简析火电厂燃气轮机空冷技术应用研究

【摘要】我国地源辽阔资源丰富，但是严重分配不均衡，用于发电所需要的煤炭资源集中分布在我国的西北部地区，但是西北部地区的水资源又严重不足。且随着日益增长的资源消耗，不可再生资源在逐年减少。为了有效节约水资源和煤矿资源，我国的火电厂引进采用了空冷技术，以便高效的利用水资源，最大限度的减少火力发电对水资源的依赖，本文主要介绍了我国火电厂中采用的空冷技术的概念、系统分类和发展现状。

【关键词】火电厂；空冷技术；能源需求；空冷技术的应用

火力发电厂主要的资源是水资源和煤矿资源，一般建在煤产量较多的地区。我国的西北地区产煤量较多，但是水资源短缺，对于大型火电厂的发展造成了一定限制。近几年，我国大力发展空冷技术，改善了现有的发电条件，一方面解决了长期的资源不均衡问题，另一方面响应了国家节能减排的号召。

一、空冷技术的原理

直白的说，空冷指的就是利用空气冷却汽轮机排出的做完工的蒸汽。空冷技术代替了原有的水冷系统，解决了火电厂所在地区水资源匮乏的问题，是一种节水型技术。常规的发电厂多用“淋雨”法将塔内的循环水与空气进行热交换，整个过程一直处于有水状态，被称为湿冷系统，需要消耗大量的水资源。而改进的空冷系统是将需要进行冷却的循环水通过散热器与空气进行热交换，整个过程中都处于“干”的状态，有效节约了水资源。

二、空冷技术在火电厂中的重要性

（一）水资源严重紧缺 水是人类生活工作，国家经济建设中不可或缺的资源。据有关数据统计，我国的人均水资源占有量达不到世界人均标准，是全球范围内的贫水国家之一，而且我国土地辽阔地形复杂，水资源分布不均衡。随着经济大力发展，很多城市出现了用水紧缺的问题，制约了国民经济的大力发展。尤其是我国的西北地区，有着丰富的煤炭，但是水资源严重缺乏，所以必须参考当地的资源分布进行工业生产规划，将节约水资源放在工业生产中的重要位置。我国自1998年就开始注重火电厂的节约用水，并颁布了相关文件，积极推广空冷技术的应用。即在建设火电厂时，选用能够节约水资源的设备，并在实际的工业生产中落实节约用水的规定。

（二）经济效益的多元化 采用空冷系统代替了传统的湿冷系统后，根据实际应用的数据统计显示，火电厂的总耗水量同比降低了70%，即采用同样多的水资源，我们可以建设容量传统电厂3倍的新型电厂。虽然空冷机组的建设初期需要花费相对湿冷较多的投资，但是在水资源日益紧缺，电力能源需求日益增加的今天，从总体经济效益上来讲，其带来的社会效益远远大于前期的投资。能有效节约电厂用水，解除对水资源的过度依赖。总体来说，火电厂改用了空冷技术后有效节约了水资源，并获得了巨大的经济效益、环境效益和社会效益。

三、空冷系统分类

（一）直接空冷系统

直接空冷系统指的是直接采用空气对汽轮机排出废气进行冷凝，冷却用空气是由机械通风的方式送入的，散热器采用单排管或多排管型凝汽器。直接空冷系统还会受到大气温度的影响，噪声较大。在夏季时会因环境温度升高，热交换效率降低，在冬季时，有些北部地区环境温度低0摄氏度，在机组停运或者再次启停期间，需有效的控制输水管道的防冻处理。一般电厂通过控制风机转速和数量进行防冻处理，运行经济效益不高，但是清洗方便；占地面积较小、耗水量低，维护量较大，尤其是冬季还需就地测温，电耗相对较高。

（二）间接空冷系统

1、海勒式空冷系统

海勒式空冷系统指的是带有混合式凝汽器的间接空冷系统，主要包括喷射式凝汽器以及空冷塔，冷却水为中性的高纯度水，冷却水进入到凝汽器后可以和汽轮机所排的废气进行混合并冷凝，受热后便可由循环泵送到空冷塔的散热器中，换热后进入下一个循环，这其中可能会有极少的部分被冷凝水精处理装置进行处理并送到汽轮机的回热系统中。海勒式空冷系统容易掌握，但是设备较多，系统比较复杂，需要冷凝水精处理装置，控制系统比较复杂。

2、哈蒙式空冷系统

哈蒙式间接空冷系统，根据不同的换热器材质和布置水平或竖直放置在冷却塔中，冷凝器则采用表面式凝汽器；运行时稳定性较好，防冻系统简单，可在低温条件下获得更高的经济性；受大气环境温度影响，风的影响效果较小，噪声小；脏污影响较大，但是清洗方便；系统规模较小、耗水量低，维护量小，用电率较低。

（三）对比直接空冷系统和间接空冷系统

直接空冷系统的低压缸额定排气背压在夏季时较高，采用空冷专用的低压缸和末级叶片；间接空冷系统的低压缸排汽背压额定值要低于直接空冷系统，没有专用的末级叶片，优势比直接空冷系统稍低。

直接空冷系统的冷却设备和冷凝设备是一体化的，采用全钢制散热器，在碱性介质中相对稳定，所以，工作运行时制冷系统的水工况定为碱性，一般将PH值定为8.8-9.5之间；间接式空冷系统的循环水系统管道材料选用的是碳钢，凝汽器选用不锈钢，空冷部分则用铝管，需要在中性条件下进行水工况运行，即将冷却水的PH值控制为小于8，并设有凝结水处理装置，在中性水汽工况难以达到时改用碱性水汽工况。

直接空冷系统的防冻手段主要是保证严密性，风机要时时进行启停反转，减少空气对流，冬季时的就地测温花费人力较多；间接空冷系统的防冻工作秩序控制好扇区的出水温度，并做好防冻技术支持，便可以保证空冷塔的正常运行。比较来说，间接空冷比直接空冷防冻性能更好。

大风对于直接空冷系统的影响要明显高于间接空冷系统，大风会影响直接空冷系统机组的正常运行，严重时能造成跳机；当气温过高时，直接空冷系统运行不能进行满负荷运行，以确保机组安全。所以，间接空冷系统对于大风和高温的抵抗能力比直接空冷系统更强。

综合考虑空冷系统的各类性能特点以及受到各类影响因素的影响，可以得出，间接空冷系统比直接空冷系统更适用于火电厂的工作生产。

四、空冷技术国内外发展现状

早在1940年，德国就率先在火电厂中采用了空冷系统，那时的空冷系统还是刚刚出现的直接空冷系统；到了20世纪60年代，英国的某一电厂将间接空冷系统应用到了火力发电机组上，这就是最早的匈牙利籍的海勒教授发明的海勒式空冷系统，也是最早投入到实际应用的间接空冷系统；到了1980年后，空冷技术得到了进一步的发展，被广泛的应用到各大火力发电厂中，目前还在进行优化研究。我国的火电厂空冷技术早在20世纪六、七十年代就进行了系统的试验研究，并在八十年代被山西大同第二发电厂和山西太原第二热电厂后投入到实际的生产中，目前的目标是实现全国化的空冷技术代替传统湿冷技术。

结束语

火电厂的汽轮机空冷技术的应用有效节约了我国并不丰富的水资源，并为进一步的能源开发提供了空间，为现代的经济能源需求提供了有力的保障。我们应进一步完善，改进空冷技术的发展，为社会主义的现代化建设提供技术支持。

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