目前电厂用的空冷系统主要有以下三种：混凝式间接空冷系统、表凝式间接空冷系统、直接空冷系统。

1.混凝式间接空冷（海勒式）系统

图8-14示出了混凝式间接空冷系统。该冷却系统主要由混合喷射式凝汽器和装有福哥型散热器的空冷塔构成。外表面经过防腐处理的圆形铝管，套以铝翅片的管束组成“∧”形排列的散热器，俗称为“缺口冷却三角”，在缺口处装上百叶窗，构成一个冷却三角形。系统中的冷却水是高纯度的中性水（pH=6.8～7.2），冷却水在凝汽器中直接与排汽混合并使其冷凝成水。凝汽器出口处的水绝大部分（约98％）由冷却水循环泵送至空冷塔散热器，与空气对流换热冷却后由调压水轮机将其送至喷射式凝汽器。凝汽器出口水中极少部分（约2％）由凝结水泵经过凝结水精处理装置送机组回热系统。调压水轮机的主要功能如下：通过调节水轮机导叶开度调节喷射式凝汽器喷嘴前的水压，保证形成微薄而均匀的垂直水膜，以便与排汽充分接触。理论上调压水轮机有两种连接方式：一种是常用的立式水轮机与立式异步交流发电机连接；另一种是卧式水轮机与卧式循环水泵、卧式电动机同轴相连接。后一种连接方式在实践中尚未使用。

图8-14　混凝式间接空冷系统示意图

1—锅炉；2—过热器；3—汽轮机；4—喷射式凝汽器；5—凝结水泵；6—冷却水循环泵；7—凝结水精处理装置；8—凝结水升压泵；9—低压加热器；10—除氧器；11—给水泵；12—高压加热器；13—调压水轮机；14—翅片管散热器；15—空冷塔；16—旁路节流阀；17—发电机

混凝式间接空冷系统主要优点如下：

（1）混凝式间接空冷系统凝汽器端差小于其他空冷模式，所以煤耗在空冷模式中相对较低，全厂热效率较高。

（2）环境自然风对其影响相对较小。新风进门与废热出口高差达百米，热风再循环难以发生。但是换热管束布置在塔体外圈，环境风可以通过百叶窗对管束换热状况产生一定的影响。总体来说，影响不大，且可以通过百叶窗的开度加以调节和防护。

主要缺点如下：

（1）空冷塔占地面积大。

（2）由于采用混合式凝汽器，循环冷却水和凝结水相混合，对循环冷却水的水质要求高，运行不经济。

（3）冬季运行防冻性能较差。该系统的空冷器采用铝管铝翅片，其管径小，易冻损。

2.表凝式间接空冷（哈蒙式）系统

图8-15示出了表凝式间接空冷系统。该系统与常规湿冷系统基本相同，不同之处是用干冷塔替代湿冷塔，用不锈钢管凝汽器代替铜管凝汽器，用除盐水代替循环水，用密封式循环冷却水系统代替开式循环冷却水系统。由于冷却水温度变化时体积也发生变化，需要设置膨胀水箱，其顶部与冲氮系统连接，一定压力的氮气可对冷却水容积变化起补偿作用，还可避免冷却水与空气接触，保证水质良好。冷却塔底部设有储水箱和两台输送泵，可向塔内空冷散热器充水。散热器由椭圆形钢管外绕翅片或嵌套矩形钢翅片的管束组成。椭圆形钢管及翅片外表面进行整体镀锌处理。设有散热器的干冷塔采用自然通风。

表凝式间接空冷系统主要优点如下：

（1）采用了表面式凝汽器，冷却水和凝结水分成两个独立系统，其水质可按各自的标准和要求处理，使系统便于操作。

（2）系统基本上与传统湿冷系统相似，运行操作简单，原有运行人员易于掌握。

（3）系统完全处于密闭状态，循环水泵扬程低，能耗少。

（4）自然界的环境风对其影响小。系统中，冷却水与空气交换热量的翅片管束隐藏在混凝土的双曲线塔内，且废热的排出口在塔顶、新风进口在塔底，而塔高百米使得热风再循环难以发生。

图8-15　表凝式间接空冷系统示意图

1—锅炉；2—过热器；3—汽轮机；4—表面式凝汽器；5—凝结水泵；6—低压加热器；7—除氧器；8—给水泵；9—高压加热器；10—循环水泵；11—膨胀水箱；12—翅片管散热器；13—空冷塔；14—发电机

主要缺点如下：

（1）空冷塔占地面积大。由于冷却水与空气是在干冷塔的表面换热器中交换热量，较之在传统水冷塔中喷淋换热需要更大的换热面积，从而需要占用比传统水冷塔更大的土地面积。

（2）冬季运行防冻性能稍差。循环水在冬季低温情况下会发生冻结，需要加入防冻液。(www.daowen.com)

3.直接空冷系统

直接空冷系统如图8-16所示。汽轮机排汽流过粗大的排汽管送往室外的空冷凝汽器，凝汽器下侧的轴流风机输送空气流过散热器表面，将排汽凝结成水，流入凝结水箱，其后的工作流程和水冷系统相同。应指出的是，空冷凝汽器分为主凝器和分凝器两部分。主凝器设计成汽水顺流式，又称顺流凝汽器，形成凝汽器主体；分凝器设计成汽水逆流式，又称逆流凝汽器，构成抽空气区。抽真空系统是直接空冷的关键。空冷凝汽器的所有组件和排汽管应用两层焊接结构。中小型机组可直接在汽轮机房顶布置空冷凝汽器，大型机组通常将凝汽器布置在紧靠汽轮机房的外侧，在与主厂房平行的纵向平台上布置若干单元组，每组由多个主凝器和一个分凝器组成人字形排列结构，在每个单元组下部设置一台大直径轴流风机。

图8-16　直接空冷系统示意图

1—锅炉；2—过热器；3—汽轮机；4—空冷凝汽器管束；5—凝结水泵；6—凝结水精处理装置；7—低压加热器；8—除氧器；9—给水泵；10—高压加热器；11—轴流式冷却风机；12—凝结水箱；13—发电机

直接空冷凝汽器系统的具体结构示于图8-17中。汽轮机排汽装置中出来的湿蒸汽进入大直径排汽管道，一部分蒸汽由于管路能量损失而凝结成水，汇入本体疏水扩容器，最终流到凝结水箱中。排汽中的大部分蒸汽进入蒸汽分配管，而后流经顺流凝汽器管束，在其中放热凝结。凝结下来的水进入凝结水收集管，未凝结的蒸汽通过收集管内液面上方的空间进入逆流凝汽器管束，放热凝结，凝结下来的水同样流入下方的收集管。在逆流凝汽器的顶部，未凝结的蒸汽和不凝结的空气被真空泵抽走，排放到环境大气。

顺流凝汽器的具体结构如图8-18所示。蒸汽从顶端的分配管分流进入A形架构的两侧翅片管中，底部的轴流风机输送大量的环境空气穿过两侧的翅片管。蒸汽在管内自上而下的流动中被管外的空气冷却，凝结成水流下；管外侧携带冷凝热的热空气从单元的上方排出至大气。逆流凝汽器的结构形式与顺流凝汽器大致相同，差异在于翅片管内蒸汽为自上而下流动，与翅片管内凝结水的流动方向相反，因而称为逆流凝汽器。

图8-19所示为一个空冷单元，包括一台冷却风机和一组翅片管束。

图8-17　直接空冷凝汽器系统示意图

图8-18　顺流凝汽器结构

图8-19　空冷器单元立体示意图

以内蒙古大唐托克托发电公司5号机组为例，其汽轮机是东方汽轮机厂生产的600 MW亚临界、一次中间再热、四缸四排汽式、直接空冷凝汽式汽轮机。汽轮机由直接空冷系统冷却，采用德国GEA公司的单排管技术。

汽轮机排汽经排汽口下方设置的一个排汽装置，再经排汽主管道穿过汽轮机房。排汽主管道上升到水平管后，从水平管上接出8根上升支管，水平与空冷凝汽器上联箱连接。

空冷凝汽器搁置在散热器平台上，56组空冷凝汽器分为8个冷却单元垂直布置，每个单元有7组空冷凝汽器，其中5组为顺流，2组为逆流，逆流凝汽器放在第2列和第6列。每组空冷凝汽器由14个散热器管束组成，以接近60°角组成等腰三角形（A形）结构，两侧分别为7个散热器管束。散热器管束采用大直径椭圆翅片管，顺流散热器管束是冷凝蒸汽的主要部位，可冷凝75％～80％的蒸汽。逆流散热器管束主要是为了将系统内空气和不凝结气体排出，防止运行中在空冷凝汽器内的某些部位形成死区，避免冬季出现冻结的情况。

56台轴流式变频调速冷却风机设置在每组空冷凝汽器下部，使空气流过散热器外表面将排汽凝结成水，流到凝结水箱。每台轴流风机配变频调节装置一套，布置在空冷凝汽器旁边。

直接空冷系统主要优点如下：

（1）冷却效率高。直接用空气冷却汽轮机排汽，不像间接空冷机组那样需要循环冷却水作为二次冷媒，减少换热的中间环节，提高了换热效率。

（2）占地面积小。空冷凝汽器通过支柱高位布置在汽轮机房外的架空平台上（小机组可在汽轮机房屋顶上布置），平台下的地面可以布置变频器等设施。而双曲线冷却塔的建造需要占用大片土地。

（3）由于系统简单、设备较少，较之间接空冷系统，初投资少。

（4）系统调节灵活，冬季运行防冻性能好。现在的直接空冷系统设计方案中，采用变频器改变风机电流，使风机转速和风量的控制更加方便；冬季时可使逆流单元的风机倒转，抽吸附近正转单元排出的热风，从而避免逆流单元发生冻结。

主要缺点如下：

（1）自然界的环境风对其影响较大。直接空冷系统中，凝汽器管束的废热排出口与新风进口高度差较小，又置于高空，容易受到环境风的影响而使新风风温升高，降低了经济性，这一现象称为热风再循环或热风回流。另一方面，冷却风机的进风口直接暴露于环境中，容易受到高速环境风的影响，使得进口静压骤降，从而流量下降、风机空转，直接导致凝汽器冷却能力不足，机组背压升高，降低了经济性和安全性。

（2）系统中风机数量多，噪声大。需要优化风机叶型，开发低噪风机，满足环保要求。