350MW超临界机组直接空冷与间接空冷经济技术比较

【摘 要】对汽轮机的排汽冷却采用间接空冷和直接空冷两种方式的系统配置进行对比分析，为电厂选型提供技术经济数据。内蒙地区350MW超临界机组采用间接空冷和直接空冷选型要根据项目的实际情况，从机组形式、气象条件、厂址占地限制、总平面规划制约、初投资控制、对年净供电量和煤耗的要求等多方面考虑，以确定最适合的方案，提高项目整体经济效益。

【关键词】直接空冷 间接空冷 经济技术 比较

1引言

300MW等级燃煤发电机组汽轮机排汽系统为节约水资源，大部分都采用了空气冷却方式（简称空冷）。目前空冷系统分为三种形式，直接空冷系统，表面式凝汽器间接空冷系统（简称“表凝式间冷”）和混合式凝汽器间接空冷系统（简称“混凝式间冷”）。

混凝式间接空冷系统因其系统复杂，设备较多，循环水品质要求与凝结水的相同。目前，300MW级机组配套的循环水泵、水轮机和节流阀等设备国内尚无制造和运行经验。本文仅就直接空冷系统和表凝式间接空冷系统做一下经济技术比较。

2 350MW超临界机组典型配置方案

（1）直接空冷系统：主机为直接空冷方式，给水泵为汽动方式，“小机”排汽直排“大机”排汽装置。每台机组配置1套直接空冷系统，空冷凝汽器布置在紧靠汽机房A列柱外的空冷平台上；空冷凝汽器分为若干组，每组由相同冷却单元组成，每个冷却单元下面配设1台轴流风机。

（2）间接空冷系统：两台机组共用1座自然通风空冷塔，“小机”排汽直排“大机”凝汽器，两台机组配置1座空冷塔，每台机组配置1台表面式凝汽器。间接空冷散热器沿空冷塔2×350MW机组间冷与直冷方式年运行总费用比较外围立式布置，设计中空冷散热器管束材质采用铝管铝翅片。

3间接空冷方式与直接空冷方式经济比较

表1是某电厂2×350MW机组间接空冷与直接空冷方案年运行总费用比较表，表中空冷设备及建筑物总投资包括地基处理费用。由结果看，表凝式间接空冷方案年总费用大于直接空冷方案。

4间接空冷方式与直接空冷方式技术比较

（1）技术可靠性。表面式直接空冷方式和间接空冷方式在国内都有相同容量机组、并已投入运行的工程，技术上均成熟可靠。

（2）系统配置。表面式间接空冷方式为两次换热，第一次在表面式凝汽器里进行蒸汽的冷凝，属表面式换热，第二次在空冷塔进行循环水的冷却，同属表面式换热。直接空冷属一次换热。

（3）真空容积。表面式间接空冷方式真空容积较小，直接空冷方式真空系统容积大。直接空冷凝汽器布置在主厂房外空冷平台上，设备较多。两种系统都存在真空泄露的可能，但目前从设备制造工艺到施工措施上都有可靠的技术手段来保证系统满足设计真空要求。

（4）环境气象条件影响。间接空冷系统因有较大水容积对环境气象条件的敏感性和受环境气象条件影响变化较小，运行相对平稳。直接空冷系统对于环境气温，风速、风向较为敏感，特别是在高温、大风时，机组背压会迅速升高，严重影响机组安全运行，目前国内直接空冷机组在夏季运行时多以降低出力方式来保持相对较低的背压，以保证机组安全运行。考虑到空冷器平台的实际高度，主要关注的应该是50m左右高度的风向。

（5）系统总体布置。在总平面布置要求方面，间接空冷系统对环境气象条件的敏感性和受环境气象条件影响变化较小，便于运行控制，对厂区总平面布置上要求相对较少。直接空冷系统对于环境气温，风速、风向较为敏感，合理确定空冷平台的朝向，是决定厂区总平面布置的重要因素之一。

（6）防冻性能。间接空冷系统循环水温度较低，采用自然通风冷却，风量可采用布置在空冷塔进风口的百叶窗来调节，百叶窗通过启闭执行机构运行。在北方寒冷地区采用间接空冷系统，百叶窗运行的可靠性非常重要。通常将散热器分为独立的几个扇段，根据环境温度和负荷调节投运段数。直接空冷系统在国内寒冷地区已得到广泛的运用，未出现严重的冻损问题。直接空冷方式是将汽机排汽直接冷却，凝汽器内温度相对高，凝汽器采用大口径（管径219×19mm）蛇形翅片缠绕的单排管，芯管通流面积较大。凝汽器采用顺流和逆流布置，采用机械通风、风机采用变频控制，可灵活调节风量，可以有效的防止凝结水过冷而结冰的危险。直接空冷和表面式间接空冷方式都有可靠的防冻措施。

（7）运行和检修。表面式间冷系统是两次冷却，水系统容积较大，系统内大型转动机械只有循环水泵，且水泵为常规泵，机械检修量较少，系统平稳运行控制比较简单。直接空冷方式相对简单，因此，运行调整比较简便，但直接空冷方式冷却面积大、抽真空系统庞大、还有数量多的大型轴流风机，所以检修维护工作量相对较大。

（8）设备制造、供货情况。表面式间冷系统散热器可以完全国产供货，可以是国外技术国内制造；其它设备均可国产。直接空冷系统的空冷凝汽器可以是国外技术国内制造，也可以完全国产，它们价格基本持平；风机可以国产，也可以进口品牌国内生产；齿轮箱需采用著名进口品牌产品；其它设备如电动机、变频器、真空隔断阀等可以国产或进口品牌，但有一定性价差距。

（9）噪声影响。表面式间接空冷系统采用自然通风空冷塔冷却，基本无噪声影响，可以满足环保要求。直接空冷系统采用大型轴流风机，噪音相对较大，但可以采用低转速风机和低噪声的风机叶片，以及设虚拟厂界等来满足环保要求。采用低转速风机和低噪声的风机叶片降噪效果非常明显。

5 350MW超临界机组空冷方式选择原则

空冷方式的选择应根据项目实际的关键影响因素如：机组形式、气象条件、厂址占地限制、总平面规划制约、初投资控制、对年净供电量和煤耗的要求等情况，经技术经济比较后确定。主要从以下两个方面考虑：

5.1从工艺布置、环境因素、机组形式、运行维护上考虑

直接空冷系统设备布置占地面积较小，由于空冷平台距地面有一定的高度，平台下方场地可以充分利用。直接空冷系统对环境气象条件较敏感，受环境气象条件影响变化大，特别是高温时自锅炉房吹向空冷平台的大风，达到一定速度时会形成热回流，影响机组背压。因此空冷岛的布置方向选择上应避开夏季高温时段炉后来的大风，以避免高温大风形成热回流。

间接空冷系统因有较大水容积对环境气象条件的敏感性和受环境气象条件影响变化较小，运行相对平稳，电厂的布置不受风向的影响，每个散热段顶部的排空气系统是每个散热段防冻的关键。

如果地区冬季极端最低气温较低，同时又为供热机组，对空冷系统的的防冻要求较高，而直接空冷系统的防冻特性较突出，从防冻角度，宜优先采用直接空冷系统。

5.2从总投资及年运行费用考虑

从表1和已投运电厂实际看，直接空冷系统固定投资较小，年总费用较低。但是从长远考虑煤价可能逐步上涨，按照表1计算，当煤价涨至586.21元/吨时，直接空冷系统及间接空冷系统年总费用持平。相比之下，间接空冷系统由于运行背压低，有控制运行成本的优势，对煤价上涨有比较好抗风险能力，随着煤价的升高，直接空冷的优势将逐步降低，采用间接空冷系统较有优势。

6结语

350MW超临界机组采用间接空冷和直接空冷都是可行的，但是要根据项目的实际情况，从机组形式、气象条件、厂址占地限制、总平面规划制约、初投资控制、对年净供电量和煤耗的要求等多方面考虑，以确定最适合的方案，提高项目整体经济效益。

作者简介：武平德（1959—），男，内蒙古人，硕士，高级工程师，从事电力建设管理工作。