中國(guó)能源建設(shè)投資有限公司 張建輝 中國(guó)電力顧問(wèn)集團(tuán)新能源有限公司智能配網(wǎng)分公司 楊若松

火電廠采用自然通風(fēng)直接空冷(NDC)的愿景由來(lái)已久，歷久彌新。以節(jié)能、降噪、投資低和安全防凍為目標(biāo)引領(lǐng)，圍繞NDC這個(gè)“城墻垛口”，世界各國(guó)特別是我國(guó)的設(shè)計(jì)和制造人員前赴后繼。為愿景提供要約的有比例時(shí)HAMON-LUMMUS公司和德國(guó)GEA公司，為愿景加力的論文也很多，為愿景加力的專(zhuān)利則層出不窮[1-9]，僅發(fā)明專(zhuān)利就多達(dá)12個(gè)，楊伙盤(pán)2×600MW電廠采用了TZL專(zhuān)利[10]貢獻(xiàn)的方案。

1 塔式直冷TZL專(zhuān)利

TZL是“塔式直接空冷凝汽器及其塔式直接干冷系統(tǒng)”發(fā)明專(zhuān)利的縮略簡(jiǎn)稱(chēng)，是幾種不同NDC的其中之一。TZL既代表系統(tǒng)，又代表凝汽器，TZL系統(tǒng)配帶TZL凝汽器。具有凝汽功能的部件連同其附件，被定義為T(mén)ZL凝汽器，其余的部件和TZL凝汽器被定義為T(mén)ZL冷卻系統(tǒng)。凝汽器和系統(tǒng)既有區(qū)別又有聯(lián)系，系統(tǒng)的范圍大。TZL系統(tǒng)是一種NDC系統(tǒng)，它布置排列的特點(diǎn)是TZL凝汽器的環(huán)塔布置和塔外布置。TZL系統(tǒng)的蝸殼蒸汽分配管呈環(huán)狀布置在塔外。蝸殼管布置在塔外費(fèi)用低，凝汽器的外立面美觀，排放展寬平臺(tái)的雨水比較順暢。在蝸殼管上開(kāi)洞直連配汽立管可減少阻力并節(jié)省管材。蝸殼管可以用齊平的上頂面（下部以不等高環(huán)墻支撐）。

如圖1所示，TZL凝汽器在∧型立柱的兩個(gè)面上有順流、逆流構(gòu)造，即有KD設(shè)計(jì)。TZL凝汽器直接安裝在塔外的蝸殼管上（圖2），蝸殼管是一種漸縮配汽環(huán)。TZL凝汽器含有三角斜蓋板，它與擋風(fēng)板、塔殼體和展寬平臺(tái)的關(guān)系見(jiàn)圖3。TZL凝汽器的構(gòu)造特色是順逆流設(shè)計(jì)和比值可調(diào)節(jié)整定，布排的特點(diǎn)是塔外環(huán)塔布置。TZL凝汽器可以采用扁平基管配折疊翅片，也可以采用橢圓管配矩形翅片。TZL凝汽器以立柱的方式布置在自然抽風(fēng)冷卻塔外的周圈，俯視翅片管束板，呈現(xiàn)八字狀傾斜布置。自然抽風(fēng)，無(wú)百葉窗，防凍的主要手段是加掛擋風(fēng)板（逆流區(qū)抗凍，不需要擋風(fēng)板）。TZL凝汽器是一種開(kāi)口三角立柱式凝汽器，它的構(gòu)造特色是有順流逆流設(shè)計(jì)和KD比可以任意整定,防凍不用百葉窗，依賴(lài)KD比和擋風(fēng)板。

圖1 TZL原理圖或系統(tǒng)圖

圖2 TZL的輸汽干管和蝸殼管圖

圖3 凝汽器及擋風(fēng)板與塔殼體和展寬平臺(tái)

TZL采用開(kāi)口三角立柱式凝汽器，純塔外布置，防凍用擋風(fēng)板和KD設(shè)計(jì)，不用百葉窗。TZL有“荷載落地”的特征和塔外環(huán)塔布置的蝸殼管“輔助散熱”的特征。蝸殼管在塔內(nèi)側(cè)設(shè)有醒目的防燙傷欄桿和警示。百葉窗作為傳統(tǒng)的防凍手段，讓人既愛(ài)又恨，欲舍不能，TZL的目標(biāo)十分明確：就是要剔除百葉窗，以增加夏季的冷卻能力并減少總投資。TZL的專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)中寫(xiě)有：“盡管結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方案進(jìn)行了描述，但本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方案，上述的具體實(shí)施例僅僅是示意性的、指導(dǎo)性的方案，而不是限制性的方案。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本說(shuō)明書(shū)的啟示下，在不脫離本發(fā)明的權(quán)利要求所保護(hù)的范圍的情況下，還可以做出幾種變異的型式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)內(nèi)容?！?/p>

TZL由ACC孕育和發(fā)展成為可實(shí)施的NDC，經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的創(chuàng)意熔煉，并不是一蹴而成的?？梢杂梦鍌€(gè)非凡來(lái)總結(jié)（圖4）：非凡的旋轉(zhuǎn)：把∧型三角旋轉(zhuǎn)為豎立三角；非凡的抬升：抬升配汽立管，拉斜翅片管造坡度；非凡的KD改變：把KD單元復(fù)原為早先的KD片區(qū)；非凡的百葉改變：變化水平百葉為豎直百葉；非凡的荷載落地：無(wú)高空荷載，全是地面荷載。

圖4 TZL創(chuàng)意熔煉的五個(gè)非凡

2 TZL的工業(yè)性試驗(yàn)

TZL在陜西神木大柳塔熱電廠0.3MW機(jī)組的工業(yè)性試驗(yàn)為了節(jié)約費(fèi)用，并沒(méi)有采用完全標(biāo)準(zhǔn)的TZL做試驗(yàn)。大柳塔熱電廠0.3MW機(jī)組和其它5臺(tái)機(jī)組公用一座濕冷塔，為了做試驗(yàn)，把0.3MW機(jī)組分離出來(lái)，濕冷改為T(mén)ZL直冷[11]，其它機(jī)組維持濕冷運(yùn)行的現(xiàn)狀，不做任何改動(dòng)：去掉0.3MW機(jī)組在主廠房?jī)?nèi)的濕冷凝汽器，把乏汽用DN3000引向其機(jī)房固定端50米處的冷卻塔，再用蝸殼管分配給12根DN2000的配汽立管中。凝汽器∧型立柱高6米、寬6米，采用石化系統(tǒng)常用的3排鋼軋鋁結(jié)構(gòu)的翅片管，鋼管規(guī)格為D25×1.5mm，翅片規(guī)格為D57/D25mm，片厚0.30mm，翅片間距2.3mm。KD比為4:1，即逆流面積占總面積的20%。

為減小試驗(yàn)費(fèi)用，大柳塔沒(méi)采用TZL的擋風(fēng)板，改用手動(dòng)“豎立旋轉(zhuǎn)”百業(yè)窗替代，并且在冷卻塔的出口增加了一臺(tái)5.7m直徑的引風(fēng)扇，把TZL硬生生地改造成了混合通風(fēng)，只能稱(chēng)作TZL-。這種TZL-翅片總面積為36000m2，冷卻風(fēng)量也比濕冷時(shí)增加了50%，如此大的冷風(fēng)量和換熱面積，達(dá)到了較好的冷卻效果：在氣溫20℃時(shí)可保證汽輪機(jī)背壓達(dá)到10.8kPa，使汽輪機(jī)以接近濕冷的工況運(yùn)行，在進(jìn)汽量不變的條件下，進(jìn)減小發(fā)電量18kW。

這種TZL-(即TZL minus)僅有凝結(jié)水泵耗電20kW，抽真空泵耗電11kW，與引風(fēng)扇耗電三者加起來(lái)的耗電比濕冷耗電（凝結(jié)水泵和循環(huán)水泵耗電之和）節(jié)電72kW。對(duì)比ACC，TZL-的換熱面積大幅增加，相當(dāng)于600MW機(jī)組翅片管的總換熱面積為72000000m2。大柳塔TZL-試驗(yàn)投資約600萬(wàn)元，10年內(nèi)可實(shí)現(xiàn)還本付息（估算時(shí)計(jì)入了其它5臺(tái)濕冷機(jī)組冷卻能力變大后的獲益）。

3 楊伙盤(pán)直冷塔

楊伙盤(pán)電廠是陜北—湖北±800千伏特高壓直流輸電工程的配套電源，是陜西“十四五”計(jì)劃的重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目。經(jīng)過(guò)篩選、二次組合、優(yōu)化和風(fēng)險(xiǎn)分析以及在大柳塔電廠的混合通風(fēng)直接空冷的工業(yè)性試驗(yàn)，審定采納TZL專(zhuān)利和其補(bǔ)強(qiáng)專(zhuān)利，在楊伙盤(pán)電廠實(shí)施NDC。楊伙盤(pán)直冷塔的尺寸與9000m2濕冷塔的尺寸接近。

楊伙盤(pán)NDC具有“拼盤(pán)”性質(zhì)，以TZL為主（去掉擋風(fēng)板），混搭間接空冷用的百葉窗防凍。作為塔外布置煙道及排汽干管的一種形式，“煙塔合一”布置排列方式專(zhuān)利[9]的出現(xiàn)有力地支撐了TZL專(zhuān)利的實(shí)施，這是楊伙盤(pán)NDC方案能夠通過(guò)審查的主要原因之一。應(yīng)用自然通風(fēng)直接空冷（NDC）技術(shù)建造的直接空冷塔已在楊伙盤(pán)2×600MW電廠開(kāi)工建設(shè)，這座全球首臺(tái)的直接空冷塔計(jì)劃于2022年4季度內(nèi)投運(yùn)。

綜上，TZL專(zhuān)利攜帶有“荷載落地”和“塔外布置”的威力，導(dǎo)致其它NDC專(zhuān)利的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力減弱。組合的創(chuàng)新點(diǎn)越多、業(yè)主接受的難度就越大，畏懼第一個(gè)吃螃蟹的心理是可以被理解的。