計(jì)選用的大氣干球溫度td 直接影響空冷塔的塔高與空冷散熱器的造價(jià)；二是機(jī)組在運(yùn)行時(shí)，大氣干球溫度的高低直接影響發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率。在自然環(huán)境中，由于大氣干球溫度處于高溫段的持續(xù)時(shí)間短暫，若采用所能觀測到的最高大氣干球溫度作為設(shè)計(jì)干球溫度 td，雖然在全年任

12、何時(shí)間都能使汽輪機(jī)達(dá)到額定功率，但是使空冷散熱器裝設(shè)數(shù)量過多，投資激增，經(jīng)濟(jì)效益反而下降。若采用較低設(shè)計(jì)空氣溫度，雖然空冷散熱器數(shù)量可以減少，投資減少，但又會(huì)使機(jī)組在夏季高溫期不能達(dá)到額定功率（出力受限） 。因此，在直接空冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，把 ITD 作為優(yōu)化對象，恰當(dāng)?shù)剡x擇設(shè)計(jì)空氣溫度有著重要意義。適宜的氣象條件對空冷機(jī)組的運(yùn)行有利，年平均氣溫較低，機(jī)組運(yùn)行比較經(jīng)濟(jì)。但氣溫低時(shí)，也隨之帶來空冷散熱器內(nèi)水體容易凍結(jié)的問題。寒冷季節(jié)環(huán)境氣溫在0及以下時(shí)，散熱器有可能由于內(nèi)部水體冰凍膨脹而破裂，嚴(yán)重時(shí)系統(tǒng)循環(huán)中斷及機(jī)組停運(yùn)。因此，空冷系統(tǒng)的散熱器在寒冷的冬季，必須有完備的防凍措施。2風(fēng)的影響直接空冷系統(tǒng)多采用機(jī)械強(qiáng)制通風(fēng)，當(dāng)今大型機(jī)組呈A型的空冷散熱器布置在緊靠汽機(jī)廠房 A 列柱外側(cè)的高架獨(dú)立平臺(tái)上，它與廠房的主要聯(lián)系是配汽管道、凝結(jié)水管道及抽真空管道系統(tǒng)，故有人將其稱為“空冷島” 。空冷島的布置與風(fēng)向、風(fēng)速、主廠房朝向及周圍建筑物都有密切關(guān)系。風(fēng)影響直接空冷凝汽器性能的主要因素有：空冷凝汽器平臺(tái)通風(fēng)形狀；空冷凝汽器熱排氣出口離地面高度；風(fēng)速大小及主風(fēng)向；強(qiáng)風(fēng)在空冷凝汽器等周圍均勻分布程度等。不同風(fēng)速和不同風(fēng)向?qū)χ苯涌绽淠餍阅艿挠绊懕容^敏感，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到 3 m/s 時(shí)，由于發(fā)生熱風(fēng)再循環(huán)現(xiàn)象（經(jīng)上風(fēng)向熱源加熱的空氣被風(fēng)機(jī)吸入并加壓后再次冷卻空冷凝汽器的現(xiàn)象），導(dǎo)致散熱器冷卻