火电厂空冷系统运行方式比较

张志诚

摘要：本文主要对火电厂不同类型空冷系统的运行方式做了说明，并针对运行涉及的不同层面做了对比分析，在此基础上，结合实例，对具体的空冷系统选型做了分析。

关键词：火力；发电厂；空冷系统；运行方式；选型分析

一、空冷系统运行方式

空冷系统分为直接空气冷却系统和间接空气冷却系统。根据通风方式的不同，又各自分为机械通风和自然通风两种。间接空气冷却系统根据配用的凝汽器不同分为表面式凝汽器和直接接触喷射式凝汽器（也称为混合式或海勒式），其中采用表面式凝汽器的间冷系统根据热交换器的布置方式不同又分为水平式布置方式和垂直式布置方式。随着空冷技术的发展，垂直式布置散热器的方式已经逐渐成为主要布置方式。

直接空冷是指汽轮机的排汽直接由空气来冷凝，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。汽轮机排汽通过粗大的排汽管道送到室外的空冷凝汽器内，轴流冷却风机使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。

间接空气冷却系统的主要特点：

（1）汽轮机运行背压较低

与直接空冷系统不同，间接空冷机组，汽轮机的排汽进入凝汽器，排汽阻力低于直接空冷的大型排汽管道，使得间接空冷机组可以在较低的背压下运行。

（2）循环冷却水与汽水系统完全分开

采用表面式凝汽器，循环水与汽水系统完全分开，两者水质可按各自要求控制。减轻了锅炉补给水处理的负荷，同时也简化了系统设备防腐处理的难度。

（3）通过调节百叶窗可以对大风的影响进行调控

为了减少自然界大风对空冷系统的影响，在空冷塔进风口的外缘均设置了百叶窗，百叶窗的开、关可以进行自动控制，减小了自然界不同风向的大风对空冷系统的影响。

（4）设备较少

与直接空冷系统比较，采用表面式间接空冷系统，其设备较少，设备的运行管理和检修都相对简便。

（5）冷却水量可以根据气温的变化调节，节省厂用电量

在间接空冷系统中，汽轮机的排汽通过循环水冷却水进行冷却换热。当大气温度较低时，可以通过百叶窗的开度调节以及空冷散热器的运行组数来减少循环水的运行水量。这样，在每年的冷季可以大大的减少电厂的自用电率。

二、空冷系统运行对比分析

三、空冷系统选型分析

直接空冷系统具有投资省、占地面积小、防冻效果较好等优点，虽然煤耗和运行费用较高，但年费用较低，从经济角度看一般较合理。与直接空冷系统相比，间接空冷系统的缺点是投资和年费用较高、换热效率较低、散热器面积较大、冷却系统庞大、厂区占地面积较大。由于我国空冷机组多建在北方缺水地区，冬季寒冷对防冻要求较高，凝结水温和背压不能过低；夏季高温天气历时较短，因此在新建工程中，大多数采用了直接空冷系统。下面我们根据实例对空冷系统的实际选型进行分析。

某电厂拟在已有4×110MW机组扩建端建设2×330MW空冷供热机组，本期工程建成后关停已有机组。根据厂区临时气象站和城市气象站的气象对比观测分析以及对统计结果进行的修正，厂址附近夏季高温大风期间主导风向和次主导风向为SSW和S。

如本期工程采用直接空冷系统，按设计提出的厂区总平面布置方案，夏季高温大风期间炉后来风频率较高（约44%），当达到一定风速时会在空冷凝汽器处形成热回流，对机组安全运行和运行效率产生较大影响。鉴于间接空冷系统对环境气象条件的敏感性和受环境气象条件影响较小，虽然投资相对较高，但运行费用和煤耗较低，噪音小，且本期工程可以充分利用已有土地。

表面式间接空冷系统按对环境风敏感程度较低的散热器在塔内水平布置方案考虑，如采用立式布置散热器，冷却塔尺寸与混合式间接空冷系统基本相当。散热器立式布置系统的冷却塔内部为空塔，在国内已有将脱硫装置及烟囱布置在冷却塔内的烟塔合一设计方案，本期工程如采用烟塔合一方案需重新进行环境影响评价等工作，比较暂按采用常规烟囱方案考虑。

年运行费用主要由可变费用即煤耗、水耗、电耗等费用组成，固定费用主要是投资费用，可变费用受年运行小时数影响。根据目前的价格水平，直接空冷方案年费用最低。由于近年煤、水、电价格均有上涨的趋势，间接空冷方案有控制运行成本的优势，对价格上涨有较强的抗风险能力。此外，间接空冷方案可以避免夏季炉后来风的影响，且对环境气象条件的敏感性和受环境气象条件影响变化较小。

表面式间冷方案和混合式间冷方案投资和年费用相当，鉴于混合式间接空冷系统存在循环水和凝结水混合、水质控制要求高、系统设备较多、系统控制较复杂等缺点，本期工程最终选择采用表面式间冷方案。建议空冷机组设计时，在风场流态较稳定地区，优先采用直接空冷系统。在风场流态紊乱地区和场地布置对直接空冷装置的通风不利时，优先采用间接空冷系统。

结论与总结：

火电厂空冷系统主要分为间接和直接两种类型。从经济成本角度来看，一般直接空冷系统要比间接空冷系统具有优势。但从空冷系统的运行性能来看，间接空冷方案对环境气象条件的敏感性和受环境气象条件影响变化较小。所以在具体空冷系统的选型上，并不能单纯算经济账，要根据具体工程的要求以及各种基础条件的情况，选择适合火电厂的空冷系统运行方案。

參考文献：

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