摘要：本文介绍超临界直接空冷机组和间接空冷机组的组成和特点，以本单位近期建设的两台660MW机组为例，重点介绍这两种空冷方案在初期投资上的区别以及在运行过程中经济性的对比。
关键词：超临界空冷系统；工程造价；经济性
1引言
随着我国经济的飞速发展，人们能电能的需求量不断增加，在我国的发电形式中，以燃煤为主的火力发电依然为我国的主要发电形式，而对汽轮机组的冷却方式中，传统的湿冷方式不仅需要消耗大量的水资源，而且消耗大量的燃煤和厂用电，更是加剧了对空气和水的污染，而且我国的水资源极其缺乏且分布不均，在严重缺水的地区的火电厂迫切需要寻找一种煤耗和水耗低、污染轻的汽轮机排汽冷却方式。空冷机组是利用空气进行冷却的系统，与同等容量的湿冷机组相比，水量消耗只有湿冷机组的十分之一甚至更少，而燃煤消耗和厂用电消耗也更低，是目前火电厂中应用广泛且值得大力推广的冷却方式。
2超临界空冷系统简介
2.1直接空冷系统
直接空冷系统简言之就是将汽轮机排汽送入散热器中由空气直接进行冷却，通风方式多采用机械通风的方式，其组成主要有排汽装置、大排汽管道、空气凝汽器、风机组、凝结水系统、抽真空系统、清洗系统等。其主要优点有设备少且结构简单、调节灵活、占地面积小、防冻性能高、冷却效率高；但是其稳定性和安全性差、煤耗较大、运行费用高、厂用电高、噪声污染大[1]。
2.2表凝式间接空冷系统
此系统将汽轮机排汽在空气中冷却分为两部进行，一是排汽与冷却水在表面是凝汽器中进行热交换，二是冷却水与空气在空冷塔里进行热交换，其组成有表面是凝汽器与空冷塔，通常采用自然通风的方式。其主要优点有煤耗低、稳定性高、水处理系统简单、无噪声污染，但是其占地面积大、防冻性能差、运行管理较为复杂、建设周期较长。
2.3混凝式间接空冷系统
此系统由喷射式凝汽器和装有散热器的空冷塔组成，汽轮机排汽与冷却水在凝汽器中直接进行热交换，之后冷却水被送至空冷塔的散热器，与空气进行热交换冷却之后再被送入凝汽器进行下一个循环。其主要优点有煤耗低、无噪音、稳定性好，但是其对水质要求高、系统设备多、运行维护复杂、防冻性能差、建设周期长。
3不同空冷方案对工程造价的影响
本文以近期建设的两台660MW空冷机组为例，以直接空冷和表凝式间接空冷系统为例介绍不同系统建设的技术条件和投资分析。
采用直接空冷系统需要设置机械通风系统，每个机组的排汽主观管径为5.5m，空冷凝器的面积约为90万m2；每个机组需要设置变频调速低噪声风机30台，其额定功率约为130kW；两台机组的空冷平台采用钢筋混凝土空心管柱支撑，高度约35m，平台为钢结构，面积约为9000m2；此外还有辅机冷却机力塔、辅机循环水泵和水泵房、升压泵房、补给水泵等，总共造价约为3万元，其中设备购置费约占总投资费用的62%左右，所占比例较大。
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采用表凝式间接空冷系统采用的是自然通风的方式，每台机组需要设置一座空冷塔和两台循环水泵，共设一座循环水泵房，凝汽器为不锈钢管的表面式凝汽器，面积约为2.1万m2；每座空冷塔内的散热器冷却三角数约为150个，空冷塔高度约160m，结构由环板基础、X型支撑柱、塔筒、散热器支撑构架等组成，塔筒为现浇钢筋混凝土结构，散热器构架为钢筋混凝土框架结构，封闭设施为钢桁架上铺压型钢板；另外还有辅机冷却机力塔、辅机循环水泵房、循环水管道等，总共造价约为3.9万元，其中设备购置费约占总投资费用的65%左右，所占比例较大[2]。
4不同空冷方案的经济性对比
4.1两种空冷方案的上网电价对比
同样以这两台660MW火电机组为例，在年利用小时数为5000小时的前提下进行计算，得出直接空冷机组的煤耗为303.5kg/MWh，而间接空冷机组的煤耗为295.9kg/MWh，其差距约为3～8g/kWh，每年可节约燃煤约2万吨。通过对不同煤价下的上网电价进行对比，采用间接空冷机组的上网电价要低于直接空冷机组，而且随着煤炭价格的升高，这两种方案的上网电价的差距也越来越大，也就是说随着煤炭价格的升高，间接空冷方案的经济性优势就越来越明显。
影响上网电价的因素有初期投资、运行成本、年供电量等方面，对于火电厂而言，其前提投资比核电等其他的发电形式投资小，且投资数额相对固定，空冷系统的投资在火电厂建设投资中的比例较小，所以在初期投资方面对上网电价的影响可以忽略不计；而在不同地区，由于煤炭储量和开采量的不同，煤炭的价格会有所不同，这也成为影响上网电价的主要方面，在煤炭价格较高的地区，煤耗低的空冷系统更能显示出其对上网电价的影响；此外，年供电量也是影响上网电价的重要方面，其中厂用电率直接影响年供电量。
厂用电主要消耗设备主要有汽轮机、风机和各种泵类，由于直接空冷系统采用的是机械通风方式，需要空冷风机，而间接空冷系统则为自然通风方式，取消了空冷风机，所以其常用电率相比，直接空冷系统的厂用电率要高于间接空冷系统的厂用电率，这也是间接空冷系统运行成本低的主要因素，使得间接空冷系统的上网电价低于直接空冷系统，所以在燃煤消耗和年供电量方面，间接空冷系统要明显优于直接空冷系统。
4.2两种空冷方案的用水量对比
在间接空冷系统的组成结构中，需要采用冷却塔、冷却水泵和冷却水管等湿式冷却系统，其耗水量较大，百万千万耗水量约为0.143m3/s.GW；而直接空冷系统不需要冷却水的参与，直接采用空气进行冷却，水泵也采用电动给水泵，其百万千瓦约为0.126m3/s.GW。所以，间接空冷系统的耗水量比直接空冷的耗水量约增加13.5%左右，在水资源匮乏的地区，显然直接空冷系统比间接空冷系统更有优势。
5结语
在我国火电厂的汽轮机组中通常采用超临界空冷机组进行冷却，空冷机组按其结构不同分为直接空冷和间接空冷两种系统方案，前者在初期投资、用水量、系统调节灵活性、占地面积以及防冻性能方面都优于后者，但是后者的煤耗、稳定性、冷却效率、运行维护费用和操作方面要优于前者，在煤炭资源和水资源分布不同的地区，应根据火电厂所在地区的资源分布情况，根据电厂自身布局和环境气候等条件选择适合自身的空冷系统，在满足冷却要求的前提下，尽可能的节省水资源和煤炭资源的消耗，降低对空气和水资源的污染。
参考文献
[1]束红,陈杰.直接空冷与间接空冷机组的工程造价及经济性分析[J].国网技术学院学报,2011,14(6):35-39
[2]路福田.火电厂百万机组直接空冷与间接空冷技术经济比较[J].中国电业:技术版,2012(7):71-73
论文作者:吕斌
论文发表刊物:《电力设备》2017年第18期
论文发表时间:2017/11/3
标签：系统论文; 机组论文; 煤耗论文; 凝汽器论文; 电价论文; 约为论文; 火电厂论文; 《电力设备》2017年第18期论文;