直接空冷系统的国际发展现状

发电厂空冷技术从提出到现在，约有90年的历史，并在国际上有了迅速发展。

1920年，由德国GEA公司的哈帕博士（Dr.Happel）发明了直接空冷技术，并成功地应用于工业生产；德国早在1939年就在缺水的鲁尔矿区建成了世界上第一个1.5MW汽轮机组的直接空冷系统，此系统目前仍然在运行；20世纪50年代，卢森堡的杜德兰格钢厂自备电站13MW机组和意大利的罗马电厂36MW机组分别投入了直接空冷系统。1961年，德国GEA公司为德国大众汽车公司建造了4×48MW直接空冷发电厂；1978年GEA为美国怀俄明州Wyodak电站（图1.2）建造了单机容量为365MW的直接空冷发电厂，开创了当时直接空冷系统应用于大型火力发电机组的先例，并且该厂至今保持着世界空冷凝汽器系统正常运行的极端天气条件记录（-44～42℃，风速36m/s）；1991年，南非Matimba（图1.3）6×665MW直接空冷电厂建成竣工，也是当今世界上直接空冷系统整厂装机最大的直接空冷电厂；1994年，南非马珠巴电厂3×665MW直接空冷电厂建成投产，并运行发电[3]。目前，全世界已有1000多台不同容量的空冷发电机组在运行，单机最大容量已达690MW。

图1.2　美国怀俄明州Wyodak电站

图1.3　南非Matimba电厂6×665MW直接空冷电厂

直接空冷系统在国外实施多年，有关机构已进行了若干数值模拟和风效应的模拟试验。然而关于直接空冷系统特别是空冷凝汽器各部件具体参数的优化设计，以及影响空冷凝汽器主要运行参数的模型试验和数值计算，可能出于商业机密和知识产权的原因，很少有关于直接空冷系统数值计算和风洞试验的论文和资料公开发表[16，18-19]，以至于造成国际上两大空冷制造商（德国GEA公司、美国SPX公司）几乎垄断全球空冷市场的局面。国外相关的试验研究仅有在1999年丹麦哥本哈根召开的第十届国际风工程会议上由德国的Dieter Schwarzkopf博士等发表的一篇论文[30]，该论文所引的文献也仅限于作者本人的博士论文等内容的报告。对直接空冷（ACC）系统进行数值模拟，C G Du Toit、C G Tharit、D G Kroger[31]、Martin P、Van Standen、Leon Pretorius and Josua P Meyer[32-33]采用商业软件对南非马廷巴直接空冷电站进行了数值模拟研究，模拟环境条件及对ACC系统性能产生效果的数值模型的开发研究情况，取得较好的模拟结果。(www.xing528.com)

大型电站直接空冷系统在我国应用较晚，我国的空冷技术研究工作始于20世纪60年代中期；自20世纪80年代末，我国先后建成并投产了8台间接空冷机组，而大容量空冷机组的建设只是近几年的事。山西大同第二发电厂的2×200MW空冷机组相继于1987年、1988年投产，两台机组均采用引进的匈牙利海勒式空冷系统，与国产汽轮发电机组配套使用，投产以来，运行稳定、节水效果显著[14]。在各方面取得了一些经验的基础上，2001年9月，我国自己设计、制造和安装的国内首台空冷机组（单机容量6MW），在山西交城义望铁合金厂自备电厂建成投产。2002年1月，大同大唐国际云冈热电厂2×200MW扩建工程引进德国双排管直接空冷技术，并于2003年12月成功投入运行（图1.4），这是我国最早的直接空冷机组，当年发电小时数达7000h。2005年4月、7月国电电力大同发电有限责任公司7号、8号机组（600MW）顺利投产发电，成为我国首个600MW等级直接空冷电厂（图1.5），被国家发展和改革委员会列为节水示范项目，对山西省和京津唐地区的经济建设发挥了积极作用。2005年9月和12月，内蒙古大唐托克托三期2×600MW直接空冷机组也成功投入运行。

图1.4　大唐国际云冈热电厂2×200MW直接空冷机组

图1.5　国电电力大同发电有限责任公司第二发电厂2×600MW直接空冷机组

尽管我国的空冷技术起步较晚，但是经过几代空冷工作者多年的摸索和总结，也具有一定的空冷设计能力；而且科研部门也对空冷系统进行了相应的研究，取得了很多成绩。目前，北京大学、华北电力大学、北京航空航天大学等对直接空冷系统进行了相应的数值模拟研究，采用CFD计算软件，计算空冷塔周围的流场。国内对直接空冷系统进行风洞模型试验公开发表的有北京大学顾志福等[34-37]，他们在环境风洞中模拟大气边界层，对缩比模型进行吹风试验。采用密度较轻的甲烷来模拟热空气，在不同来流速度和方向的条件下，测量空冷塔下各测点甲烷的浓度来计算回流的大小，同时在风洞中做流场显示试验，检验空冷凝汽器受风速影响机理。马义伟[38-39]对空冷系统热风再回流及横向风的关系进行了分析。赵文升、王松龄等[40-41]利用CFD软件，对大型电站空冷系统的流场和温度场进行了数值模拟，定性地分析了热回流发生的原因及对空冷机组的影响。段会申、刘沛清等[42-44]采用FLUENT软件对大同二电厂直接空冷系统进行数值模拟研究，得出空冷塔周围流场与温度场与环境风的关系。