傳統(tǒng)的水冷燃煤發(fā)電機組的耗水量可高達4.96 kg / kWh。除了對環(huán)境的影響外，在過去的幾十年中，中國燃煤發(fā)電機組的快速增長加劇了水資源短缺。特別是在華北地區(qū)，這里成了世界上最干旱的地區(qū)之一，而新建成的發(fā)電機組則位于其中。為了克服燃煤發(fā)電機組增加的剛性需求與缺水之間的矛盾，開始采用具有明顯節(jié)水效益的風(fēng)冷冷凝器（ACC）在華北地區(qū)廣泛應(yīng)用。目前，運行中的風(fēng)冷燃煤發(fā)電機組已超過80 GW，占燃煤發(fā)電機組總裝機容量的13％。其中大多數(shù)是300 MW以上的大型直接空冷機組，包括世界上最大的1000 MW超臨界直接空冷發(fā)電機組。

圖為600 MW亞臨界發(fā)電機組風(fēng)冷島的表面壁溫度分布。

由于周圍空氣代替水作為發(fā)電機組直接空冷式冷凝器中的冷卻介質(zhì)，因此大氣環(huán)境對機組性能的影響也很大。另外，與水流相比，空氣流熱容量的減小導(dǎo)致ACC發(fā)電單元的排氣蒸汽壓力的增加。盡管有節(jié)水效益，但與水冷發(fā)電機組相比，ACC發(fā)電機組的煤炭消耗將明顯增加。尤其針對華北地區(qū)的氣候、氣象和環(huán)境，必須考慮一系列問題，以確保ACC發(fā)電機組的安全和高效運行。

圖為平行流ACC的外表面溫度分布。

幾乎所有影響因素都可以通過不同風(fēng)冷式冷凝器的翅片管壁溫度分布反映出來，這可能是冷凝器性能分析的最重要參數(shù)之一。然而，大面積的風(fēng)冷使得布置足夠的溫度監(jiān)測點以反映風(fēng)冷冷凝器的管壁溫度分布是不切實際的。在過去的十年中，通過紅外熱成像技術(shù)對換熱器性能分析進行了大量的研究，可以直接獲得換熱器或冷凝器在翅片表面和管壁上的局部傳熱。如今，這種技術(shù)被用來監(jiān)測風(fēng)冷冷凝器的整體以及局部表面溫度分布。通過分析這樣的分布，揭示了周圍環(huán)境，單位電力負荷的變化和氣候條件對ACC性能的影響。此外，還對典型的ACC發(fā)電機組進行了現(xiàn)場測試以獲得實際結(jié)果。

圖為600 MW超臨界發(fā)電機組排氣管進口段附近ACC的表面溫度分布（發(fā)電負荷為358.83 MW，環(huán)境溫度為7.74 C）。

通過紅外熱成像技術(shù)，對華北地區(qū)典型的直接空冷發(fā)電機組的風(fēng)冷冷凝器的表面溫度分布進行了監(jiān)測。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，分析了冬季和夏季環(huán)境溫度，翅片管束表面結(jié)垢和自然風(fēng)對ACC機組性能的影響。總結(jié)為以下5點：

（1）風(fēng)冷島區(qū)的冷凝器表面溫度分布的紅外熱像圖顯示，頂部溫度是整個風(fēng)冷島中最低的。這意味著這些零件在冬天低溫環(huán)境中很容易凍結(jié)。

圖為600 MW超臨界發(fā)電機組排氣管末端附近的ACC的表面溫度分布（發(fā)電負荷為358.83 MW，環(huán)境溫度為7.74 C）。

（2）一些平行流式ACC在頂部附近出現(xiàn)異常的表面溫度分布，由于ACC單元的特定L型結(jié)構(gòu)，冷凝水的耐熱性很小。L型冷凝器中合適的內(nèi)部氣流引導(dǎo)裝置可能有助于改善ACC的其他區(qū)域的熱傳遞。

（3）在蒸汽管道內(nèi)部沒有導(dǎo)流裝置的情況下，渦流可能會對進入ACC的蒸汽產(chǎn)生阻力，從而導(dǎo)致尾流在翅片管束內(nèi)部的分布不均勻，并且蒸汽管道入口附近的ACC的熱負荷較低。另一方面，當(dāng)環(huán)境溫度低于7℃時，蒸汽管道末端的ACC的溫度分布與相鄰的逆流ACC相似，這意味著ACC島的多余冷卻區(qū)域增加了對翅片管的威脅。

圖為300 MW亞臨界發(fā)電機組ACC多排翅片管束的內(nèi)表面溫度分布。

（4）ACC的表面結(jié)垢會導(dǎo)致表面溫度升高，它會通過阻礙散熱片間隙之間的冷卻空氣流以及增加冷凝器的熱阻來影響發(fā)電裝置的性能。通過ACC典型區(qū)域中的表面溫度分布，可以發(fā)現(xiàn)易于積垢的區(qū)域。

（5）比較不同環(huán)境風(fēng)中特定位置的ACC的表面溫度分布，表明應(yīng)注意溫和的自然風(fēng)效應(yīng)，該效應(yīng)可能會受到高架渦旋影響大多數(shù)冷卻區(qū)域，并且應(yīng)注意熱循環(huán)在大自然風(fēng)條件下。頂部渦流和熱循環(huán)都會降低ACC島的熱容量，進而影響發(fā)電機組的性能。

參考資料：

Zhihua Ge, Xiaoze Du, Lijun Yang, et al. Performance monitoring of direct air-cooled power generating unit with infrared thermography. Applied Thermal Engineering. 31:418-424, 2011.