空冷汽轮机简介

结水在冷却元件 内易结冰。
可以说 ，空冷机组实际上是 以能源换水资源 ， ２．２ 海勒 系统
较适合于富煤少水的西 、北部地区，应当在综合考 虑能源和水资源后采用。
它采用混合 式 凝 汽 器。主要构成部件有混合 式凝汽器 、凝结水泵 、空冷塔 、水轮机 、节流阀等
加上把空冷发电技术 和 干 法 除灰、渣结合，并 （图 ２）。汽机排汽在混合式凝汽器 ２中直接与喷
输煤系统 冲洗 、抑 尘
部分 回 收，部 分 用第 ３项排水 只 考虑 厂 区职 工 用水
１４５ 用第 ３项排水
３００ ＭＷ 干冷式机组。
４．８ 在去年举行 的中国电力工业高科技论坛上， 国电公司原副总经理陆延昌提出，在最近 ５－巧 年内，我 国将研发 ６００ ＭＷ 的大容量空冷 火电机
组。
益。只有当水费高到某种程度采用空冷在经济上
才是合算的，这称之为平衡点水费。在具体工程
条件下 ，无论采取何种取水方法，水费均高于平衡
点水费时 一才能决定采用空冷。
ａ．空冷和常规循环水冷却 机 组 的 主要指标 对 比见表 １０
图 １ 直接 空气冷却系统图
表 １ 空 冷 和 常 规 循 环 水 冷却机组 的主要指标
＜ ２３ 估计 ４００
ｂ． ２０世纪 ９０年代 中前期新建电厂的耗水指 电厂的发电装机水耗指标为 ０． ６８９ ｍ３ ／ｓＧＷ，比
口综
之８０年代 ２００ ＭＷ 湿冷火电机组的平均耗水指 ６．１．２ 空冷机组经济效益（见表 ４）
标 １．２ ｍ３ ／ｓＧＷ，节水率为４３％；以 ４．１节的年节
表 ４ 空冷 机 组 经 济 效 益
辅之以排水 回收再利用和雨水 回收系统 ，则西北 射出的冷却水接触冷凝成水。将相当于排汽量的
电力发展的“缺水瓶颈”即可突破 。
＝部分凝结水 由凝结水泵 ４经精处理装置送至给
２ 空冷系统的几种形式及其特点
水系统。余下的大部分水以循环水泵 ３送至空冷 塔的冷却元件 由空气进行冷却，冷却后 的水先通
使用空气冷却汽轮机排汽的凝汽系统也叫干 过小水轮机 ６回收部分能量或经节流阀 ７再返回
１０一１５ ０ 由于凝汽 器传热 温差 大 ，系 统 比较 简单 ， 但 排
一６５ ０
３－５ ０ 汽管 直 径非 常 大 ，真 空 系统 体积 大 ，范 围广 ，易漏
大
小 空气 ，且 起 动 时真 空 建立 困难 ，找漏 不 易 ，冬 季凝
湿 冷塔 风 吹损 失
Ｐ
︐
－－
０．
％
滋１
一
湿 冷塔 排 污 损 失
４ 锅 炉 补 给 水 ８０
取 Ｐ３＝０．６３％， 浓缩倍率 ３
仅按正常工况考 虑
投资（水源加冷却部分），比之全空冷 ，一台湿冷一 台空冷及全湿冷都低一些。且既可满足全厂耗水 要求 ，又有过夏满发的能力。 ４．５ 山西古交煤电联营 新建电厂 ２ Ｘ ３００ ＭＷ
２．３ 采 用表面式凝汽器的间接空冷 系统
为南非肯达尔（Ｋｅｎｄａｌ）电厂的６Ｘ６８６ ＭＷ 机组。
针对海勒系统循环水与凝结水混合以 及 系 统
该厂从投运以来 ，从未发生过由于机械或土
复杂等缺点，以常规的表面式凝汽器代替混合式 建问题引起的强迫停运。但在初期发生过由于风
凝汽器 ，使系统得以简化 ，运行较为方便（图 ３）０
气压力 ，不易漏空气 ；易于启动。但 由于增加了小 ４Ｘ２２０ ＭＷ 机组。
水轮机 ，系统复杂 ；循环水泵要具有凝结水泵的性 ３．３ 表 面式干冷系统
能 ，效率差，体积大 ，且需布置在凝汽器下部深处；
表面式干冷系统于 ２０ 世 纪 ７０年 代末期 出
由于循环水与凝结水混合 ，水质要求严格。
现 ，以后迅速发展。 目前应用该系统的最大容量
向的影响而使 汽机背压升高过快机组 跳闸的情
况。这是由于锅炉房侧来风 ，在冷却器 区产生涡
流使冷却效果下降，导致汽机背压上升速度超过
允许值。后经对 汽机 房及冷却器 区的挡 风墙 改 造 ，取得明显效果。 ３．４ 干湿 串联 系统
一分 习 ３
图 ３ 采用表面式凝汽器的间接空冷系统
２０世纪 ８０年代 在 德 国 建造干湿串联系统，采 用低矮通风筒加多台辅助抽风及送风机的合建辅 助通风塔。干冷和湿冷的负荷分配为 １：４，用于 １ ３００ ＭＷ 核电机组，从而达到合理利用水资源，降
空气凝汽器由许多并联 的带鳍片状散热片的
项目
空冷 机组
湿冷 机组 钢 管 作 为 冷却元件 ，一般按“人”字型布置在汽机
热 耗 增 加 ／％ 造价提高／％
节水率／％ 供电煤耗增大／％ 运行受 环境温度的影响
６一９ ０ 房 顶 或汽 机房外 侧 ，通常采用 机 力通 风冷却 。
１ 循环水补充水
１０
２
除灰用水
５论
３ 炉补给水
１： ２１
４ 冷却 、空 调、取样 ２ 抖
５ 生活用水
印 ６２
小 计
６２
１０１１．５ １４ ２．５ １０
６８２ ６ ８
７５１０５ １０ ．５
５２
门／
﹄勺
８４
气
︸︑
︶
以
９８ ０．９２
０ ０
︸︑ ︺
︐．１
０
ｎｌｊ
折合为 ｍ３／ ｓ ＧＷ
其特点是不需内径很大的排汽管 ，布置方 便 ， 到推广。目前应用该系统的最大机组容量为 ２００
空冷塔可远离厂房 ；混合式凝汽器传热端差小 ；采 ＭＷ 级。如匈牙利加加林市 Ｇｙｏｎｇｙｏｓ电厂的 ２
用高压头循环水泵 ，干塔冷却元件 内水压高于大 Ｘ ２２０ ＭＷ机组，前苏联拉兹丹（Ｒａ ３ ｃｌａｎ）电厂的
— 还原水工况。 当风速大于 ４ ｍ ／ ｓ ，对 冷却效果发生影响 ；风
速 ５一７ ｍ／ ｓ时，可使 空 冷塔 效 率下 降 １０％一 ２５％，丰镇 电厂与北大进行风洞模拟实验 ，初步得
出了改善大风影响的具体工程措施 。 ４．４ 河南永城煤电联营 ２Ｘ３００ ＭＷ 机组
该项 目已由国家计委批复项 目建议书。 分 配 给电厂的水量为 １ １７０ ｍ３ ／ｈ，不能满足纯湿冷却 时耗水量１ ７２３ｍ３／ｈ的要求 ，缺少率 为 ３２ ％。经 分析 比较 ，采用干湿并列联合冷却方案。即常规 的水冷凝汽器部分，每台 ３００ ＭＷ 机组按 ２００ ＭＷ 容量配备 ，而干冷系统按 １００ ＭＷ 机组配备 机械通风直接空冷。这样 比较下来 ，联合冷却的
太原第二热电厂 ７ ，ｓ 号 机 组首次采用 国产表
口综 述
面式 凝 汽器 自然 通 风 间 接 空 冷 系 统，分 别 于 标在 ０．８５－１．０ ｍ３ ／ｓＧＷ，而９０年代末期新建电
１９９３，１９９４年投运。２Ｘ２２０ ＭＷ 机组 年节水量 厂的耗水指标 ０．８５一０．９ ｍ３ ／ｓＧＷ ，典型２ Ｘ ３００
年 发 电量
实际少
厂别 二一，一， ／１０＂ｍ ’‘ａ ’
标煤 ／ １０ ＇ｋ Ｗ · ｈ
满发气
发电时
／ １０ ＂ ｔ－ ａ 一二 温 ／ ℃
间 ／ｈ
２００
大二
２ ．３５ １ １．１７ ＜ ２３ 估 计 ４００
太二
２６０
丰镇
３．１５ １ １． ６７
口综 述
关于空冷机组的一些粗浅认识
国 内专 家 的 一 般 看 法
塔冷却系统 。干塔系统又可分为直接空冷和间接 空冷两大类 。间接空冷又可分为采用混合式凝汽
ａ．随着火电厂容量不 断 增 大，耗水量明显增 器和采用表面式凝汽器两种。
加，而水资源又 日益紧张。为解决这一矛盾 ，采用 ２．１ 直接干塔冷却 系统
水量统计数据及表 １的数据为准，按 年运行小时 数 ６ ０００ ｈ计算 ，则节水率约为 ３８．７％０
ｂ．对 ３００ ＭＷ 机组 而言，采用干冷 后 ， 最 大 节水量将为表 ２中前两项之和，相对 于表 ２中相 对 比较 先进耗水 指标 ，可求 出其最 大节水 率为
６２％ 。
满发条件
年多耗
年 Ｆ｛－水 量
国综
至混合式凝汽器 ２，由喷嘴喷人汽机排汽 中 ，形 成
世界上应用该系统的最大单机容量机组有美
闭式循环。
国怀俄达克（Ｗｙｏｄａｋ）电厂的３３０ ＭＷ 机组，该厂 有冬季严寒低温下运行的经验，以及 １９８８年一
１９９２年陆续投运的南非马丁巴（Ｍａｔｉｍｂａ）电厂的 ６Ｘ６６５ ＭＷ 机组。
顺便指 出，南非 是 全 球 火电厂综合节水发电
３ 国外采用空冷机组的情况
３．１ 直 接 空 冷 系统
１９３９年首先在德 国 鲁 尔 煤矿发 电厂，以后在 许多发电厂成功应用。
牙利 ２００ ＭＷ 海勒式空冷设备，即混合式凝汽器 自然通风间接空冷系统，分别于 １９８７，１９８８年投 运 ，２ Ｘ ２２０ ＭＷ 空冷机组年节水量约 ４００万 ｍ＿ ０ ４．２ 太原第二热电厂
的典范。该国供电委员会所属 ２８个火电厂总装
机容量约为 ３１．２ ＧＷ，其 中节水型空冷电厂 ５座 总容量为 １０．６ ＧＷ。经过 ２０年的努力，该国目
前综合耗水指标为０．６２５ ｍ３ ／ｓＧＷ０
图 ２ 采用混合式凝汽器的间接 空冷凝汽 系统原理图
３．２ 海勒 系统 海勒系统 １ ９５ ５ 年 首先应用于匈牙利 ，以后得
空冷凝汽技术是一条可选 的比较好的技术途径。
用空气将汽机排汽直 接 在 空 气凝汽器中冷却
ｂ．干塔冷却系统和湿塔冷却系统相比较 ，有 凝 结成水。一般 由排汽管 、空气凝汽器、风机和凝
利因素是可使发 电补给水量减少 ２／３以上 ，从而 结水泵组成（图 １）。排气经排汽管 ２进人空气凝
可把电厂建在矿上 ，减少铁路运输费用 ，对环境 的 汽器 ３，空气从凝汽器外侧将蒸汽冷却凝结 成水 ，
将采用机械通风直接空冷机组。 ４．６ 最近有消息称，大同二厂２００ ＭＷ ＃ ７机组， 拟采用直接空冷 ，并将成为国内采用脱硫 、废水 回 收再利用等技术的示范性工程 。 ４．７ 据悉上海电气集团已有能力向用户提供
５ 工 业 用 水 ５２６
６ 生活用水 ５
厂 区 除灰 用水
厂 外 除灰 用 水
ＭＷ 火电机组耗水量及分配见表２０
表 １ 不 同容ｆ火电厂设计耗水 ，
２００ Ｍ Ｗ
３００ Ｍ Ｗ
序
＿＿
项 目 耗 水 量 百 分 比 耗 水 量 百分 比 号
／角３．ｈ－ ／％ ／ ｍ３·ｈ一ｉ ％
１ ３５
表 ２ 典型 ２ ｘ ３００ ＭＷ 火 电机组耗水Ｉｔ
序
需水量 回收水量 耗水量
号
项目
备
／ｍ３＂ｈ一１ ／ｍ３ ＂ｈ 一１ ／ｍ３·ｈ一ｉ
注
湿冷塔蒸 发 损 失
９７６
取 Ｐ１＝１．４６＇ｘ，， 循环 水 量 ６６ ８８０ ｍ３ ／ｈ
为５２０万 Ｍ３ ｏ ４．３ 丰镇电厂
丰镇电厂＃ ３－ ＃ ６ 机 ４ Ｘ ２００ ＭＷ 采用国产 海勒式系统，但尚未安装小水轮机（待进 口），暂用
节流阀运行 。 丰镇电厂 空 冷 机 组水化学工况按“分段”原则
进行 ，即冷却水回路与除氧器之间为中性— 氧 化水工况 ，除氧器之后至锅炉前为 中性— 低氧 工况 ，炉 内则采用 添加不 挥发性 碱化剂 的碱性
影响也小。但是不利因素是基建投资大 ，空冷塔 凝结水则由凝结水泵 ５经凝结水精处理装置送至
体积大，冷却元件耗用金属材料多，安装施工技术 给水系统。
要求高；运行费用高，机组背压高 ，机组效率低 ，夏
季不能满发 ，年利用小时数有所降低。
ｃ．要综合考虑空冷系统造价 ，高运 行 费 用和
夏季少发电的代价来换取省水 和厂址有利的效
该系统的特点是 ，表面式凝汽器温度端差大 ， 投资较多 ；普通的循环水泵 ，循环水的水质要求低
低造价和消除湿式冷却塔出口雾雨的 目的。
４ 国内的应用情况
于凝结水 ，但仍要使用除盐水，可掺人防冻液以免 ４．１ 大同第二发电厂
冻坏冷却元件，冷却元件用镀锌钢管加鳍片组成。
大同第二发电厂的 ５ ，６ 号 机组首次引进 了匈
净化站 、 化水设备
不可 预 见 及漏 渗 透
计
５０ ０ ５０
折合装机水耗 ２ ４８５ ８０ １ １ ６８４ ０．７８ ｍ３ ／－，ＧＷ
５ 空冷机组的节水效果
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５．３ 节水的佑计
ａ． ８０年代大型机组 的 设 计 耗水量（见表 １）
ａ．电力工业全 国 节 水 先进单位大 同第二发