直接空冷技術(shù)原理及其應(yīng)用現(xiàn)狀

李國臣

摘 要：當(dāng)前時(shí)期，我們國家的水資源非常緊缺。這在一定程度上帶來了很多的負(fù)面影響，比如導(dǎo)致火電廠的運(yùn)作受到極大的干擾。這主要是因?yàn)榛鹆Πl(fā)電的過程需要使用水來冷卻。對此，人們開始積極研究新的冷卻方式，比如空氣冷卻法。實(shí)踐證明空氣冷卻較之于常見的濕冷技術(shù)來講，能夠節(jié)省三分之二的水。目前，我們國家的火力發(fā)電行業(yè)開始普遍使用空氣冷卻代替?zhèn)鹘y(tǒng)冷卻。在過去的時(shí)候，對于那些煤炭資源富足但是水資源缺乏的區(qū)域來講，建設(shè)火力發(fā)電站根本是不可能的，然而今時(shí)今日這全都迎刃而解了。同時(shí)，該冷卻方法還具有非常明顯的生態(tài)效益。在這個(gè)前提之下，文章具體分析了直接空冷技術(shù)相關(guān)的內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：直接空冷；應(yīng)用現(xiàn)狀；分析

中圖分類號：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）01-0067-02

Abstract： The water resources in our country are very scarce in the present period. To a certain extent， this has brought a lot of negative effects， such as the operation of thermal power plants have been greatly disrupted. This is mainly because the process of thermal power generation requires the use of water to cool. In this regard， people began to actively study new cooling methods， such as air cooling. Practice has proved that air cooling can save 2/3 of water， compared with the common wet cooling technology. At present， our country's thermal power industry began to generally use air cooling instead of traditional cooling. In the past， it was impossible to build coal-fired power plants in areas rich in coal but scarce in water， but today it is all readily solved. At the same time， the cooling method also has very obvious ecological benefits. With this premise， the paper analyzes the related contents of direct air cooling technology.

Keywords： direct air cooling； application status； analysis

眾所周知，我們國家的東北、西北等區(qū)域的煤礦數(shù)量較多，產(chǎn)能很大，不過其水資源相對于南方來講要匱乏很多，這就直接導(dǎo)致上述區(qū)域的電力行業(yè)發(fā)展受到極大地阻礙。其中火電廠的運(yùn)作尤其離不開水資源，其需要消耗的水資源占據(jù)到總體的耗水量的百分之二十。正是因?yàn)樗Y源的缺乏導(dǎo)致我們國家的很多區(qū)域的電力事業(yè)無法開展，工業(yè)以及農(nóng)業(yè)等工作受到極大的阻礙，嚴(yán)重干擾到廣大群眾生活質(zhì)量的提升。通過無數(shù)的實(shí)踐我們發(fā)現(xiàn)，如果在火力發(fā)電的過程之中使用空氣冷卻方法的話會產(chǎn)生非常明顯的效益，能夠節(jié)約三分之二的水源，在同等的水資源背景之下，較之于之前來講，其裝機(jī)容量超出三倍之多，有著非常顯著的經(jīng)濟(jì)效益以及社會價(jià)值，受到國內(nèi)外專家學(xué)者的廣泛關(guān)注。筆者在這個(gè)前提之下，具體闡述了直接空冷技術(shù)的原理以及特點(diǎn)和冷凝器發(fā)展過程等內(nèi)容。

1 空冷系統(tǒng)運(yùn)行原理以及構(gòu)成要素簡述

1.1 原理分析

對于直接空冷系統(tǒng)來講，其運(yùn)作的過程中主要依靠空氣進(jìn)行冷卻，不需要依靠水為媒介，能夠明顯的節(jié)省水資源。具體來講，汽輪機(jī)運(yùn)行形成的氣體經(jīng)由排汽管被分成數(shù)路釋放到配氣管中，然后借助換熱管和空氣換熱，此時(shí)就會冷凝成水。一般來講，配汽管的上方都安裝有蝶閥，在具體運(yùn)作的時(shí)候可以結(jié)合實(shí)際情況開啟或是閉合。在三腳架的下方設(shè)有軸流風(fēng)機(jī)，它存在的意義是為了加快空氣流動的速度，強(qiáng)化換熱力度，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。為了避免冬天氣溫過低導(dǎo)致受熱面凝固，通常都會在系統(tǒng)中設(shè)置逆流的凝結(jié)段，在此區(qū)域，蒸汽會以從下到上的方向流動，而凝固之后的水會從上往下流動，此時(shí)凝結(jié)之后的水會吸收一些熱能，避免因?yàn)闇囟冗^低而發(fā)生冰凍現(xiàn)象。

1.2 系統(tǒng)組成及特點(diǎn)

空冷系統(tǒng)由如下幾部分組成：（1）汽輪機(jī)低壓缸排汽管道；（2）空冷凝汽器管束；（3）凝結(jié)水系統(tǒng)；（4）抽氣系統(tǒng)；（5）疏水系統(tǒng)；（6）通風(fēng)系統(tǒng)；（7）直接空冷支撐結(jié)構(gòu)；（8）自控系統(tǒng)；（9）清洗裝置。

2 各系統(tǒng)組成要素的特征

2.1 排汽管道

一般來講，對于容量較大的機(jī)組來說，它的排汽管的尺寸非常寬，南非Matimba電站665MW直接空冷機(jī)組為2缸4排汽，采用2XDN5000左右直徑管道排汽，通過比對我們國家的一些空冷站可知，300MW機(jī)組排汽管道直徑在DN5000多，600MW機(jī)組排汽管道在DN6000左右。排汽管道從汽機(jī)房A列引出后，排汽母管橫向布置。

2.2 空冷凝汽器的冷卻裝置

2.2.1 A型架構(gòu)。一般雙排管束由鋼管鋼翅片所組成，為防腐表面渡鋅。單排管為鋼管鋁翅片。endprint

2.2.2 冷卻元件。所謂的冷卻元件即我們平時(shí)所說的翅片管，它是系統(tǒng)最為關(guān)鍵的存在要素，它的性能會對整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作產(chǎn)生極大的影響。

2.2.3 雙排管的構(gòu)成。橢圓鋼管鋼翅片，管徑是100*20mm的橢園鋼管，纏繞式套焊矩形翅片，它的兩側(cè)是半圓形狀的，中心為長方形。一般來講，先接受到空氣一方的里側(cè)的翅片距為4mm，外側(cè)為2.5mm。

2.2.4 散熱單元布置每臺機(jī)組布置成垂直、平行汽機(jī)房方向，有列、行之分。300MW機(jī)組布置6列4行或5行單元數(shù)，單元總數(shù)為24或30；600MW機(jī)組布置8列6行、7行或8行單元數(shù)，單元總數(shù)有48、56、64散熱單元。

2.3 抽氣系統(tǒng)

通常來講，在逆流管的上方設(shè)有排氣口，它和抽氣泵聯(lián)通。

2.4 凝結(jié)水系統(tǒng)

冷卻單元下端集水箱，從翅片管束收集的凝結(jié)水自流至平臺地面或以下的熱井，通過凝結(jié)泵再將凝結(jié)水送往凝結(jié)水箱并送回?zé)崃ο到y(tǒng)。

2.5 通風(fēng)系統(tǒng)

目前我們國家的空冷體系在散熱的時(shí)候多是使用強(qiáng)制通風(fēng)模式，對于那種大型號的機(jī)組來講，其使用的多是尺寸較寬的風(fēng)機(jī)，按照速度來分風(fēng)機(jī)類型有三種，分別是單速以及雙速和變速。在實(shí)際工作中，可以依據(jù)具體情況合理選擇方案。通過實(shí)踐可知，在我們國家的嚴(yán)寒區(qū)域以及晝夜溫度差值較大的區(qū)域，使用變速風(fēng)機(jī)的效果更好，而且還能夠降低電能耗損。

2.6 自控系統(tǒng)和清洗裝置

一般來講，散熱器都會配有專門的清洗裝置，以此來清理管子上面殘存的污物。

2.7 支撐結(jié)構(gòu)

對于空冷系統(tǒng)來講，其主要的承重裝置是支撐結(jié)構(gòu)。它的上方是鋼架，下方是混凝土結(jié)構(gòu)，整個(gè)結(jié)構(gòu)的規(guī)模很大，會受到各種外力的影響。

3 直接空冷系統(tǒng)的特點(diǎn)

3.1 優(yōu)勢簡述

通過分析可知該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)非常明顯。接下來具體論述：所需的水量較少，占用的土地規(guī)模小，經(jīng)濟(jì)價(jià)值非常明顯。站在投資的層面上來看的話，雖說它所需的成本較高，運(yùn)行時(shí)所需的熱量較高，不過從長遠(yuǎn)來看，對于我們國家的煤炭資源富足的區(qū)域來講，建設(shè)電廠需要的資金較之于水源充足的區(qū)域運(yùn)送煤炭的費(fèi)用要少很多，而且能夠節(jié)省水資源。所以，該系統(tǒng)的總體效益較之于水冷系統(tǒng)來講更加明顯，不但能夠節(jié)省水資源，而且有著較為顯著的社會效益。

3.2 缺點(diǎn)分析

雖然說機(jī)組有著很多的優(yōu)點(diǎn)，不過這并不表示其沒有任何的缺陷存在，相反它存在一些不利點(diǎn)，干擾到系統(tǒng)的總體運(yùn)行。具體來講，機(jī)組存在較高的背壓，而且變化明顯。所處區(qū)域的氣溫會影響到機(jī)組的背壓，個(gè)別區(qū)域的機(jī)組受到環(huán)境的影響，在冬天的時(shí)候后其背壓會下降到設(shè)計(jì)數(shù)值的三分之二之下，在夏季的時(shí)候該數(shù)值會上升到百分之二百之上。所以，我們在設(shè)計(jì)的時(shí)候一定要確保汽輪機(jī)符合背壓需要。雖說它能夠適應(yīng)背壓變化所需，不過在特殊時(shí)段內(nèi)，一旦背壓大于設(shè)計(jì)數(shù)值的話，設(shè)備運(yùn)行將會受到極大影響。而且，設(shè)備運(yùn)行時(shí)會產(chǎn)生較大的噪音，風(fēng)機(jī)維護(hù)需要強(qiáng)大的動力，維護(hù)工作復(fù)雜等都是其目前存在的不利點(diǎn)。

4 直接空冷技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

早在數(shù)十年以前人們就已經(jīng)開始使用空冷技術(shù)。經(jīng)歷了長久的發(fā)展之后，該技術(shù)已經(jīng)越發(fā)成熟。如果按照材料來劃分的話，它的散熱器可以分成鋁管鋁翅、鋼管鋁翅以及鋼管鋼翅3種。如果按照結(jié)構(gòu)來劃分的話可以分成如下四類：圓形鋁管鑲鋁翅片、熱浸鋅橢圓鋼管套矩形翅片、大直徑熱浸鋅橢圓鋼管套矩形翅片、大直徑扁管焊接蛇型鋁翅片。直接空冷技術(shù)的發(fā)展主要是圍繞直接空冷凝汽器管束進(jìn)行的，目前空冷凝汽器所用的翅片管基本上是表面鍍鋅的橢圓形鋼管加鋼質(zhì)翅片或圓形的鋼管加鋁翅片。上世紀(jì)中期，該技術(shù)尚處在發(fā)展的初級階段，由于工藝方面的影響，管徑非常小，而且管排數(shù)量多。正是因?yàn)楣芘艛?shù)量多，導(dǎo)致蒸汽流存在死區(qū)，無法很好地利用換熱面積，而且在冬季的時(shí)候會結(jié)冰。所以，直接空冷技術(shù)當(dāng)時(shí)基本上都在單機(jī)容量比較小的發(fā)電機(jī)組上使用。上個(gè)世紀(jì)的中后期，我們國家的翅片管的制造工藝有了非常明顯的提升，不論是其寬度亦或是長度等都有所增加，而且管排的數(shù)量也開始減少，此時(shí)單排管被大量的運(yùn)用。比對可知，該管有著非常多的優(yōu)點(diǎn)。比如能夠很好地利用它的換熱面積，不會發(fā)生冰凍現(xiàn)象，生產(chǎn)工藝簡單，所需的費(fèi)用較少等等。

5 應(yīng)用前景

進(jìn)入到新的發(fā)展階段之后，我們國家的火力發(fā)電行業(yè)將朝著全新的方向發(fā)展，其更加注重環(huán)保以及節(jié)水。當(dāng)今社會水資源非常匱乏，這直接干擾到火力發(fā)電行業(yè)的發(fā)展。在這個(gè)背景之下，空冷技術(shù)開始被廣泛運(yùn)用。該技術(shù)不但可以被運(yùn)用到水資源缺乏的區(qū)域，即便是對于水資源富足的區(qū)域來講，出于環(huán)保的目的也應(yīng)該大力發(fā)展空冷技術(shù)。目前該技術(shù)還被大量的運(yùn)用到其他的領(lǐng)域之中，實(shí)踐證明效果良好?？偟膩碇v，由于我們國家屬于缺水型國家，因此大力發(fā)展空冷技術(shù)迫在眉睫。

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