空冷汽轮机设计的几个主要问题
电厂直接空冷系统方面的问题分析
电厂直接空冷系统方面的问题分析作者：刘志枫来源：《中国科技博览》2014年第07期[摘要]我国华北、西北、东北地区普遍寒冷缺水，电站建设往往受制于水源。
作为一项在富煤缺水地区很有前途的生产方式，空冷技术已经显示出巨大的发展潜力。
空气冷却分为间接冷却和直接空冷两种，与间接空气冷却相比，直接空冷机组更适于寒冷的地区运行，其最大特点是防冻性能好、节水、占地面积小、投资低、更环保。
[关键词]发电厂直接空冷空冷技术中图分类号：TM621.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）07-0039-01引言发电厂采用翅片管式的空冷散热器，直接或间接用环境空气来冷凝汽轮机的排汽，称为发电厂空冷。
采用空冷技术的冷却系统成为空冷系统。
采用空冷系统的汽轮机机组成为空冷机组。
采用空冷技术的发电厂称为空冷电厂。
发电厂空冷系统也称干冷系统。
它是相对于常规发电厂的湿冷系统而言。
常规发电厂的湿冷冷却塔（凉水塔）是把塔内的循环水以“淋雨”方式与空气直接接触进行热交换的，其整个过程处于“湿”的状态，其冷却过程称为湿冷系统。
空冷发电厂的冷却塔，其循环水与空气是通过散热器间接进行热交换的，整个过程处于“干”的状态，所以空冷塔又成为干式冷却塔或干冷塔。
1.我国火电厂直接空冷系统1.1 直接空冷系统的特点无论是直接空冷，还是间接空冷电厂，经过几十年的运行实践，证明均是可行的。
但不排除空冷系统在运行中，存在种种原因引发的问题，如严寒、酷暑、大风、系统设计不够合理、运行管理不当等。
这些问题有的已得到解决，从国内已投运的200MW空冷机组运行实践证明了这一点。
从运行电站空冷系统比较，直接空冷系统具有主要特点：背压高；由于强制通风的风机，使电耗大；强制通风的风机产生噪声大；钢平台占地，要比钢筋混凝土塔为小；效益要比间接冷却系统大30%左右，散热面积要比间冷少30%左右；造价相比经济。
2.直接空冷系统的组成和范围2.1 直接空冷系统的热力系统直接空冷系统，即汽轮机排汽直接进入空冷凝汽器，其冷凝水由凝结水泵排入汽轮机组的回热系统。
直接空冷系统主要设计参数确定
２ 空冷机组设计气温与设计背压
选择合理的设计气温和设计背压对空冷电 厂有着重要意义。它直接影响到空冷机组选型 电厂的投资及运行效益。 排汽背压所对应的排汽温度是由Ｉ Ｔ Ｄ值和
１ ． ４ 汽轮机末级叶片
汽轮机末级叶片长度主要由汽轮机制造厂
： － 力勘测＇ ａ ｍ ｒ 计２ Ｍ 年一 均月 ｎ弓 期 １ １
上汽 东汽 哈汽 上汽 上汽 东汽 哈汽 上汽 二缸 二缸 二缸 二缸 Ｊｆ ｆ Ｓ
６ ６ ５ ６ ４ ５ ６ ２ ０ ６ ６ ５
四＝ Ｋ 二缸
６ ６ ５ ６ ６ １ ６ ２ ０ ６ ６ ５
１ ４ ５ ７ １ ６ ７ ６ ． ４ １ ７ 田
１ ４ ５ ７ １ ６ ７ ６ ． ４ １ ７ ０ ０
准。其中，设计背压 和设计气温是机组最重 要的设计参数 。
略， 确定符合我国国情的空冷系统设计参数不仅
会为电厂带来巨大的经济效益及社会效益。本文
主要探讨空冷系统优化和设计气温、 设计背压等 主要设计参数的确定。
１ ． １ 空冷机组与湿冷机组一致的问题
在湿冷机组设计中明确汽轮机的三种工况： 分别为设计 （ 额定）工况、满发 （ 能力）工况 和最大连续工况。空冷机组同样应对应上述三 种工况来确定机组的背压和气温。
进行优化工作，设计院配合。汽轮机背压值的 确定则由设计院根据具体工程气象条件结合冷 却系统的优化完成。设计院优化确定的汽轮机 设计背压会影响到汽轮机的选型，而汽轮机末 级叶片的长短则反映了汽轮机是否适合该工程 的气象条件。 空冷汽轮机是相对常规湿冷汽轮机而言， 二者的主要区别是由于其尾部排汽冷却所采用 的冷却方式不同，引起尾部运行参数的变化， 从而导致汽轮机结构等设计必须改变。空冷汽 轮机运行的显著特点是背压较高，变幅较大， 变化频繁。为了适应这种特点，需要对其采用 新的先进的技术和方法进行设计，诸如：优选 末级叶片高度， 采用短而粗的新线性末级叶片， 优化高、中、低压缸通流部分，处理好轴系稳 定性、安全 自 动保护问题等。直接空冷汽轮机 就是为适应空气直接冷却排汽所带来的高背压、 大变幅、多频次等特殊要求而设计的一种新型
空冷机组运行中存在的问题及处理措施
直接 空 冷机 组 真 空容 积 庞大 ， 汽 压力 普 遍 比 排
湿冷 机组 高 ｌ ～２ Ｐ 。夏季 环境 温度 高 ， 汽 压 Ｏ ０ｋ ａ 排 力 因环境 温 度 的持 续 升 高而 升 高 ， 为 制约 直 接 空 成 冷机 组带满 负荷 运行 的重要 因素 ， 对机 组 的安 全 、 经 济性 产生极 大 的影响 。可 以采取 以下措 施 防止温 度
降 低 ３ｋ ａ Ｐ 。
ｂ 根 据季 节环 境 特 点 ， 计 安装 空 冷 岛喷 雾 系 ． 设
统 ， 夏季 高 温 时段 带高 负 荷 时 ， 人 空 冷 岛喷 雾 ， 在 投
背 压能够 控制 在 ２ Ｐ ４ｋ ａ以内 ， 使得 机组 带 高负 荷不 受 环境 温度 的限制 。
ａ 空 冷 岛布置是 面南背 北 ， ． 与汽轮 机房 、 炉房 锅
呈 一 字形 排列 ， 自然风 正 对 汽轮 机 房 和锅 炉 房 吹 当
来 时 ， 空冷 岛 背面 与 汽机 房 形成 一 个 巨大 的 尾流 使
区 ， 当部分 的热 汽流从 上到 下倒 流 。 部分热 风 又 相 这
返 回到 风机进 口而使 空 冷 凝 汽器 的 工作 效 率下 降 ，
热 风再 循 环 多数 是 由 自然 环境 因素造 成 ， 常 经
出现 在风 力 ４级 以上 ， 成 热风 再 循环 不 利风 向有 形
以下几个 方 面 。
成 了直 接 空冷 机 组在 结 构 、 热力 系 统及 安 全保 护 等
方 面 与湿 冷机 组 存在 很 大差 异 ， 主要 是 汽轮 机 的低 压 缸 和末 级 叶 片 ， 有 排气 管 、 压通 流 级 数 、 压 还 低 低 回流级 数 、 压轴 承的支 承方 式 、 压保护 装 置等 。 低 背
直接空冷机组存在的问题及其对策初探
空冷 机组 的冷 却极 限 为 环境 干 球 温度 ， 干 球 该 温度 高 于常规 湿 冷机 组 的冷却 极 限—— 湿 球 温度 ， 故空冷 机组 的背压 大 于湿 冷机 组 。湿冷 汽轮机 的额
１ 概 述
近几年 来直接 空冷 机组 在富煤 缺水 的北方 煤矿
定 背压 和夏季满 发背 压分 别 为 ４ ９ Ｐ 和 １。 Ｐ ． ａ ｋ １８ ａ ｋ 左右 ， 空冷汽 轮机 的额定 背压 和 夏 季 满发 背压 分 而 别在 ｌ～ １ Ｐ ３ ８ ａ和 ３ ￣３ Ｐ ， ｋ ０ ５ ａ空冷 机组 的运行 背 ｋ
ａ ｄ ｓ ｍｅ ｃ ｕ ｔｒ ｅ ｓ ｒ ｓ ｈ ｖ ｅ ｎ ｐ ｔｆ ｒ ｒ ． ｎ ｏ ｏ ｎ ｅｍ ａ ｕ ｅ ａ ｅ ｂ ｅ ｕ ｏ ｗａ ｄ Ｋｅ ｒ ｓ ｄ ｒ ｃ ；ａｒ ｃ ｌｄ ｃ ｎ ｅ ｓ ｉ ｕ ｉ ；ｂ ｃ ｒ ｓ ｕ ｅ ｏ ｄ ｎ ｅ ，ａ ｔ ｆｏ ｅ ｏ ｄ ｎ ａ ｅ ｅ ｔｐ ｌｕ ｉ ｎ ｙ ｗｏ ｄ ： ｉｅ ｔ ｉ ｏ ｅ ｏ ｄ ｎ ｅ ｎ ｔ ｓ ａ ｋ ｐ ｅ ｓ ｒ ；ｃ ｎ ｅ ｓ ｒ ｎ ｉ ｒ ｚ ｎ ｃ ｎ ｅ ｓ ｔ ；ｈ ａ ｌ ｔ － ｏ ｏ
直接 空 冷机 组 存 在 的 问题 及 其 对策 初探
高清 林
（ 福建 电 力 职业 技 术 学 院 ， 建 福 泉州 ３ ２０ ） ６ ０ ０
摘
要： 直接 空冷机组具有明显的节水效果， 但也存在诸如汽轮机 的运行 背压 高且 变幅大、 汽器的冷却性能 受环 凝
境的影响 大、 凝汽 器冬季运行时容 易发生冻结、 凝结水溶氧超 标以及热污染等运行 方面的问题 ， 对这些现 象及原 针
论600MW空冷机组空冷系统的设计特点和安装注意事项
论600MW空冷机组空冷系统的设计特点和安装注意事项摘要：陕西省府谷电厂一期（2x600mw）工程位于陕西省北部的府谷县境内，由于地处陕北干旱地区常年缺水，规划容量（2＋4）×600mw机组全部采用空冷机组。
空冷系统采用机械通风直接空冷系统（acc）。
本文介绍了国产600mw空冷机组空冷系统的设计特点和在安装过程中需要注意的问题。
关键词：600mw空冷机组空冷系统设计特点注意问题中图分类号：tm62文献标识码： a 文章编号：abstract: shaanxi province, fugu power plant phase(2x600mw ) project of shaanxi province in the north of fugu county, is located in northern arid areas due to lack water all the year round, planning capacity (2+ 4)× 600mw units all adopt the air cooling unit. air cooling system used in mechanical ventilation of direct air cooling system ( acc ). this paper introduces the domestic 600mw air-cooled condenser system design characteristics and installation problems.key words:600mw air-cooled condenser system design problems陕西德源府谷电厂位处陕西省府谷县北部庙沟门镇，往北距离内蒙古自治区仅不到5公里。
府谷县属半干旱大陆性季风气候，其气候特点表现为冬季寒冷，时间长；夏季炎热，干燥多风，时间短；春季干旱少雨雪，温差大。
空冷汽轮机的额定背压偏差问题及其解决方法
空冷汽轮机的额定背压偏差问题及其解决方法蒋寻寒;陈开锋;阮圣奇【摘要】By analyzing the rule of back pressure changed with weather conditions, it is demonstrated that the rated back pressure has large deviation, thereby cannot represent the actual average back pressure in air-cooled steam turbine, which may significantly affect selection of exhaust area of turbines, resulting in large energy loss that is difficult to reduce by retrofit. It is then pointed out that accumulation of operation status is required to solve this problem. For that reason, the rated back pressure is proposed to be raised by 50% as an estimate value of the average back pressure and the basis of optimized selection for turbine exhaust area. After this optimization, the energy consumption rate can be reduced by 0.8%, which is of much significance for the related issue.%通过分析背压随环境条件的变化规律,指出空冷汽轮机存在额定背压普遍偏差较大、不能准确代表实际平均背压的问题,这直接影响了排汽面积的优选,导致能耗增加,造成大量损失,且难以通过技术改造加以解决.指出为解决这个问题,需要积累运行数据,在此之前,可以直接将额定背压增加50%,作为平均背压的估计值和汽轮机排汽面积优选的依据.由此优化低压缸配置,可以降低机组能耗0.8%左右,有很大的实际意义.【期刊名称】《热力透平》【年(卷),期】2017(046)001【总页数】4页(P19-22)【关键词】空冷汽轮机;背压;节能【作者】蒋寻寒;陈开锋;阮圣奇【作者单位】中国大唐集团科学技术研究院有限公司华东分公司,合肥 230031;中国大唐集团科学技术研究院有限公司华东分公司,合肥 230031;中国大唐集团科学技术研究院有限公司华东分公司,合肥 230031【正文语种】中文【中图分类】TK267国内湿冷汽轮机的冷端设计有很多问题 [1-3]，会增加机组运行能耗。
东方空冷600MW两排汽汽轮机的设计
２ １年 第２ ０ Ｏ 期
圣汽 言 扮 Ｉ
ＤＯＮＧ Ｆ ＡＮＧ ＴＵＲＢＩ ＮＥ Ｉ
赵 世 全
（ 东方汽轮机有 限公 司，四川 德 阳，６ ８ ０ ） １０ ０
摘 要 ：在我国西北地区由于水资源严重短缺，而这些地区又富产煤，在我国以煤电为主的能源结构情况下，大力发展
空冷 机组 是一条 必 由之 路 。国家 已将 建设 大型 空冷 电站列 入 “ 一五 ”规划纲 要 。我 国空冷技 术在２ 世 ６ 年代 开始起 十 Ｏ Ｏ 步，经过 多年 的发展 ，在各个 方面均取得 了丰硕 的成 果，特别是在 空冷汽轮机 的设计方 面积 累 了丰 富的经验 ，同时随着 国家对节 能环保 要求 的进一 步提 高，开发 高参 数、大 容量 的高效 空冷汽轮 机 已到 了水到渠 成的 时候 。该文就大 型 空冷
ｓ ｔ ｏ ｅｎ ｎ ｅ ｅｏ ｇ ｃ ｌ ｉ－ｏ ｌｎ ｔａ ｔｒ ｉｅ ． ｓ ａｃ ｉｇｏ ｉ－ｏ ｌ ｇｓｅ ｍ ｂｎ ｅ ｈ ｏｏ ｓｓａｔｄ ｔ ｅｇ ｖ ｒｍｅ ｔｏｄ ｖ ｌｐｌ ｅｓ ａｅａｒｃ ｏｉｇｓｅ ｍ ｂｎ ｓ Ｒｅ ｅ ｈｎ ｎａｒｃ ｏｉ ｔａ ｔ ｉｅｔｃ ｎ ｌｇ ｗａ ｔｒｅ ａ ｔ ｒ ａ ｕ ｒ ｎ ｒ ｕ ｙ
ｏ ｉ ｃ ｏｉｇ６ ０ Ｗ ｔａ ｔｒ ｉｅ ｆｃ ｓｎ ｎｔｅｔｐ ｆ ｎ ｔｔｅｃ ｐ ｃｔ， ｆ ｃｅ ｃ ，ａｔｓａ ｅｂ ａ ｅ ｅ ｈ ｕ ｔ ｅ ｉｅ ｓ ｓｅ ｆａｒ ｏ ｌ － ｎ ０Ｍ ｓｅ ｍ ｕｂｎ ， ｏ ｕ ｉ ｇｏ ｈ ｙ ｅｏ ｕ ｉ， ａ ａｉ ｅ ｉｎ ｙ ｌｓ ｔｇ ｌｄ ， ｘ ａ ｓ ｄ ｖｃ ， ｙ ｔｍ ｈ ｙ ｉ
空冷机组技术经济及存在问题浅析
占地少 ，基 建 投 资 相对 少 等 特 点 ，在 我 国得 到 了
广泛 应用 。
２ 空冷机组 的节水性分析
６０ Ｗ 空 冷 机 组 比 湿 冷 机 组 少 耗 水 量 约 ０Ｍ １０ ｔｈ左右 见表 ｌ ２０／ ，统计 数据 按 多工 程设 计 耗 水 量加 权 平 均 得 出 ） ，如 按 全 年 运 行 ６０ ００小 时 计 ， 水 费按 ０５ ． ｔ（ 地 下水 和地 表 水 ）计 算 ，则 按 ６０ Ｗ 空 冷 机 组 全 年 比湿 冷 机 组 少 耗 水 费 用 为 ０Ｍ １０ ０５・ ００＝ ６ ２０・ ． ６０ ３０万 元 ；当采 用 城市 中水 为 电厂水源 时 ，其水 质 不 能 满 足 电厂 的用 水 水质 要
表 １ ６０ ０ ＭＷ 发 电机组湿冷 、空冷耗水 指标 表 （ 多工 程设计平均耗水量统计 ） 按
３ 直 接 空冷 机 组 的热 经 济 性 分 析
１ Ｔ ）ＩＤ值 的确 定 ：ＩＤ称 为 初 始 温 差 。对 于 Ｔ
收 稿 日期 ：２ ０ ０ ０ ０ ７— ４— ５
直 接空冷 系 统 ，ＩＤ值 的定 义 是 汽 轮 机 排 汽 压 力 Ｔ 的饱 和蒸 汽温 度 与 环 境 空气 干 球 温 度 之差 。直 接 空 冷系统 汽 轮机 的排 汽 背 压 可 由设 计 气 温 与 优 化
中间冷却剂 ，一次为蒸汽和冷却水之间在混合式
凝汽 器里 换热 ，一 次 为 冷却 水 和 空 气 之 间 在 空冷 塔里 换热 。 ３ ）表 面 式 凝 汽 器 的 间接 空 冷 系 统 排 汽 与 冷 却水 之 间 的热 交 换 是 在表 面 式 凝 汽 器 里换 热 ，两
次换 热均 为表 面式 ，所 以其换 热效 率低 于海 勒 系统 。 上述 三 种空 冷 系统 在 我 国 均 有应 用 ，其 中直 接 空冷 系统 以其设 备少 ，系统 简单 ，防冻性 能好 ，
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空冷汽轮机设计的几个主要问题
摘要：空冷汽轮机设计和湿冷汽轮机设计在设计上存在着较大的差别，这是因为空冷汽轮机具有背压压值高、背压波动范围大和背压变化频繁等特点。
本文通过阐述汽轮机设计中空冷方案与湿冷方案的差别，并且就空冷汽轮机空冷方案设计的特点进行分析，最后就空冷汽轮机设计中容易出现的几个主要问题进行研究，旨在为大型空冷汽轮机的设计提供参考意见。
关键词：空冷汽轮机设计；方案；主要问题；参考意见
引言
空冷汽轮机是当前电厂运用较多的汽轮机组，空冷汽轮机与湿冷汽轮机是由于其凝汽式汽轮机的冷却方案不同，两者在结构上有不少类似之处。
因此在进行空冷汽轮机设计设计的时候要充分结合湿冷汽轮机的结构特点以及设计要求，制定出科学的措施去解决空冷汽轮机设计中的主要问题，优化空冷汽轮机的设计。
1.空冷方案与湿冷方案的原始差别
对于很多设计方案来说由于共同技术目标都是一致的，因而很多技术方案的大部分内容都是相同的，真正的原始差别往往只有一点而已，但是这一点就导致了技术方案之间的差距。
对于汽轮机的设计方案来说，空冷方案与湿冷方案的原始差别主要集中在排热方式上。
对于空冷方案采取的是闭合散热方式，而湿冷方案采取的则是开放散热方式，正是因为空冷方案与湿冷方案的散热机理不相同才导致两种方案有着较大的差别。
由于空冷汽轮机的散热方式是通过闭合方式通过金属管壁将热量排放到空气中，因此环境压力产生的汽轮机背压与大气干球温度有着直接的关系；而对于湿冷汽轮机来说，通过水循环系统与空气之间进行直接的热量交换，通过水的蒸发吸热将汽轮机中的热量排放出去，这种情况下汽轮机的背压与湿球温度直接相关。
因此在相同的内部参数控制以及环境的影响之下，空冷汽轮机组的背压比湿冷汽轮机组要大很多，因此带来的能量损耗也较大。
对于空冷汽轮机组没有相应的温度补偿功能，导致其背压变化范围大且变化频繁，当环境温度以及风力发生变化的时候，空冷汽轮机组背压也随之发生变化；而对于湿冷汽轮机组来说其具有湿球温度变化系统，当大气温度发生变化的时候，水蒸气的蒸发量也随之发生变化。
湿冷机组背压变化主要受季节影响，因此其背压变化幅度也较小。
2.空冷方案的几个特点
与湿冷方案相比，由于空冷方案采取的是闭合的散热方式而湿冷方案采取的是开放式的散热方式，因此空冷方案主要有以下几个特点。
2.1节约水资源
以一台的湿冷汽轮机为例，每年消耗的水资源超过两千万吨，其中湿塔耗水约一千五百万吨。
而根据空冷方案的理论分析可知，空冷散热过程中基本不消耗水，因此空冷方案比湿冷方案节水能力要强。
2.2成本投入高
与湿冷方案相比，空冷方案采取的是通过金属管与空气之间形成热交换，进而将汽轮机内部的热量传递出去。
因此空冷方案前期建设的空冷塔比湿冷方案的湿冷塔要大很多，其冷却用的金属材料消耗也较多。
空冷方案的前期投入约为湿冷塔的3-5倍。
再加上其他后期配套设施的建设以及日常的冷却系统设施维护，空冷方案成本投入高。
2.3有利于环境保护
由于空冷方案采取的是金属管与空气之间形成热循环，进而将热量传递出去。
因此空冷方案不会产生雾团状的气体，因此不会产生较大的气体污染。
同时空冷方案不产生循环水富盐污水排放，从而避免通过水循环将发电厂产生的废气物中的有毒有害物质散到环境中，从而起到保护环境的作用。
3.空冷汽轮机设计的几个主要问题
3.1设计背压与最佳末叶高度的确定
如果空冷系统配置的末级叶片长度过小，那么就会使得机组运行过程中排气口压力过大，降低空冷汽轮机组的工作效率；而如果空冷系统装置的末级叶片长度过大，这不但增加了经济成本，虽然能够保证夏季高温处于满发状态，但是同时也会增加了空冷汽轮机组的防冻难度。
末级叶片在复杂的工况下运行时，会产生较大的背压变化。
尤其是在高背压、低流速的流量状态下运行时候，那么汽轮机的动不定性就会大大增强，动应力也会大幅增加，严重影响末级叶片的稳定性。
因此尽管空冷汽轮机的末级叶片在理论设计上已经满足强度等方面的要求，但是还需要根据更加苛刻的背压要求来优化整体设计。
在进行背压与最佳末叶高度确定过程中，要根据哈蒙系统进行优化设计，对于背压对应下的饱和温度、大气干球温度以及额定流量下空冷系统初始端差进行合理分析计算。
3.2低压轴承布置
空冷机组排汽温度高且变化幅度大，如果采用传统的轴承就会使得系统运行轴线发生抬高现象。
再加上汽轮机背压较高且背压变化频繁，这就对于空冷汽轮机低压缸的中心轴线的稳定以及轴线的标高产生较大的影响。
因此为了改善这一情况，低压缸多采用落地式轴承来代替传统轴承。
但是低压轴承会带来轴向开档尺寸变大，因此需要一端与汽缸柔性联接，另一端与低压轴承箱刚性联接。
3.3背压监视与自动保护
空冷机组末端工况变化范围大且性质严重，因此需要对于汽轮机不同的运行状态进行背压监视与自动保护。
从汽轮机末端安全运行讲，应主要监视背压
峰值，避免末叶受到的动应力过大。
保证监视排汽温度不过高，从而避免排汽端过热。
保证空冷机组末端工况在安全、满发、经济运行三个运行环境下能够保持最优的运行状态，引入背压自动保护及负荷自动增减系统。
当系统的背压超出警戒线，就会自动调节负荷，使其返回到最优工作点。
4.结语
火力发电是当前我国主要的发电方式之一，由于我国煤资源丰富的地区基本上都处于缺水状态。
而空冷汽轮机与湿冷汽轮机相比能够有效应对缺水以及气候寒冷等问题，为了更好地促进空冷汽轮机的应用，因此要根据空冷汽轮机热力、结构、强度、气动等特点设计出高质量的设计方案，促进我国工业的快速发展。
参考文献：
[1]白建云，邵加晓，侯鹏飞.600MW直接空冷机组背压控制策略的设计及优化[J].电站系统工程，2011.
[2]王佩璋.国产600MW直接空冷汽轮机组设计中的一些问题[J].电力建设，2005.。