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汽轮机排汽（乏汽）为什么要冷却？

乏汽冷凝是为了产生真空，降低汽轮机排汽压力，提高汽轮机进汽和排汽的压力差，从而提高效率。如果是低压蒸汽不冷凝，直接送入锅炉，那需要耗费很大的压缩功。水可视为不可压缩流体，因此给水泵只需要很小的功（小到相对于汽轮机的膨胀功几乎可以忽略）就可以把水的压力打上去而进入锅炉。从朗肯循环的角度看，根据热力学第二定律，不存在单一热源的永动机。

汽轮机排汽（乏汽）冷却系统大体分两类，空冷机组和湿冷机组。

湿冷机组如下图所示，汽轮机排汽由循环水冷却，凝结成水，由凝结水泵送至除氧器。受热后的循环水送至湿冷塔，被空气冷却后（混合式换热），再由循环水泵送往凝汽器。优点是背压低，但耗水量大。

图 湿冷机组示意图

空冷系统（air coolde condenser，ACC），又称为空气冷却系统，它是一种以节水为目的的大电厂冷却技术，是一种以空气取代水为冷却介质的冷却方式，是指汽轮机的排汽直接进入空冷凝汽器用空气来冷凝，空气与蒸汽进行表面式换热，所需的冷却空气通常由机械通风或自然通风方式供应，其冷凝水由凝结水泵排入汽轮机组的回热系统。空冷系统是发电厂汽轮发电机组安全经济运行的一个重要组成部分，它能够自动、快速、高效的“运行”，且运行过程对环境无污染。

采用空冷系统的汽轮发电机组简称为空冷机组。根据理论计算和实测结果，与同容量湿冷机组相比，空冷机组冷却系统本身可节水97%以上。全厂性节水约65%，即相同数量的水，可建设的空冷机组比湿冷机组的规模大三倍。所以，空冷机组是“富煤缺水”地区或干旱地区建设火力发电厂的最佳选择。

空冷系统分类

用于乏汽冷却的空冷系统主要有3种，即直接空冷系统、带喷射式凝汽器的间接空冷系统和带表面式凝汽器的间接空冷系统。
1、直接空冷系统
直接空冷系统是将汽轮机的乏汽引入粗大的排汽管道，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，将乏汽在散热器内冷却成水。该系统一般与高背压汽轮机配套。

图 表面式空冷系统

2、带喷射式凝汽器的间接空冷系统
又称海勒式间接空冷系统。冷却水进入凝汽器直接与汽轮机乏汽混合并将其冷凝。冷凝混合后的水绝大部分由冷却水循环泵送至空冷塔散热器，与空气进行表面式换热冷却后，通过调压水轮机返回到喷射式凝汽器。还有少部分水经过凝结水精处理装置处理后作为锅炉给水。该系统可与中背压汽轮机配套。

3、带表面式凝汽器的间接空冷系统
又称哈蒙式间接空冷系统。它是在海勒式间接空冷系统基础上发展的，所不同的是冷却水与汽轮机排汽不相混合，进行表面换热。这样可以满足大容量机组对锅炉给水水质较高的要求。

间接空冷和直接空冷系统在技术上都是成熟的，在国内外电站都得到广泛的应用。
大型直接空冷机组因其投资少、占地面积小、节水、防冻和夏季运行方式灵活可靠等得到快速发展并逐渐占据领先地位。本工程主机冷却采用直接空冷系统。

直接空冷系统介绍
1、系统流程
直接空冷系统的工艺流程：从汽轮机排汽装置排出的蒸汽经由大直径的排汽管道进入空冷凝汽器中，蒸汽在空冷凝汽器中与环境空冷进行表面换热，凝结为凝结水。凝结水由凝结水管汇集，排至汽轮机排汽装置中，再经凝结水泵升压至凝结水系统。直接空冷系统的系统流程如图10-2所示。

图10-2 直接空冷机组原则性汽水系统流程图

2、系统组成

      直接空冷系统主要由蒸汽分配管（包括大直径膨胀节、大口径电动蝶阀等）、带有风机的蒸汽冷却单元（包括轴流风机、电动机、减速机）、凝结水系统、抽真空系统（包括水环式真空泵）等设备构成，附带系统为清洗系统、喷淋系统等，空冷凝汽器一般布置在汽机房A列外的高架空冷平台上。

       轴流风机迫使冷却空气流过翅片管表面，冷却翅片管。

       每个单元之间都有隔墙，防止冷却空气互相干扰，隔墙上有供人通行的小门，巡检完毕后随手关闭。

       外围挡风墙包围整个空冷器岛，将热空气出口与冷空气入口分开，阻止排出的热空气被短路吸入。

抽真空系统用以维持汽轮机运行状态下的真空，及时抽出不凝结气体（如空气），防止不凝结气体在空冷凝汽器内积聚，占据管束换热面积，使排汽冷却能力下降，造成汽轮机排汽压力升高、效率降低。真空泵从逆流区顶部的抽气口将不凝结气体抽出，最终排向大气。

从空冷岛凝结下来的凝结水依靠重力自流到排汽装置，由凝结水泵加压后送往除氧器。
冷却元件即翅片管，它是空冷系统的核心，其性能直接影响空冷系统的冷却效果。散热管束分为单排管、双排管、三排管，从目前运行效果来看，单排管效率高、防冻能力强。空冷管束（即翅片管）由顺流区和逆流区两部分组成。顺流区是指蒸汽和凝结水的相对流动方向一致，它是冷凝蒸汽的主要部分，可冷凝75%～80%的蒸汽。逆流区指蒸汽和凝结水的相对流动方向相反。设置逆流区主要是为了能够比较顺畅地将系统内的空气和不凝结气体排出，避免运行中在空冷凝汽器内的某些部位形成死区、冬季形成冻结的情况；并且凝结水总能从蒸汽获得热能，避免发生过冷现象。
清洗系统是保证散热器获得高效运行的保证之一。一般，每年进入夏季之前均对散热器作清洗，以保证其干净、高效运行。年冲洗次数约为 2～3 次。

3、蒸汽冷却过程

       蒸汽冷却过程如图10-3所示。蒸汽在顺流区管道内下行的过程中已经被部分冷凝。凝结水和非冷凝蒸汽通过“A"型屋顶结构底部的大尺寸蒸汽/凝结水联箱收集。大约80%的蒸汽通过顺流区冷凝（蒸汽和凝结水自上而下同向流动），大约20%剩余蒸汽通过底部联箱进入逆流区，蒸汽通过逆向流动冷凝，即：剩余蒸汽和不可冷凝的气体向上流动，而凝结水向下流入蒸汽/凝结水联箱（底部联箱）。通过这种方式，凝结水总能从蒸汽获得热能，避免发生过冷现象。
不可冷凝的气体在逆流区顶部附近汇集，被吸入逆流区顶部布置的空气集管内。这些集管与抽真空系统相连，以便从空冷系统内抽走不可冷凝的气体。蒸汽/凝结水联箱（底部联箱）内收集的凝结水在重力作用下排入汽轮机排汽装置，由凝结水泵输送至除氧器。

图10-3 直接空冷系统蒸汽冷却过程