(1.华北电力大学，河北 保定 071051；2.内蒙古电力科学研究院，内蒙古 呼和浩特 010020)
摘 要：介绍了空冷技术的特点和发展过程，总结了内蒙地区空冷机组的应用情况，通过与湿冷机组的对比分析，提出了空冷技术的发展方向。
关键词：空冷；火电厂；节水；发展方向
中图分类号：TM621 文献标识码：B 文章编号：1007—6921(2008)08—0150—02
内蒙古自治区煤炭资源极其丰富，总储量超过7 000亿t。探明储量位居全国第一位。年煤炭产量已跃居全国第二位，是我国最重要的能源基地之一。建设大型坑口电站，按照“西电东送，输煤变输电”这一战略方针，解决了煤炭的运输问题和当地的经济发展问题。但内蒙地区水资源状况极其紧张，全区地表水资源为671亿m3，除黄河过境水外,境内自产水源为371亿m3，占全国总水量的1.67%。地下水资源为300亿m3，占全国地下水资源的2.9%。水资源极其匮乏。而火电厂用水占工业用水总量的40%，水资源的短缺成为制约火力发电厂发展的重要因素。因此积极发展节水技术成为内蒙古电力建设的首要任务。近两年来空冷技术在火力发电厂的成功应用，有力的支撑了当地燃煤电站的发展。
1 空冷技术的发展
空冷技术作为火力发电厂节水的一项重大技术，针对缺水地区建设火电厂时，可以用有限的水资源建设高参数大容量机组，既响应国家节能减排政策，又缓解了与当地工农业、生活用水争水的矛盾。
我国电厂空冷技术发展较晚，始于20世纪80年代，引进匈牙利的海勒式间接空冷系统设计技术和设备制造技术，应用于大同第二发电厂5、6号机组(2×200MW)上。随后作为“八五重大攻关项目”，1993年在内蒙古丰镇发电厂投产了我国第一台首次自行设计、制造、安装、调试的200MW海勒式间接空冷机组，之后又相继投产3台200MW机组，节水率达到了70%以上。1999年开始，为了发展空冷技术的多样化，在太原第二热电厂四期2×200MW机组上采用表面式凝汽器的间接空冷系统，国内引进散热器制造设备和制造技术。国内这3座大型空冷电站的投产运行，经过多年的运行证明节水效果明显，为推动我国空冷技术的快速发展起到了积极的示范作用。
电厂直接空冷技术发展已有几十年的历史，初期限于当时的技术条件，只是应用于一些小容量的汽轮发电机组。随着经验的积累和工业技术水平的发展，尤其是在20世纪70年代后，一些困扰直接空冷技术应用的技术问题得到解决，电厂直接空冷技术的应用开始进入较快的发展期。2006年6月由哈空调自行设计制造的首台300MW国产化的直接空冷系统在内蒙古乌拉山发电厂投产，为我国掌握直接空冷技术掀开了崭新的一页。2007年大唐阳城2×600MW间接空冷机组的投产为间冷技术在大容量机组的应用上开辟了先河。
内蒙古地区已投产的空冷机组共27台，容量达到1 150MW，接近整个内蒙电网装机总容量的50%。空冷技术近两年来在内蒙地区得到了广泛的应用，节约了大量的水资源。
2 空冷技术的特点
空冷系统按型式可分为2种，即间接空冷系统和直接空冷系统。
2.1 间接空冷系统
间接空冷系统按凝汽器的方式不同可分为带表面式凝汽器的间接空冷系统和带混合式凝汽器的间接空冷系统。
2.1.1 表面式凝汽器间接空冷系统（ISC）。典型的表凝式间接空冷系主要由表面式凝汽器、钢管钢翅片冷却三角散热器（带百叶窗）、自然通风冷却塔、循环水泵等设备构成，散热器水平布置在塔内。
表面式凝汽器间接空冷系统是指汽轮机排汽以水为中间介质，将排汽与空气之间的热交换分两次进行：一次为蒸汽与冷却水之间在表面式凝汽器中换热；一次为冷却水和空气在空冷塔里换热。系统流程为：汽机排汽进入凝汽器由凝汽器管束内的冷却水进行表面换热，凝汽器循环水排水由循环水泵送至空冷塔内的空冷散热器，空冷塔冷却水出水再回到汽机房凝汽器内作闭式循环。该系统根据空冷散热器材质和布置不同分为水平布置表凝间冷和立式布置表凝式间冷。
表面式凝汽器间接空冷系统流程如图1所示。.gif)
2.1.2 混合式凝汽器间接空冷系统(海勒Heller系统)。混凝式间接空冷系统主要由混合式(喷射式)凝汽器、全铝制的福哥型冷却三角散热器（带百叶窗）、自然通风冷却塔、循环水泵、节流阀和用以回收水能的水轮机等设备构成。
汽轮机排汽在喷射式凝汽器中与喷射成水膜的冷却水直接接触凝结，凝结水与温度升高的冷却水混合后，汇集于凝汽器底部热井中。其中，部分混合水用凝结水泵送至精处理装置处理后，送回汽轮机回热系统，其余约占98%的热水用循环水泵送至自然冷却空冷塔，在散热器中与环境空气通过对流换热被冷却。冷却后的水通
过节流阀（或水轮机）回到喷射式凝汽器中去冷却汽轮机排汽。如此反复，构成闭式循环系统。
海勒（Heller）系统是采用福哥型散热器垂直布置于塔外进风口处的立式布置方案，其基管及翅片均为纯铝制成，由于其材质刚度、挠度所限，及整个系统的配置等因素，该系统散热器不能水平布置。混合式凝汽器间接空冷系统见图2所示。
2.2 直接空冷系统（ACC）
直接空冷系统近几年内在国内得到了广泛的应用。主要由排汽管道、钢制散热器、风机组（包括轴流风机、电动机、减速机、变频器等）等设备构成。
直接空冷系统是指汽轮机的排汽直接用空气来冷凝，空气与蒸汽间进行热交换，其工艺流程为汽轮机排汽通过粗大的排气管道至室外的空冷凝汽器内，轴流冷却风机使空气流过冷却器外表面，将排汽冷凝成水，凝结水再经泵送回锅炉。
直接空冷系统见图3所示。
2.3 直接空冷和间接空冷的特点比较
直接空冷和间接空冷的特点比较见表1所示。
3 空冷与湿冷系统的技术经济比较
3.1 换热分析
湿冷机组在冷却塔中主要以蒸发和接触传热为主，循环水温度取决于大气湿球温度，如环境干球温度为25℃时，当相对湿度为70%，相对应的湿球温度将在20℃左右，因此循环水温度必然低于环境温度，机组相应排汽背压较低,通常设计背压为5kPa。空冷机组热交换属于空气和蒸汽或水的气相直接对流，空气的导热系数远小于水，且存在换热端差，循环水温度不可能低于环境温度，设计排汽背压通常为12～14kPa,在夏季高温时排汽背压比湿冷机组高约15～20kPa。
3.2 经济性比较
空冷机组耗水量一般是常规湿冷机组用水量的1/4，按5 200利用小时计算，1台600MW空冷机组年节水量约为450万t，按综合水价3元/t计算，年节水金额为1 350万元。1台空冷机组供电煤耗比湿冷机组约多25g/kW•h，标煤单价按300元/t计算，年多耗煤费用增加约2 340万元，且空冷机组在初期投资上比湿冷机组增加2亿元以上。可见，从年运行费用和初期投资上空冷机组远大于湿冷机组。
随着城市中水的不断应用，水价基本不变，但煤炭价格的不断上涨，对空冷机组的节能降耗更加不利，发展超临界和超超临界机组来降低煤耗已成为空冷技术发展的趋势。
4 结论与建议
4.1 节约水资源
空冷技术在北方地区得到了广泛的推广和应用，为节约水资源建设大型火力发电厂起到了关键作用，国内已基本掌握了各种空冷机组设计、制造和运行技术，为空冷系统国产化起到了积极的推动作用。
4.2 降低煤耗
从技术经济对比可以看到，空冷机组在节水的同时带来了煤耗的增加，为更好的实现节能减排，应采用超临界或超超临界机组，超临界机组比亚临界机组煤耗降低约10 g/kW•h，超超临界机组比亚临界机组煤耗降低15g/kW•h，降低煤耗是空冷机组的发展趋势。
4.3 发展大容量间冷技术
从近期投产的大唐阳城600MW间冷机组运行指标上看，间冷机组在煤耗和厂用电率指标上明显优于直冷机组，发展大容量间冷技术符合国家政策。
4.4 减少耗水指标
采用风冷干除渣技术，活性焦脱硫郊术、驱动汽动给水泵的小汽机排汽间冷技术都将进一步减少耗水指标。
4.5 安全经济运行
进一步优化空冷设计背压和满发背压，在夏季高温时少带负荷，节能降耗运行，冬季低温多发，安全经济运行。
［参考文献］
［1］ 丁尔谋.发电厂空冷技术［M］.北京：水利电力出版社，1992.
［2］ 伍小林.我国火力发电厂空气冷却技术的发展现状［J］.中国电力，2005.
［3］ 王佩璋.我国大型火电直接空冷技术的特点［J］.电力勘测设计，2004，（2）.