火电厂百万机组直接空冷与间接空冷技术经济比较_路福田 - 副本

火电厂百万机组直接空冷与间接空冷技术经济比较

路福田

（华能段寨煤电有限公司，陕西 西安 710075）

摘要：文章主要介绍了表面式间接空冷和直接空冷的冷却原理和工作特点，同时从传热性能、占地面积、防冻和防大风性能、噪声问题、运行和检修、投资比较等六个方面对这两种冷却方式的经济性进行了分析比较，对提高空冷机组运行经济性有一定的指导作用。关键词：空冷机组；直接空冷；间接空冷；比较

中图分类号：TM 621 文献标志码：A 文章编号：1002-1140（2012）07-0066-03

Techno-Economic Comparison of Direct Air Cooling and Indirect Air Cooling in

1000 MW Unit Thermal Power Plant

LU Fu-tian

(Huaneng Duanzhai Coal ＆ Electricity Co.,Ltd., Xi'an 710075, China)

Abstract ：The principles and characteristics of surface type indirect air-cooling and direct air-cooling were described, the economical efficiency of the two cooling model from six aspects of the heat transfer performance, floor space, antifreeze and anti-gale performance, noise problems, operation and maintenance, and investment comparison were analyzed and compared, which have a certain role in guiding the economy to improve the air cooling unit operation.Key words：air cooling unit; direct air cooling; indirect air cooling; comparison

0 引言

自空冷技术诞生以来，它就因其显著的节水效果受到了广泛的重视，空冷机组主要有直接空冷和间接空冷两种。在空冷技术发展过程中，人们对不同的冷却方式进行了技术和经济分析，对已投运的电厂进行大量测试工作，对冷却器的形式、材料进行多种形式的研究与开发，使空冷技术具有了更广泛的应用性，目前已投运的各种空冷机组运行良好，两种空冷技术都已成熟可靠。经过 20 多年的发展，我国空冷技术也已日趋成熟。

直冷机组和间冷机组的空冷器在原理和结构上有着较大的差别，因而它们的性能及投资也就有所不同，所以有必要对其技术经济性进行较全面的分析和评价，以确定哪一种机组更适合于我国的国情，为引进和仿制空冷机组提供依据。

1 两种空冷系统的原理和特点

1.1 直接空冷

直接空气冷却方式[2]（又称GEA 系统），是指汽轮机排汽经管道送到空冷凝汽器的翅片管束中，空气在翅片管外流动将管内的排汽冷凝，得到的凝结水由凝结水泵送至回热系统。直接空冷系统的换热只有一次，即在空冷凝汽器内进行蒸汽的冷凝，为表面式换热器。

基于防冻的要求，直接空冷系统一般需设置顺流凝汽器和逆流凝汽器。直接空冷系统中大部分的蒸汽在顺流凝汽器中被冷凝，剩余的小部分蒸汽再通过逆流凝汽器被冷凝。在逆流凝汽器中，由于蒸汽和凝结水的运动方向相反，凝结水不易冻结。在逆流凝汽器的顶部还设有抽真空系统，可将系统内的空气和不凝结气体抽出。

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直接空冷系统的主要特点：

(1) 冷却效率高。取消了二次换热所需要的中间冷却介质，而直接由空气冷却汽机排汽。

(2) 换热温差大，冷却效率高。

(3) 占地面积小。空冷凝汽器高位布置在汽机房 A 排外平台上，平台下仍可布置变压器等设备和构筑物。

(4) 投资较省。

(5) 系统调节灵活，冬季运行防冻性能好。可通过调整风机转速或风机数量来调节进风量，以适应热负荷及气温的变化并防止空冷器内部结冰。

(6) 厂用电量高。采用大型风机群通风，厂用电量高。

1.2 间接空冷

间接空冷系统分为混合式凝汽器的间接空冷系统和表面式凝汽器的间接空冷系统。1.2.1 混合式凝汽器的间接空冷系统

混合式凝汽器的间接空冷系统是将汽轮机的排汽与冷源的热交换分为两次进行，以水为中间冷却剂，一次为蒸汽和冷却水之间在混合式凝汽器里换热，一次为冷却水和空气之间在空冷塔里换热。

混合式凝汽器的间接空冷系统的主要特点：(1) 带混合凝汽器间接空冷系统由混合式汽器、空冷塔和全铝制散热器构成，采用混合式换热的蒸汽冷凝与表面式换热汽水冷却两次不同换热方式完成火电厂的蒸汽动力循环。

(2) 混合式换热的蒸汽冷凝是由混合式凝汽器来实现的，由于传热充分，传热端温差较小，且凝汽器体积仅为表面式凝汽器体积的1/3，造价低，运行维护方便。

(3) 混合式凝汽器间接空冷系统为了保持循环水系统处于微正压状态，便于发现泄漏点，避免空气渗入封闭系统，循环水泵功耗较大。同时，须用水轮发电机或旁路节流阀在系统内回收剩余压力并调节系统总压力及凝汽器内喷水压力。1.2.2 表面式凝汽器的间接空冷系统

表面式凝汽器的间接空冷系统：排汽与冷却水之间的热交换是在表面式凝汽器里换热，两次换热均为表面式，所以其换热效率低于海勒系统。一般由表面式凝汽器、凝结水泵、循环水泵、全钢制散热器与空冷塔和管道等组成。

其优点有：

(1) 设备较少，系统较简单。

(2) 冷却水系统与凝结水系统分开，水质按各自标准处理，冷却系统采用除盐水，且密闭式运行，基本杜绝凝汽器管束内结垢堵塞情况，大大提高换热效率。

(3) 循环水系统处于密闭状态，循环水泵扬程

低，消耗功率少，厂用电率低。

(4) 冷却水在循环过程中完全为密闭循环运行，基本不产生水的损耗，理论上该系统耗水为零。

其缺点有：

(1) 冷却水必须进行两次热交换，传热效果差。(2) 占地面积大。

(3) 初始投资较直接空冷大。

2 直接空冷系统与表面式间接空冷比较

2.1 传热性能

直接空冷是一次传热，即汽机排汽通过表面式凝汽器与空气直接换热。表面式间接空冷系统为两次换热，即汽机排汽通过表面式凝汽器与循环水一次换热，其后循环水再通过表面式凝汽器与空气二次换热，因此，直接空冷的传热温差比间接空冷大 30%左右，间接空冷系统的散热面积比直接空冷系统大30%以上[1]。2.2 占地面积

因表面间接空冷的散热面积大于直接空冷，而且间冷采用空冷塔抽风冷却，每机配一塔，两塔之间还需留有一定的间距，占地面积大；而直冷散热面积相对较小，两机空冷散热器可紧贴布置，占地面积小。根据国内外有关资料，2×600MW 机组直冷系统冷却设施（不包括循环水管道）的占地面积仅为间冷系统的 1/3~1/4[2]。另外直冷系统的空冷凝汽器布置在靠近汽机房外的架空的空冷台上，平台高 45m ，平台下面可以布置变压器、凝结水精处理等装置，因此，直接空冷机组厂区布置更紧凑，占地面积更小。

2.3 防冻和防大风性能

直接空冷系统是将汽机排汽直接冷却，冷却器内温度相对高，冷却器采用单排管或多排管[3]。单排管为覆铝钢管钎焊铝翅片结构，单排扁平管规格为219mm ×19 mm，壁厚为1.5mm ；翅片规格为190 mm ×19 mm，壁厚为0.25 mm，翅片间距2.3 mm。美国怀俄明州的沃达克电厂 365MW机组采用的是直接空冷系统，1978 年投入运行，机组经历了冬季最低气温- 40℃的恶劣气象条件，并获得了成功的运行，这为寒冷地区采用直接空冷系统提供了很好的借鉴。

表面式间接空冷系统采用福哥式铝制散热器，由18mm 圆形铝管套以600mm ×150mm ×0.3 mm的大片铝翅片或25mm 铝管配133mm ×2 666 mm×0.3 m m 的大片铝翅片; 采用钢制散热器，基管36 mm ×14mm ×1.5 mm椭圆钢管绕钢翅片，垂直布置在自然通风冷却塔进风口外侧。循环水温度较低，风量采用布置在空冷塔进风口的百叶窗来调节，百

技术

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技 术 经 济

中国电业・技术 2012年第7期

叶窗通过启闭执行机构运行，根据已运行机组的状况，长期运行后的百叶窗易变形，机械部件易损，因此，如在北方寒冷地区采用间接空冷，百叶窗运行的可靠性非常重要。

从表面式间接空冷机组的运行经验看，大风对空冷凝汽器散热影响较小，这是因为表面式间接空冷散热器水平布置在塔内，而且有很高的抽风塔筒，塔与塔之间还有一定的间距；根据运行的经验，直接空冷系统机组对大风较敏感，存在热风回流影响，夏季运行安全性受环境风影响较大。工程设计要根据夏季热风资料，对汽机房与空冷凝汽器平台的朝向进行详细的分析与研究，以保证最大限度地减小热风影响。另外，为防止热回流，在空冷平台四周设挡风板，挡风板高度由平台至蒸汽分配管顶部，国外运行机组表明，该方法对防止热回流效果非常好。2.4 运行和检修

直接空冷系统相对简单，因此，运行调整比较简便，但直接空冷系统抽真空系统庞大，还有数量多的大型轴流风机，所以检修维护工作量较大。表面间接空冷系统是两次冷却，系统较复杂，运行操作麻烦，但系统内大型转动机械只有循环水泵，而水泵为常规泵，机械检修量较少，但系统冷却面积大、还有百叶窗及执行机构，因此，总体检修工作量也不小。2.5 投资比较

表面间接空冷系统的总投资比直接空冷系统高10%以上，原因是因为表面间接空冷系统所需冷却面积大，而且为两次换热，比直接空冷系统增加了一次表面换热器、大型循环水泵、水泵房、长距离的循环水管道和大型空冷塔所致。2.6 综合经济比较

从表1[3]可以看出，直接空冷系统比表凝式间接空冷系统较经济。

表1 总技术经济指标对比表 单位：万元

项目

空冷系统投资（主冷却系统）小机冷却系统+辅机冷却系统

征地费用差值总投资总投资之差总投资折合到年分摊费用

年分摊费用差值年燃煤费用差值年费用差值

直冷系统[***********]

表凝式间冷系统

[***********]97-922.8-525.8

积少、厂区布置紧凑，系统调节灵活，防冻措施多，易于冬季安全运行，但直冷主厂房与空冷岛的布置对风的影响较敏感，使厂区总布置受到一定限制，同时存在噪音问题，而且由于背压高煤耗大导致运行费用较高。混凝式间接空冷背压相对较低，热效率高，但冬季运行防冻性差，对循环水水质要求也高，而且设备多、系统复杂，降低了安全可靠性。表凝式间接空冷系统操作简单，与湿冷机组较为接近，对外界大风不太敏感，其缺点是端差较高，冷却面积较大，空冷塔占地大，冬季运行防冻性较差。

从目前市场价格分析，直冷系统初始投资低于间冷，综合经济效益基本相同。

参考文献：

[1] 董见峰．空冷机组的技术经济分析比较[J]．江西电力职业

技术学院学报，2006，9：69-70．

[2] 付玉玲．火电厂空冷系统经济性分析与TID值优化设计[D]．

华北电力大学，2006．

[3] 王新宇，史建良，李国宝，等．间接空冷和直接空冷系统技

术经济分析[J]．热力发电，2009，11：1-3．

收稿日期：2012-05-26

3 结论

综上所述，间接空冷系统与直接空冷系统各有利弊，但总体来说直冷系统简单、冷却效率高、占地面

作者简介：

路福田（1974），男，本科，主要从事电厂、煤矿前期及电厂项目施工管理工作。

（责任编辑 庄严）

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