(华北电力大学，河北 保定 071003)
摘 要：文章阐述了电站直接空冷技术的原理、特点、运 行中存在的几个问题及其在内蒙古地区的应用情况，指出电站直接空冷技术是适合内蒙古地 区的发电技术。
关键词：电站直接空冷；空冷特点；存在的问题；应用
中图分类号：TK264.1 文献标识码：A 文章编 号：1007—6921(2009)06—0117—02
1 空冷技术发展概况
早在1939年，德国首先在鲁尔矿区的1.5MW汽轮机组应用了直接空冷系统。1962年英国的拉 格莱电厂的120MW机组上投运了间接空冷系统，采用喷射式凝汽器及自然通风型空冷塔。这 个系统是由匈牙利的海勒教授在1950年世界动力会议上首先提出来的，亦称为海勒式间接空 冷系统。至此，形成了直接空冷与间接空冷并存的局面。1977年，美国沃伊达克（Wyodak） 矿区电站的330MW机组上应用了机械通风型直接空冷系统。同年，联邦德国施梅豪森核电站 的3 00MW机组上应用了表面式凝汽器配自然通风空冷塔的间接空冷系统，又称为哈蒙式空冷系统 。由此以来，空冷技术进一步发展起来，形成了两大类：直接空冷和间接空冷，三种典型空 冷系统：带混合式凝汽器的间接空冷（海勒式）和带表面式凝汽器的间接空冷（哈蒙式）以 及直接空冷系统。
到目前为止，投运机组容量最大的直接空冷电厂是南非马廷巴（Matimba）电厂，6×664MW 机组。采用表面式凝汽器的自然通风空冷塔间接空冷系统（哈蒙式）是南非的肯达尔（Kend al）电厂，6×686MW机组。
我国电厂空冷技术起步并不太晚。1966年在哈尔滨工业大学试验电站的50KW机组上首次进行 了直接空冷系统的试验。1967年在山西侯马电厂的1.5MW机组上又进行了工业性直接空冷系 统试验。进入80年代后，庆阳石化总厂自备电站3MW机组投运了直接空冷系统。1987年和198 8年，山西大同第二发电厂的两台200MW机组首次引进了匈牙利的海勒式间接空冷系统。随后 在90年代，国产200MW机组海勒式间接空冷系统在内蒙古丰镇电厂投运，国产200MW机组表面 式凝汽器间接空冷系统（哈蒙式）在山西太原第二热电厂投运。而电站直接空冷技术在我国 大容量电厂的应用较晚。
2 直接空冷技术原理
直接空冷系统是利用高效散热的空气冷却翅片管组装而成的散热器（或称空气冷凝器）把热 量传递给大气，汽轮机排汽得以冷凝。它与常规湿式冷却方式（简称湿冷系统）的主要区别 是：汽轮机的排汽通过表面式散热器与空气进行热交换，避免了循环冷却水在湿冷塔中直接 与空气接触所带来的蒸发、风吹损失以及开式循环的排污损失，消除了蒸发热、水雾及排污 水等对环境造成的污染。
2．1 直接空冷系统流程
直接空冷系统的流程是：汽轮机排汽通过粗大的排汽管送到室外的空冷凝汽器内，轴流冷却 风机使空气流过散热器外表面，将作完功的排汽冷凝成水，凝结水再经泵送回汽轮机的回热 系统。
空冷凝汽器是直接空冷系统的主要设备，它是由外表面镀锌的椭圆形钢管外套矩形钢管翅片 的若干个管束组成的。空冷凝汽器分主凝汽器和分凝器两部分。主凝汽器多设计成汽水顺流 式，它是空冷凝汽器的主体；分凝汽器则设计成汽水逆流式，可造成空冷凝汽器的抽空气区 。
真空抽气系统是直接空冷的关键，在汽轮机启动和正常运行时，要使汽轮机低压缸尾部、空 冷凝汽器、排汽管道及凝结水箱等设备内部形成真空。通常采用的是抽空气设备水环式真空 泵，出力大、经济性好。空冷凝汽器所用的元件和排汽管道采用两层焊接结构，焊结质量要 求十分严格，以保证整个的直接空冷设备系统的严密性。
2．2 直接空冷技术的特点
直接空冷系统是将汽轮机排出的废汽，引入空冷凝汽器中，由环境空气直接将其冷却为凝 结 水，减少了常规二次换热所需要的中间冷却介质，换热温差大，效果好。避免了循环冷却水 在湿冷塔中直接与空气接触所带来的蒸发、风吹损失以及开式循环的排污损失，直接空冷是 一种节水型火力发电技术，其最大的特点是节水。除此之外，其他的主要特点还有：①汽轮机背压变幅大。汽轮机排汽直接由空气冷凝，其背压随空气温度变化而变化，我国北 方地区一年四季乃至昼夜温差都较大，故要求汽轮机要有较宽的背压运行范围。②真空系统庞大。汽轮机排汽要有大直径的管道引出，用空气作为直接冷却介质通过钢制散 热器进行表面换热，冷凝排汽需要较大的冷却面积，因而导致真空系统的庞大。③电厂整体占地面积小。由于空冷凝汽器一般都布置在汽机房顶或汽机房前的高架平台上， 平 台下仍可布置电气设备等，空冷凝汽器占地得到综合利用，使得电厂整体占地面积减少。④冬季防冻措施比较灵活可靠。间接空冷系统的主要防冻手段是设置百叶窗来调节和隔绝进 入 散热器的空气量。若百叶窗关闭不严或驱动机构出现机械或电气故障，将导致散热器冻结。 而直接空冷可通过改变风机转速或停运风机或使风机反转来调节空冷凝汽器的进风量，直接 吸热风来防止空冷凝汽器冻结，调节相对灵活，效果好且可靠。
这种系统的缺点是耗能大。直接空冷系统所需空气由大直径的风机提供（现也有考虑用冷却 塔自然通风方案，但尚无实践），风机需要耗能，根据国外资料，直接空冷系统自耗电占机 组发电容量的1.5%左右。风机群产生的噪声危害和由空冷凝汽器的空侧出口排放的热空 气 回流到空冷器进口的的热风再循环问题以及风机电动机消耗一定的厂用电和维护检修等工作 。
3 直接空冷技术存在的问题
直接空冷系统在国内处于起步阶段，在设计和运行上均缺乏更多经验，尤其结合内蒙古地区 的气候特点和这几年运行实践可知，在直接空冷系统设计和运行过程存在以下几方 面问题：
3．1 大风影响问题
直接空冷系统受不同风向和不同风速影响比较敏感，特别是风速超过3．0m／s以上时 ，对空冷系统散热效果就有一定影响，特别是当风速达到6．0/s以上时，不同的风向会对空 冷系统形成热回流，甚至降低风机效率。为了使大风的影响降低到最低限度，设计上必须研 究夏季高温时段，某一风速出现最大频率的风向，在设计布置时应避开，甚至适当拉大 与A列的距离。在运行期间通过气象观测收集有关数据，根据电厂发电负荷的变化进行总结 ，工程实施前进行必要的物模或数模试验，以指导设计和今后运行采集的数据进行对比总结 。
3．2 热风再循环问题
电厂运行时，冷空气通过散热器排出的热气上升，呈现羽流状况。当大风从炉后吹向 平台散热器，风速度超出8m／s，羽流状况要被破坏而出现热风再回流。热气上升气流被炉 后来风压下至钢平台以下，这样的热风又被风机吸入，形式热风再循环。甚至最边一行风机 出现反向转动。在工程上是增设挡风墙来克服热风再循环，挡风墙高度要通过设计而确定。
3．3 平台高度问题
支撑结构平台高度与电厂总体规划、空冷系统自身的要求综合考虑。平台高度的确定原则是 使平台下部有足够的空间，以利空气能顺利地流向风机。平台越高，对进风越有利，但增加 工程造价。如何合理确定平台高度，目前没有完善的理论公式，各家只有习惯的经验计算， 解决此问题的途径是根据多家经验，通过不同条件的模型计算和现场运行期间的测试，研究 总结出一个较理想的计算方法。
3．4 防冻保护问题
直接空冷系统的防冻是影响电厂安全运行的一个重要问题，国外设计和运行实践中有许多措 施来保证防冻是有效的。如：①设计上采用合理的顺流与逆流面积比，即K／D结构。对严寒 地区“K／D”取小值，对炎热地区取大值；②加设挡风墙，预防大风的袭击；③采用能逆转 风机，以形成内部热风循环；④正确计算汽机排汽压力与环境气温的关系，以确定风机合理 运行方式；⑤先停顺流单元风机，后停逆流单元风机；⑥严格控制凝结水的过冷度；⑦严 格控制逆流管束出口温度，及时调节逆流风机的运行时数。以上是设计和运行两方面对防冻 保护的一些措施，如何合理得当应用，仍要在设计和现场根据不同的工程条件进行必要的研 究和总结。
4 直接空冷技术在内蒙古地区的应用
随着国民经济的持续快速发展，全社会对能源的需求也越来越大，客观上要求兴建一大批大 容量的火力发电厂。兴建大容量火力发电厂需要充足的冷却水源，而在我国富煤的北方地区 恰恰缺水，这样空冷电站尤其是直接空冷电站——这种节水型的发电技术的发展就会迅速发 展。
从2002年我国大同二电厂第一台600MW直接空冷机组建设开始,我国直接空冷电站的建设就拉 开 了帷幕。山西率先发展了大容量的直接空冷机组有：榆社2×300MW、古交2×300MW、漳山2 ×300MW等。陕西也建成了锦界600MW、韩城600MW等。
内蒙古自治区作为能源大省，西电东送的重要省区，火力发电作为其支柱产业，直接空冷电 站起步较晚，但发展势头迅猛，是适合本地区的发电形式。目前建成和在建的直接空冷电站 有：神华亿利电厂4×200MW、新丰电厂2×300MW、乌拉山电厂2×300MW、锡林电厂2×300MW 、准大电厂2×300MW以及蒙西电厂2×300MW、丰镇电厂三期2×600MW、托克托电厂4×600MW 、上都电厂2×600MW、达拉特电厂四期2×600MW等一大批。尤其是通辽电厂的600MW机组， 是我国大型电站直接空冷系统国产化攻关示范项目。还有一大批待批直接空冷电站在积极筹 备中。
总之，直接空冷电站作为一种新的电站技术，其最大的优点是节水，建厂条件不受水源限 制，改变“以水定电”和电源建设布局不合理的被动局面。尤其适合在“富煤缺水”的三北 地区建设大型坑口电站，特别是内蒙古地区。目前内蒙古的煤炭探明储量居全国第一，而水 资源贫乏，直接空冷电站将大有作为。