空冷技术：解决干燥地区火电工业发展问题的重要手段

空冷机组较同类型湿冷机组节水约75%以上，是解决我国富煤缺水地区火电工业发展问题的重要手段。

空冷技术的核心是空冷装置，空冷装置是以空气为冷却介质，使汽轮机排汽凝结成水的装置，这种装置又被称为空气凝汽器、空冷塔、干塔或干式冷却凝汽装置。

最早的一台空冷装置是于1939年，由德国制造成功并使用的，以后在世界各地的应用取得了明显的节水效果。美国怀俄达克20世纪80年代初建成单机容量330MW 的燃煤直接空冷机组，全厂耗水量仅为70m3/h，并全部取自城市废水。另外在厂区内有两眼深井作为备用。该机组发电装机水耗为0.05892m3/(s·GW)。

以空气凝汽器为冷却装置的汽轮机排汽凝结系统有两种形式：①直接干式冷却系统 (图5-4)，②间接干式冷却系统。在直接干式冷却系统中，空冷装置的冷却元件由许多并联的带鳍片状散热片的钢管组成，通过鼓风冷却钢管内流动的排汽；间接干冷系统又分为采用混合式凝汽器的 (又称为海勒式系统)和采用表面式凝汽器(又称为哈蒙式系统)的。前者系统中的主要设备——混合式凝汽器中用喷射出来的冷却水 (除盐水)和排汽混合，凝结生成的水的一部分 (相当于汽轮机排汽量的水)由凝结水泵经凝结水精处理装置送回锅炉给水系统，剩下的部分经过空气冷却塔降温后，开始下一个循环，如图5-5所示；后者采用通常的表面式凝汽器，循环冷却水要求用除盐水，冷却元件用镀锌钢管钢鳍片制成，升温后的冷却水送到空气冷却塔降温后继续循环使用。

图5-4　直接空气冷却系统原理图

1—汽轮机；2—排气管；3—空气凝汽器；4—风机；5—凝结水泵(www.xing528.com)

图5-5　混合式凝汽器的间接干式冷却系统原理图

1—汽轮机；2—混合式空气凝汽器；3—循环水泵；4—凝结水泵；5—空气冷却器；6—水轮机；7—节流阀

直接空气冷却凝汽器系统完全不用水；间接空气冷却凝汽器系统虽然有水参与循环，但由于不存在蒸发，所以水量损失小，因而可节约大量冷却水的补充水。空冷系统特别适用于我国西北部煤炭资源丰富但水资源匮乏地区的火电厂。山西大同第二发电厂采用节水型空冷机组，使1台200MW机组的全厂耗水量由719m3/h (年均值)减至252m3/h (年均值)，节水率65%，节水量为467m3/h。华能榆社电厂建成国产30万k W 直接空冷发电机组，与使用水冷技术相比，节水700万t/a。

干冷系统存在的主要问题是高温季节机组不能满负荷运行，这是因为在高温季节，用做冷却介质的空气温度高而影响了冷却效率。除此之外造价高 (是常规水冷系统造价的2～4倍)也是干冷系统长期以来推广缓慢的原因。但是随着水资源的日益紧张，以及空冷设计制造技术的国产化，造价降低，干冷系统越来越得到广泛的应用。近年来，空冷机组在我国发展迅速，已经能够自己设计制造60万k W空冷机组，截至2006年底国内已有8台60万k W空冷机组投入商业运行。

根据当地水资源的供应条件，还可以选用干湿联合冷却塔，或空冷机组与湿冷机组搭配建设。德国耐卡尔韦斯特海姆的一台1300MW 核电机组就采用一座机械通风的干湿式混合型冷却塔，其中干冷段占20%，湿冷段占80%，发电装机水耗为0.7725m3/(s·GW)。我国的大同二电厂采取的是空冷机组与湿冷机组搭配建设的方式。

需要指出的是，空冷系统宜用于严重缺水、燃用煤价低廉的火电厂，因为空冷机组固然可使全厂性节水率达65%及以上，但供电煤耗增多约4%～5%导致发电成本猛增约15%，所以应考虑煤价的影响因素。