空冷凝汽式汽轮机发展概况

空冷系统简介1 空冷系统简介1.1 空冷技术方案介绍在火力发电厂中采用的空冷系统形式有：直接空冷系统、混凝式间接空冷系统、表凝式间接空冷系统。

直接空冷系统是将汽轮机排汽由管道送入称之为空冷凝汽器的钢制散热器中，直接由空气冷却。

混凝式空冷系统由于有水轮机和喷射式凝汽器等系统设备，设备多系统复杂，使得整套系统实行自动控制较难；而表凝式间接空冷系统与常规的湿冷系统比较接近，也是通过两次换热，以循环冷却水作为中间冷却介质，循环冷却水由水泵加压后，进入凝汽器冷却汽轮机排汽，热水进入自然通风冷却塔由空气冷却。

表凝式间接空冷系统与湿冷系统不同之处是在冷却塔内（外）布置着钢（铝）制散热器，热水与空气不接触，进行表面对流散热。

直接空冷系统直接空冷系统主要由排汽装置、大排汽管道（包括大直径膨胀节、大口径蝶阀等）、钢制空冷凝汽器、风机组（包括轴流风机、电动机、减速机、变频器等）、凝结水系统、抽真空系统（包括水环式真空泵）、清洗系统等设备构成。

空冷凝汽器布置在汽机房A列外的高架空冷平台上。

直接空冷系统是将汽轮机排出的乏汽，通过排汽管道引入钢制空冷凝汽器中，由环境空气直接将其冷却为凝结水，多采用机械通风方式。

其特点是：设备较少，系统简单，调节灵活，占地少，防冻性能好，冷却效率高；直接空冷受环境风的影响较大，运行费用较高，煤耗较大，风机群产生一定噪声污染，厂用电较高。

表凝式间接空冷系统表凝式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。

该系统主要由表面式凝汽器与空冷塔构成，采用自然通风方式。

表凝式间接空冷与直接空冷相比，其特点是：冬季运行背压较低，所以煤耗较低；由于采用了表面式凝汽器，循环冷却水和凝结水分成两个独立系统，其水质可按各自的水质标准和要求进行处理，使水处理系统简单、便于操作；表凝式间接空冷塔基本无噪声，满足环保要求；空冷塔占地大，冬季运行防冻性能较差。

空冷凝汽器简介摘要：建设一座湿冷电站的耗水量可以建设4-10座同容量空冷电站，可减少发电厂补水量的75%；空冷（简称ACC）根据蒸汽冷凝方式不同可分为直接空冷和间接空冷两种，其中间接空冷又分为海勒式间接空冷和哈蒙式间接空冷。

直接空冷的工作原理是将汽轮机排汽缸的乏汽通过管道引至空冷凝汽器中被空气冷却，而成为凝结水。

空冷设备主要有散热器、轴流风机等。

一般轴流风机的负荷调节范围为额定负荷的0％～110％。

关键词：空冷凝汽器（Air Cooling Condenser），节水，环保，直接空冷，环境温度，顺流区，逆流区，翅片管，轴流风机，凝结水温，溶氧量。

我国北方地区气候比较干旱,水资源十分宝贵，特别是我厂所处的地理位置是在毛乌素沙漠边缘地带，煤炭资源丰富缺水现象严重。

此外，环保方面也对冷却水的排放提出了更为严格的要求。

而空冷机组因其卓越的节水性能而备受青睐, 建设一座湿冷电站的耗水量可以建设4-10座同容量空冷电站，可减少发电厂补水量的75%。

所以考虑到我厂的实际情况，在扩建的三期工程2×135MW汽轮发电机组中采用直接空冷来代替湿冷，在此我简单介绍一下空冷的一些概况。

空冷（简称ACC）根据蒸汽冷凝方式不同可分为直接空冷和间接空冷两种，其中间接空冷又分为海勒式间接空冷和哈蒙式间接空冷。

在此主要介绍直接空冷，直接空冷是指汽轮机排汽通过大直径排汽管引至空冷器由冷空气直接冷却，热交换发生在空冷器中。

直接空冷在国外最早是在20世纪30年代末德国的鲁尔煤矿坑口电厂，而在国内最早是20世纪60年代，但是真正发展应用是在近一两年内才出现的，主要有山西榆社、神二、大二、漳三、古交、河曲、大唐云冈等单机容量为300MW－600MW的电厂。

与常规的湿冷相比，其厂址选择自由度大、节水、环保、负荷可调、空气流量调节灵活简单，管内积垢少，管道腐蚀小，无泄漏危害，无需水质处理等优点。

但空冷系统庞大，厂用电消耗较湿冷大，特别是在启动机组时抽真空困难，启动时间长，真空较低，传热系数小，背压较水冷机组高等缺点。

关于超临界350MW空冷双抽凝汽轮机的调研汇报(浙能新疆阿克苏电厂项目筹建处工程技术部 2013/1/24)概述根据集团公司工程部的安排，哈电、东电二大电站主设备制造集团于2012年11月初来杭州，分别就超临界350MW空冷双抽凝汽轮机的技术特点并结合新疆阿克苏纺织工业城热电厂工程的要求作了专题介绍。

阿克苏纺织工业城热电厂筹建处相关技术人员在汽轮机、锅炉、发电机三大主机标书编制过程中，由筹建处主任助理徐胜飞带队分别于2012年12月26日、2013年1月8日～18日赴上电集团公司、哈电集团公司、北京北重汽轮电机公司、东电集团公司（此四个公司，以下简称四大主机厂）就主设备及其主要附属设备的技术要求、交货进度、大件运输等相关情况进行了调研，各专业在调研过程中与各大主机厂专业人员进行了交流并收集了相关资料。

电厂筹建处工程技术部汽机专业就四大主机厂汽轮机的有关情况进行了分析，概括了以下几点主要内容，纯属个人观点，敬请指正。

四大主机厂均具有超临界350MW空冷双抽凝汽轮机的业绩或技术储备，东汽、哈汽、北重分别提供了一批热平衡图，通过对这些热平衡图的分析，发现由于它们各自设置的边界条件不是很一致，因此也只能作为参考，但是该类型汽轮机在采暖工况下主要技术（性能）参数要比亚临界300MW供热机组领先很多，甚至比超临界600MW发电机组也要略有领先，因此在适宜地区适量建设一批超临界350MW抽凝汽轮机的“热电联产”工程，完全符合国家产业政策，并具有鲜明的时代特征，代表着先进、发展的方向。

四大主机厂针对浙能阿克苏纺织工业城热电厂所做的供热方案几乎一致，即工业抽汽由汽轮机四段抽汽提供、采暖抽汽为中压缸排汽提供，工业抽汽压力及流量由中压缸次末级加装的旋转隔板调节控制，采暖抽汽压力流量由中低压缸联通管上加装的蝶阀调节控制。

这样的供热方案，完全满足阿克苏纺织工业城热电厂工程的要求，是可行的。

四大主机厂采用的高参数旋转隔板在材料选择、制造工艺、执行控制机构等方面各具特色，相比于国内外在较早时期中小容量抽凝汽轮机配置的低参数旋转隔板，则完全不可同日而语的。

汽轮机技术研究现状及发展趋势展望摘要：在电力生产的过程当中，汽轮机发挥了重要的作用，它可以将热能转化成为机械能，为生产活动提供便利的条件。

除了在发电站使用之外，汽轮机还被广泛地应用于工业生产领域，是我国经济建设过程当中的重要产能，反映出了国家机械制造的整体水平。

但在实际应用的过程当中，汽轮机经常会出现故障，减少故障发生的可能性、扩大应用范围是汽轮机技术未来的发展趋势。

本文运用文献分析法，对汽轮机技术的研究现状进行了总结，并在这个基础上探究了汽轮机技术未来的发展趋势。

关键词：汽轮机技术；研究现状；发展趋势一、汽轮机技术研究现状（一）通流部分设计技术为提高汽轮机的性能，除了要提高蒸汽参数和末级叶片的长叶片化外，还要减少汽轮机内部各种损失，包括型面损失、二次流和端部损失、排汽损失、漏气损失等，也是提高效率的重要因素。

各科研院所都开展了相关工作，包括计算和试验减少整个汽轮机中的叶型损失，可有效地减少总体损失，而二次流损失在低展弦比（叶高与弦长之比）的级中具有明显性，即高压和中压缸的前几级更显突出，漏气损失在高压和中压缸的进汽区域也相对高一些。

汽轮机中的流动完全呈三维的特点，特别是低展弦比的短叶片级。

为了有效地减小二次流的损，失目前各制造公司普遍采用叶片弯曲或扭弯的技术，有效控制反动度、流量沿叶高的分布规律，以达到降低叶栅的二次流损失，减少隔板漏气和动叶顶的漏气，增加级的做功能力在通流部分计算中普遍采用计算流体动力学（CFD），其能有效地数值求解各种边界条件下的流体动力学方程。

（二）长叶片增加单机功率和提高电厂效率，还与增高末级叶片密切相关。

随着汽轮机的大型化，汽轮机末级通过的蒸汽流量也随之增大，为了高效地将蒸汽流量的热能转化为机械功，需要更长的末级叶片。

末级叶片长度的限度，应考虑离心力的增加、蒸汽流速的增加、固有频率的降低、流动的三元特性，离心应力强度和振动特性方面需要更先进的技术。

长叶片化除可增大单机容量，提高效率外，还可使汽轮机紧凑化。

电厂汽轮机空冷系统优化及节能降耗研究摘要：由于电力用户日益增多，电站面积不断扩大，发电机组内部结构的完善改变，汽轮机已成为电站主要的电气设备之一，其运行过程也变得更加复杂化。

汽轮机真空度是衡量汽轮机组运行效果的核心指标，真空系统的严密性则是影响汽轮机真空的重要因素。

受凝汽器真空严密性差的影响，某电厂汽轮机组负荷逐年下降。

文章结合该电厂汽轮机空冷系统运行现状，探寻电厂汽轮机空冷系统的优化方法，以期进一步降低汽轮机单位发电煤耗，促进电厂节能降耗目标实现。

关键词：汽轮机；空冷系统；节能降耗引言由于科技的前进和发展，汽轮机设备在火力发电机中的应用越来越广泛，它是火电机组的三个主要组成部分之一。

因此，如何优化汽轮机的运行方式，以确保其有效、平稳和安全的运行，对于进一步提高电站的质量和增大发电量都是必不可少的。

汽轮机运行问题不仅会影响发电机设施的运行状态，降低经济性，还会对安全构成严重威胁。

因此，进一步优化汽轮机空冷系统的节能降耗研究是十分必要的，它不仅能够进一步提高发电效率，还能够增大发电量，从而为电站的长期发展提供有力的支撑。

1汽轮机的构成及工作原理介绍汽轮机是电站的重要机械设备，它的运行状况影响着电站的发展。

从结构上来看，汽轮机主要由两方面组成：第一方面是转动部分，也就是叶轮组成部分，由叶轮、电机、动齿轮和联轴器等构造；第二部分是静止组成部分，由汽缸、隔板、进气部门、汽封和轴承等构造。

汽轮机的运行受到两大部分因素的影响。

汽轮机是一种运用蒸汽的能量来进行运转的机械设备，它依靠将能量转化为机器能来完成运转。

在整体过程中，汽轮机的工作原理有两种：首先，它依靠冲击来形成动能。

当高速蒸汽流过由动叶子组成的气道时，它的流淌方位会发生变化，这些改变会形成冲动能，进而推进叶轮运转，进而完成机器工作。

其二，在汽轮机运行时，蒸汽会在气道内扩张并增加，这样巨大的气体会形成反作用力，进而推进叶轮形成机器功[1]。

2电厂概况某电厂在2010年投入运行，现已运行多年，空冷系统对机组负荷的影响日趋明显。

600MW直接空冷汽轮机乏汽供热改造运行分析摘要：本文介绍了华能上安电厂600MW超临界直接空冷机组供热系统改造后机组运行中所出现的问题，并针对问题进行了相关总结，根据运行经验提出了一些解决的办法及优化调整的方式关键词：超临界；直接空冷；供热乏汽改造；汽机安全；0 引言近年来，电力生产企业形势严峻，各电厂都在开拓新的发展思路，随着我国环保治理力度上升，城市集中供暖大机组化成为一种趋势，电厂供热的改造是电厂转型求发展的一种重要手段，本文重点对上安电厂#6机组供热改造后运行调整及出现的问题进行了总结和分析。

1 系统改造华能上安电厂#6机采用的是东方汽机厂生产的NZK600-24.2/566/566型超临界一次中间再热三缸四排汽单轴直接空冷凝汽式汽轮机，空冷岛部分为8排7列风机运行，本次6号机组供热改造分为两个部分，一是中低压缸连通管打孔抽汽供热改造；二是利用原有尖峰凝汽器进行乏汽回收改造。

#6汽轮机在中低压缸连通管打孔抽汽，连通管上设调节蝶阀，供热抽汽管径为ф1220x16，供热抽汽管道材质为Q245R。

额定抽汽量500t/h，蒸汽参数1.0MPa、349.8℃，供热抽汽管道上先后设置安全阀、气动止回阀、抽汽快关调节阀、电动隔离阀,在止回阀前布置安全阀排气管道，低压缸末级及次末级叶片未进行改型，热网疏水经原疏水管道分支至6#机组排汽装置，管道上先后设置电动门、调节门及冲洗排污门。

#6机乏汽供热改造利用原5000平图 1 #6机抽汽供热系统画面方米尖峰凝汽器,在供热循环水流量15000 t/h情况下最大可回收约260t/h乏汽余热。

热网供热循环水管道对接至原尖峰冷却循环水管道，冬季供热时与尖峰冷却循环水隔断封堵，走热网供热循环水；夏季时与热网供热循环水隔断封堵，走尖峰冷却循环水，管道上设置电动隔离门及排空气门。

图 2 #6机乏汽凝汽器系统画面2 系统运行方式2.1 加热系统#6机供热抽汽自汽机中、低压连通管引出并与#5机组抽汽管道合并进入一根抽汽母管，通过供热抽汽母管进入热网首站，正常带两台加热器并带两台汽动循环泵小汽机，设计流量600 t/h常规抽汽运行，正常运行中可选择机组或者双机并列抽汽运行。

汽轮机直接空冷系统概述直接空冷系统亦称为ACC(Air Cooled Condencer) 系统，它是指汽轮机的排汽引入室外空冷凝汽器内直接用空气来将排汽凝结。

其工艺流程为汽轮机排汽通过大直径的排气管道引至室外的空冷凝汽器内，布置在空冷凝汽器下方的轴流冷却风机驱动空气流过冷却器外表面，将排汽冷凝为凝结水，凝结水再经凝结水泵送回汽轮机的回热系统。

直接空冷机组原则性汽水系统1—锅炉； 2—过热器； 3—汽轮机； 4—空冷凝汽器；5—凝结水泵； 6—凝结水精处理装置；8—低压加热器；9—除氧器； 10—给水泵； 11—高压加热器；12—汽轮机排汽管道；13—轴流冷却风机； 14—立式电动机；15—凝结水箱； 17—发电机直接空冷系统的空冷岛部分直接空冷系统的特点直接空冷系统是将汽轮机排出的乏汽，由管道引入称之为空冷凝汽器的钢制散热器中，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。

该系统的主要特点还有：1、自然界大风的影响比较严重。

在夏季，自然气温普遍较高，如在这一时段再受到自然大风的影响，必然对机组的运行产生影响。

各电厂在夏季高温段遇到外界大风时，均有不同程度的降负荷现象，特别是山西漳山电厂、大一电厂、大二电厂在夏季高温时段皆因受到大风的影响，出现过机组跳闸现象。

自然大风影响是一个世界性难题，对直接空冷机组影响是很大的。

但是，自然大风的影响又是很难人为克服的。

因此，大一电厂在厂房顶部安装了测风装置采集数据，准备在进行相关数据分析的基础上，做出空冷机组应对自然大风的预案，尽量将因大风影响造成的损失降至最低。

榆社电厂、漳山电厂也准备采取同样的措施。

这种方法是否行之有效，还有待进一步探讨。

2、机组的真空系统严密性是一个普遍存在的问题。

特别是有一个奇怪的现象，就是有些电厂在机组刚投运时，空冷系统的严密性较好，但通过运行一年半载后，出现了反常现象。

由于空冷机组的真空容积庞大，汽轮机泄漏、安装焊接等原因，都会在很大程度上影响真空系统的严密性，致使机组背压提高，增大了煤耗，降低了机组带负荷的能力。

1空冷系统简介空冷技术方案介绍在火力发电厂中采用的空冷系统形式有：直接空冷系统、混凝式间接空冷系统、表凝式间接空冷系统。

直接空冷系统是将汽轮机排汽由管道送入称之为空冷凝汽器的钢制散热器中，直接由空气冷却。

混凝式空冷系统由于有水轮机和喷射式凝汽器等系统设备，设备多系统复杂，使得整套系统实行自动控制较难；而表凝式间接空冷系统与常规的湿冷系统比较接近，也是通过两次换热，以循环冷却水作为中间冷却介质，循环冷却水由水泵加压后，进入凝汽器冷却汽轮机排汽，热水进入自然通风冷却塔由空气冷却。

表凝式间接空冷系统与湿冷系统不同之处是在冷却塔内（外）布置着钢（铝）制散热器，热水与空气不接触，进行表面对流散热。

1.1.1 直接空冷系统直接空冷系统主要由排汽装置、大排汽管道（包括大直径膨胀节、大口径蝶阀等）、钢制空冷凝汽器、风机组（包括轴流风机、电动机、减速机、变频器等）、凝结水系统、抽真空系统（包括水环式真空泵）、清洗系统等设备构成。

空冷凝汽器布置在汽机房A列外的高架空冷平台上。

直接空冷系统是将汽轮机排出的乏汽，通过排汽管道引入钢制空冷凝汽器中，由环境空气直接将其冷却为凝结水，多采用机械通风方式。

其特点是：设备较少，系统简单，调节灵活，占地少，防冻性能好，冷却效率高；直接空冷受环境风的影响较大，运行费用较高，煤耗较大，风机群产生一定噪声污染，厂用电较高。

1.1.2 表凝式间接空冷系统表凝式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。

该系统主要由表面式凝汽器与空冷塔构成，采用自然通风方式。

表凝式间接空冷与直接空冷相比，其特点是：冬季运行背压较低，所以煤耗较低；由于采用了表面式凝汽器，循环冷却水和凝结水分成两个独立系统，其水质可按各自的水质标准和要求进行处理，使水处理系统简单、便于操作；表凝式间接空冷塔基本无噪声，满足环保要求；空冷塔占地大，冬季运行防冻性能较差。

1. 1 21 3.23.1 23.223.324. 24.124.234.3 44.4 64.5694.7 95. 96 117 117.1 11127.3 14 8181.240+9622673+3+1538538273.13.3.13.20.0073.34.4.14961 264.26156 565656 5664.312341231234.41211 2291456124.54.715 01>-⨯e k N P C 02<-⨯e k N P Ck P e N1C 2C5.3212121221 120.10.2NZK600-16.7/538/538型汽轮机介绍资料6 气动部分（见专题报告“三缸600MW汽轮机全三维叶片开发设计”）7 力学分析7.1 高中压外缸力学分析高中压外缸的的材料为ZG15Cr2Mo1,材料的屈服强度为275MPa，分析的最大应力为237Mpa，最大应力处的温度为333.4度。

图7-1高中压外缸应力云图高压1级高压2级高压3级高压4级高压5级高压6级高压7级高压8级导叶型线 2.5241 2.5242 2.5242 2.5242 2.5242 2.5242 2.5249 2.5249h静叶高m 0.091 0.102 0.114 0.123 0.133 0.146 0.141 0.157 datp压差MPa 0.909 0.643 0.584 0.538 0.498 0.445 0.494 0.435 Nb静叶只数68 82 80 68 82 80 64 64Dm静叶平均直径m 1.04 1.06 1.07 1.07 1.08 1.087 1.076 1.092 xgmd进汽边叶顶应力MPa 1.14 3.55 -0.38 -0.19 -0.42 -0.81 -1.26 -7.45 xgmd1出汽边叶顶应力MPa -38.20 -43.01 -43.50 -37.66 -33.32 -28.80 -22.71 -31.13 xgmg进汽边叶根应力MPa 122.09 152.39 162.83 163.35 164.42 163.81 148.71 166.13 xgmg1出汽边叶根应力MPa 8.00 11.58 15.26 10.62 7.28 3.92 -32.51 -21.40工作温度505.5 487.2 469.3 451.1 432.9 414.8 398 377许用应力MPa126.75 154.2 181.05 212.35 247.2 278.17 290.14 294.29 焊缝应力MPa76.17 44.85 45.49 39.37 34.84 30.13 53.76 71.2焊缝许用应力MPa97.22 117.80 136.61 161.79 186.57 213.30 239.07 268.29高压9级中压1级中压2级中压3级中压4级中压5级中压6级导叶型线 2.5249 2.5230 2.5230 2.5230 2.5230 2.5230 2.5230h静叶高m 0.171 0.143 0.160 0.18 0.20 0.23 0.265datp压差MPa 0.402 0.422 0.310 0.267 0.232 0.210 0.174Nb静叶只数64 68 70 70 70 72 74Dm静叶平均直径m 1.104 1.313 1.326 1.344 1.357 1.387 1.419xgmd进汽边叶顶应力MPa -7.23 -0.87 -0.1 -0.56 -0.32 -0.65 -0.33xgmd1出汽边叶顶应力MPa -28.85 -9.17 -10.86 -9.64 -7.16 -7.10 -5.13xgmg进汽边叶根应力MPa 173.91 67.13 65.92 67.68 67.34 75.43 76.10xgmg1出汽边叶根应力MPa -26.1 -4.8 -3.96 -4.27 -5.79 -6.23 -7.45工作温度356.3 538.2 508.8 478 446.4 413 377许用应力MPa297.60 87.79 121.8 168 221.03 281 294.29焊缝应力MPa65.85 57.21 68.85 60.54 45.08 44.31 32.16 焊缝许用应力MPa271.60 69.84 93.46 127.29 167.94 216.00 268.297.366 49轴承号轴承直径（cm）轴承有效宽度（cm）轴承类型轴承比压（MPa）轴承支反力（N）轴承静态标高（mm）Brg1 40.5 25.0 四瓦可倾 1.503 152225.2 13.17 Brg2 40.5 28.5 四瓦可倾 1.517 174778.0 3.55 Brg3 48.26 35.56 四瓦可倾 1.751 300718.2 2.50 Brg4 48.26 35.56 四瓦可倾 1.738 298489.6 0.33 Brg5 48.26 35.56 四瓦可倾 1.738 298489.6 0.00 Brg6 48.26 35.56 四瓦可倾 1.772 304677.2 0.30 Brg7 50.0 40.54 可倾瓦 1.696 344120.2 0.49 Brg8 50.0 40.54 可倾瓦 1.600 324957.0 11.14 Brg9 30.48 12.7 可倾瓦0.359 12851.1 17.72 7.3.3 轴系临界转速计算表7-2 武乡三缸空冷600MW汽轮发电机组轴系无阻尼临界转速（单位：r/min）振型高中压转子低压I转子低压II转子发电机转子一阶1703 1634 1656 780二阶3907 3867 3596 2073 判别准则：国产机组避振要求：临界转速避开额定转速±15%，西屋公司避振要求：过去是用临界转速避开额定转速±10%，同时考核不平衡响应。