直接空冷系统实际设计流程

程静灵

（山西新唐工程设计有限公司，山西 太原 030006）

直接空冷系统实际设计流程

程静灵

（山西新唐工程设计有限公司，山西 太原 030006）

以某工程为例简单介绍直接空冷的结构、工作原理及所需直接空冷凝汽系统的技术方案及各子系统，为电厂实际选用空冷机组提供参考。

直接空冷；真空；空冷凝汽器

直接空冷凝汽器系统（英文Air Cooled Condenser System，缩写为ACC）是指汽轮机的排气直接与空气进行热交换，用空气来冷凝排气的系统。所需冷却空气，一般由机械通风供应。直接空冷的凝汽设备称为空冷凝汽器，这种空冷系统简单所需设备少，基建投资少，空气量的调节灵活，一般与高背压汽轮机配套。尤其在现在全世界都提倡低碳生活的今天，采用直接空冷技术,电厂耗水量将大大减少，对缓解水资源短缺、合理利用水资源、充分发挥仅有水资源有着更大的社会效应。同时，电厂采用直接空冷后,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。

以山西定襄某待建设电厂120 MW煤层气发电工程为例，见表1，配备4×3 MW凝汽式发电机组，简单介绍空冷系统配置及要求。作为整体的直接空冷系统，要保证空冷凝汽器的散热性能、防冻和安全经济运行，确保提供的空冷设备在各种运行工况下能安全、可靠地运行，还要便于试验、检修、维护。

表1 本工程所用发电机组数据

空冷凝汽器散热面积的选择按以下条件：当大气温度为22℃时，满足汽机正常工况的运行要求，即汽机排气压力为15 kPa，见表2。

表2 本工程考核工况

本次采用屋顶结构（或称A型框架结构）。根据实际经验，屋顶型结构的空气冷凝器具有可靠的凝结水排水功能并且可减少占地面积。来自汽轮机的尾气通过排气管道和配气管道输送到翅片管换热器，配气管道连接到汽轮机的排气管道和位于上部的翅片管换热器。蒸气被直接送入换热器的翅片管道内，气携带的热能由经过换热器翅片表面的冷却空气带走，冷却空气是由置于管束下面的轴流风机驱动的。

70%～80%的蒸气在通过由上部的配气管道到顺流冷凝的换热器中被冷凝成凝结水，凝结水流到底部的蒸气/凝结水联箱中。顺流管束一般称为冷凝管束或K管束。

其余的蒸气在被称为D管束的反流管束中被冷凝，蒸气是沿蒸气/凝结水联箱向上流动的，而凝结水由冷凝的位置向下流到蒸气/凝结水联箱中并被排出。

此次空冷系统设计采用大管径单排管换热管束，设计迎面风速2.37 m/s，单台机组总换热面积约26 176 m2，换热计算时必须考虑各种因素对换热的影响，比如赃污影响、环境风造成的热风回流、换热原件的老化等。

配置低噪声风机，直径6.24 m，单台机组采用4×2方式布置，由于自然环境风速较高（平均风速1.9 m/s），噪声指标要求也较高，初步选定电动机功率75 kW,可以满足风机110%超速运转的要求，且有一定裕量。设计空冷平台高度为18 m，单台机组空冷平台面积约为8.95 m×18.24 m，平台四周设置挡风墙，高度约为8.78 m，与最大直径蒸气分配管平齐。

空冷凝汽器系统：采用恒压两段式冷凝，有两个凝汽断构成，即汽机排气先经过顺流冷凝段（蒸气与凝结水流动方向相同），后经过逆流冷凝段，这样可以确保凝结水在逆流段不断被加热，减少了凝结水的过冷和潜在的冰冻危险，同时还可以排除凝结水中额外的溶氧，避免管道内部腐蚀。

在钢制的较大椭圆截面的芯管（应根据管材的耐腐蚀性、使用年限、价格、维护费用及凝汽器结构进行全面的技术经济比较确定，使用寿命应该在20年以上）外冷轧复合一层导热和防腐性能极佳的铝层，为了获得最大的换热效率和最低的能耗，铝制翘片的集合形状经过有限元法的优化设计，通过特殊设计的焊接工艺使得铝翘片与钢管之间获得牢靠的连接，确保高强度和抗腐蚀性，通过这种工艺，使翘片与平坦的底部获得完全的连接，避免产生影响传热性能的间隙。所有构成管束单元的翅片和芯管，经过一次性加工，可以获得高强度的整体结构。在运行中管束不会发生振动和位移，从而不会产生振动磨损，并且确保均匀的空气流量流过整个管束的表面积，最终获得最大的换热性能。沿着整个翘片宽度方向，翘片管束用横向的固定卡夹及锁紧螺丝进行加固，可以增加强度，减少运行期间遭遇冰雹，或减少运输清洁过程中被损坏。

排气管道系统：指从汽机的排气装置出口到与连接各空冷凝汽器的蒸气分配管之间的管道。管道系统要求严密，管道之间的连接要求采用焊接，转弯处的弯管内设置导流板，管道系统中要有防止振动和热膨胀的措施，管道的表面也要进行防腐。

凝结水收集系统：经过空冷凝汽器凝结成的水通过凝结水管道收集进入布置在主厂房内的排汽装置下的凝结水箱，然后通过凝结水泵送人凝结水系统。

抽真空系统：将空冷凝汽器中不能凝结的气体抽出，以便保持系统的真空状态，要求严密不漏气，且在运行过程中始终保持一台运行，即由两台真空泵和所需管道阀门组成。若非特别制定，启动系统将设计成在60 min内使蒸气汽封系统达到100 mbar的真空。启动程序必须根据锅炉和汽轮机的启动程序而定，并且不同的电厂会有不同的解决方案。

对于正常运行时的抽气，配备一套冗余的真空保持系统（2×100%）。设计泄漏量根据HEI标准确定，抽真空系统使用射汽抽气器或水环真空泵，或组合起来使用。

在大多数情况下使用射汽抽气器，因为其不易发生故障（没有旋转部件），射汽抽气器仅需少量的维护工作，而且价格低。水环真空泵比射汽抽气器昂贵，并且需要一些维护工作，但具有较低的能耗。由于需要冷却水，水环真空泵需要比汽轮机冷凝器压力下的饱和温度低13～15℃的冷却水。

空冷凝汽器清洗系统：为了防止落在空冷凝汽器表面的灰尘影响散热效果和腐蚀，要设置固定和移动相结合的水力自动清洗系统。

控制系统：直接空冷系统的控制在集中控制室中完成。室内设置分散控制系统（DCS）中设独立的控制器对直接空冷系统进行监控。控制系统以计算机控制系统的CRT及键盘为中心，实现直接空冷系统的正常启动；实现正常运行工况的监视和调整；实现异常工况的报警和紧急事故的处理。

综合考虑选择空冷凝汽器应具有换热性能好、空气侧流动阻力低的优良热工特性，并且具有非常好的抗腐蚀性。所有的冷凝区充满蒸汽以保持冷凝水与蒸气接触，不使冷凝水过冷，保证系统不冻。翅片管束能够承受较高机械强度，承受通常冰雹、堆放、装运以及安装过程中的踩踏等机械冲击。

[1]GB/T15386-94《空冷式换热器》.

[2]GB/T14976《流体输送用不锈钢无缝钢管》.

[3]GB/T755《电机制造标准》.

[4]杨立军，杜小泽，杨勇平，刘登瀛，郭跃年.直接空冷机组空冷系统运行问题分析及对策.

[5]李高潮，朱宝田，陈胜利，彭娜.空冷机组直接空冷系统变工况特性的计算分析.

The Actual Design Process of Direct Air-cooling System

Cheng Jingling

The article，taking a project as an example，gives a brief introduction about the structure of direct air-cooling，working principle and the technical program and sub-system of required air-cooling condensing system.It can provide the reference for the plant’s actual selection of air-coolingunits.

direct air-cooling；vacuum；Air-cooling Condenser

TK264.1

A

1000-8136(2011)05-0130-02