摘要：汽轮机冷端系统是电厂重要的辅助系统，主要作用是冷却在汽轮机中做完功的乏汽，影响到火力发电厂汽轮机安全、稳定、经济运行。从国家的节能减排政策和节约用水两方面考虑，对于冷端系统的运行优化对火力发电厂发展是至关重要的，文章对汽轮机冷端系统—空冷系统进行了介绍。

关键词：汽轮机冷端系统；空冷系统；发电厂；冷却原理；散热器翅片 文献标识码：A

中图分类号：TK264 文章编号：1009-2374（2015）21-0072-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.21.036

1 概述

我国南方水资源较丰富，但中西部地区水资源比较匮乏，随着中西部地区经济建设的发展，水资源逐渐成为制约我国中西部地区发展的重要因素。火电机组采用空冷技术后，电厂的耗水量比湿式循环冷却系统耗水量要降低75%～85%，节水效果十分显著。

随着我国中西部地区经济建设的快速发展，意识到节约用水对经济建设和发展的重要性，近年来我国中西部地区许多火电机组采用直接空气冷却系统，发电厂的发电成本和发电用水大幅降低，直接空气冷却系统得到了推广和应用。但目前我国直接空气冷却系统机组在这方面还处于摸索和起步阶段。因此，国内直接空气冷却系统机组设备的制造和研发，需要通过各火力发电厂在安装、调试、实际运行中收集的各项数据和积累的经验，对直接空气冷却系统不断进行技术革新，为火力发电产机组的安全、稳定、经济运行做出贡献。

2 发电厂空冷系统的方式

2.1 直接空气冷却系统

直接空气冷却系统，又称为直接空气冷却凝结系统。汽轮机作完功的乏汽经排汽大管道送至布置在室外的空气凝汽器的空冷散热器中，由冷却风扇将空气送至空冷散热器外流动，冷却管内的排汽，使排汽凝结成水，冷凝的凝结水再由凝结水泵送至热力系统中进行

循环。

2.2 间接空气冷却系统

由于直接空气冷却系统在环境空气温度变化时对汽轮机的排汽背压影响较大，对机组的安全、稳定运行存在一定的隐患。近年来部分火电机组采用湿冷与直接空冷相结合的间接空气冷却系统。根据结构和型式不同的凝汽器及所采用冷却介质的不同，间接空气冷却系统可分为以下三类：

2.2.1 汽轮机做完功的乏汽与冷却水混合换热的间接空气冷却系统。汽轮机做完功的乏汽排入混合式凝汽器中，与进入混合式凝汽器的冷却水（除盐水）混合，冷却水带走乏汽的热量，乏汽遇到温度低的冷却水凝结成凝结水。部分凝结水与除盐水混合的水，用凝结水泵送至热力系统中进行循环。绝大部分凝结水与除盐水混合的水用循环水泵送到间接冷却塔中的散热器内，由空气进行自然冷却，冷却后的水再次进入混合式凝汽器中进行循环。

2.2.2 汽轮机做完功的乏汽与冷却水表面换热的间接空气冷却系统。这种空冷系统与传统的湿冷系统相似，汽轮机做完功的乏汽排入表面式凝汽器内，乏汽流过凝汽器中不锈钢管与管内流动的冷却水进行表面换热，乏汽冷凝后，用凝结水泵送至热力系统中进行循环。管内流动的冷却水带走热量，通过循环泵升压后，送入间冷塔内的热水环管，通过热水环管将热水再送入间冷塔四周布置的空冷散热片中，双曲线构造设计的间冷塔通过自抽力，将塔外的冷空气抽入塔内，空冷散热器中与空气对流换热。温度降低的冷却水通过冷水环管，重新进入凝汽器中冷却汽轮机排出的乏汽。

2.2.3 采用冷却剂的间接空冷系统。这种冷却方式是通过低沸点工质（如氟里昂等）代替水作为中间冷却介质。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，还有一些其他问题有待进一步解决。

3 直接空气冷却机组的特点和系统组成

目前，随着直接空冷技术的不断成熟，直接空冷机组得到较广泛的应用，我国哈尔滨空调股份有限责任公司已经制造出300MW级机组空冷塔，实现设备国产化，使空冷造价降低，对直接空冷的广泛应用起到了良好的推动作用。因此，结合笔者工作实际，主要对直接空冷机组运行中真空的影响因素和相应的处理措施进行

探讨。

3.1 直接空气冷却系统的冷却原理

汽轮机做完功的乏汽进入排气装置，通过大排汽管将乏汽送入各列散热器的蒸汽分配管，乏汽流进散热器后，在散热器的管排中乏汽从上至下流动，散热器外的空气由布置在散热器下的冷却风扇从下至上流动，散热器中的乏汽与空气经过表面换热，乏汽冷凝成凝结水，进到汇集凝结水排入排汽装置下部的热水井，由凝结水泵送至热力系统中进行循环。空气换热获得的热量，直接排到环境中。

3.2 直接空气冷却系统的组成

直接空冷系统主要由排汽装置和室外的空冷岛组成。排汽装置主要由大排汽管道、凝结水汇集联箱、热水井、热工仪表等组成。空冷岛蒸汽分配管及空冷器散热器，凝结水、抽空气管道、空冷变频风机、空冷风机平台以、挡风墙及散热器清洗装置。另外系统还配备了自动化程度较高的控制系统和安全保护装置。

4 直接空冷机组真空的影响因素和处理

在直接空冷系统中，热交换面积确定后，对于空冷机组真空的影响因素有排汽装置及空冷散热器泄漏、真空泵运行不正常、疏水泵工作失常导致排汽装置水位过高、低压缸轴封密封不严等因素外，还决定于以下

因素：

4.1 空气流量

直接空冷岛常用机械强制通风，空气在风机作用下由空冷岛下部流经空冷散热器向上流出，如果空气流量过小，也就是空气流速小，在相同的环境温度下，换热量减少，影响排汽的凝结，从而影响机组真空。

4.2 环境温度

大气干球温度影响空冷机组的散热能力，从而影响机组真空。尤其在夏季气温较高时，空冷机组因真空较低而严重影响带负荷能力，此时除了增大空气流量外，可采用喷湿的方法在一定程度上提高真空。

4.3 散热器翅片的清洁程度

当散热器翅片表面脏污严重时，就会在散热器表面形成一层热阻，影响空冷岛的换热顺利进行，从而影响机组真空。此时，要通过进行空冷岛散热器翅片的清洗来降低热阻，提高真空。因散热器内是品质较好的汽轮机排汽，所以散热器翅片内部不会结垢脏污，只需在运行中定期进行散热器外部清洗即可。

4.4 直接空冷系统的严密性

直接空冷机组的真空系统庞大，在设备安装工程中一定要做好安装质量检查和验收工作。设备全部安装结束后，应对直接空冷系统进行打风压试验，在试验过程中做好组织工作，做到每一个焊接口、每一个连接法兰必须检查到位，以避免机组运行中发生真空系统泄漏事件，影响机组的安全、经济运行。机组正常投运后，要加强设备及系统的日常维护，按要求定期进行机组的真空严密性试验，试验不合格，应立即进行分析和进行真空系统查漏，发现泄露点及时消除。

另外，在我国西北地区，冬季最低气温已达到-30℃，由于直接空冷机组的散热片均布置在室外，且直接空冷系统自身的特点，如果在运行中控制不当，很有可能造成空冷散热器“冻结”。

空冷散热器在相对稳定工况下，散热器底部排管先与冷空气相接触，散热器顶部排管后与冷空气相接触，底部、顶部排管的蒸汽冷凝区分配是不相同的。如果散热器顶部管排的冷凝过程会在管子末端结束，而散热器底部管排首先与冷空气相接触，排汽冷凝过程会在管子中间的某一位置结束，其余底部管排就形成排汽冷却区。在此冷却区内，凝结水温度急剧下降，造成凝结水过冷，若此时室外温度下降较快，很容易造成空冷散热器“冻结”。

另外，在汽轮机在变工况运行时，做完功的乏汽量也随着发生变化，若不及时调整空冷风扇的转速，造成散热器内的乏汽过度冷却，将会造成排空气管管口出现“冰絮”，长时间运行造成部分管束堵塞，管内流体发生停滞。在环境温度较低的情况下就会发生散热器“冻结”。

当管子“冻结”后，散热器换热面积减少，因此引起机组真空降低。严重时会冻裂散热器使空气漏入，造成真空急剧下降。

总之，运行中要严密监视空冷机组真空，发现真空降低时要根据规定及时降负荷，同时分析真空降低的原因，采取相应的措施。在大风天气要做好应对热风再循环的事故预想，夏季保证散热器翅片的清洁，冬季做好防冻措施，确保机组稳发、满发，安全经济运行。

作者简介：刘东（1972-），男，甘肃永昌人，甘肃电投金昌发电有限责任公司工程师，研究方向：热能动力设备。

（责任编辑：秦逊玉）