空冷散热器的改进措施的研究
摘要
随着电力工业的迅速发展，火力发电厂的大容量高
参数汽轮机组不断增加，这些机组在燃用大量煤炭的
同时，也耗用大量的水资源。电力工业的发展速度、
建设规模、规划、布局本应于国民经济的发展相适应，
但由于受煤和水资源的制约而不能合理安排。在富煤
地区，往往由于缺水而不能兴建电厂。因此，丰富的
煤炭资源不能尽早开发和利用。这在宏观经济上无疑
是极大的损失。发电厂汽轮机凝汽设备系统采用的空
冷系统（发电厂空冷系统）就是解决“富煤缺水” 地
区或干旱地区建设火力发电厂而逐步发展起来的。
发电厂空冷技术从提出到现在已有50余年的历史
并在国际上有了迅速发展，目前已出现单机容量
686MW的空冷机组，在干旱地区，空冷机组的发展
尤为迅速，并出现了多种类型，如直接冷却系统，间
接冷却系统，干湿冷却系统等。随着水资源短缺现象
愈加严重，发电厂空冷技术必将成为发电厂建设中的
热门话题。
本文主要对间接空冷系统进行优化设计，针对以往
空冷系统优化设计中出现的问题，选择不同的估算值
及优化对象。同时，针对太原第二热电厂空冷系统冬
季个别管子易冻裂的问题，将直接空冷系统的优点与
间接空冷系统结合起来，构造一种新型的冷却三角结
构，并对其传热性能及防冻进行分析研究。
A dry tower is a tower in which no direct contact
between the air and water is allowed, the packing of the
conventional et?tower being replaced by heat
exchangers. Because of its much less water loss compared
to wet tower, dry tower can operate on many sites where
wet towers are impossible due to the unavailability of the
necessary external water supply. As the number of
suitable sites for wet towers on rivers, lakes and estuaries
decrease with the expansion of industrialization, so dry
towers become increasingly attractive.
It is common practice for heat exchangers to be
designed for ease of manufacturing. Although used for all
kinds of applications, the geometry remains fixed and the
desired duty is achieved by adjusting the heat transfer
area. However the above procedure is not satisfactory for
instance on thermodynamic grounds.
A project to redesign and optimize water梐ir heat
exchanger elements was initiated, that includes analytical
optimization of the heat exchanger geometry,
computation of the structure of dry tower
In this thesis, A new type structure of cooler was
elected. And its character of heat transfer as well as the
measure of protecting pipe from freezing was studied.
参数汽轮机组不断增加，这些机组在燃用大量煤炭的
同时，也耗用大量的水资源。电力工业的发展速度、
建设规模、规划、布局本应于国民经济的发展相适应，
但由于受煤和水资源的制约而不能合理安排。在富煤
地区，往往由于缺水而不能兴建电厂。因此，丰富的
煤炭资源不能尽早开发和利用。这在宏观经济上无疑
是极大的损失。发电厂汽轮机凝汽设备系统采用的空
冷系统（发电厂空冷系统）就是解决“富煤缺水” 地
区或干旱地区建设火力发电厂而逐步发展起来的。
发电厂空冷技术从提出到现在已有50余年的历史
并在国际上有了迅速发展，目前已出现单机容量
686MW的空冷机组，在干旱地区，空冷机组的发展
尤为迅速，并出现了多种类型，如直接冷却系统，间
接冷却系统，干湿冷却系统等。随着水资源短缺现象
愈加严重，发电厂空冷技术必将成为发电厂建设中的
热门话题。
本文主要对间接空冷系统进行优化设计，针对以往
空冷系统优化设计中出现的问题，选择不同的估算值
及优化对象。同时，针对太原第二热电厂空冷系统冬
季个别管子易冻裂的问题，将直接空冷系统的优点与
间接空冷系统结合起来，构造一种新型的冷却三角结
构，并对其传热性能及防冻进行分析研究。
A dry tower is a tower in which no direct contact
between the air and water is allowed, the packing of the
conventional et?tower being replaced by heat
exchangers. Because of its much less water loss compared
to wet tower, dry tower can operate on many sites where
wet towers are impossible due to the unavailability of the
necessary external water supply. As the number of
suitable sites for wet towers on rivers, lakes and estuaries
decrease with the expansion of industrialization, so dry
towers become increasingly attractive.
It is common practice for heat exchangers to be
designed for ease of manufacturing. Although used for all
kinds of applications, the geometry remains fixed and the
desired duty is achieved by adjusting the heat transfer
area. However the above procedure is not satisfactory for
instance on thermodynamic grounds.
A project to redesign and optimize water梐ir heat
exchanger elements was initiated, that includes analytical
optimization of the heat exchanger geometry,
computation of the structure of dry tower
In this thesis, A new type structure of cooler was
elected. And its character of heat transfer as well as the
measure of protecting pipe from freezing was studied.
引文
1 马义伟，刘纪福，钱辉广，空气冷却器．北京：化学工业出版社，1982年
2 张鸿坚，空冷发电厂热力设计与分析．中国电机工程学报 VOL．12．NO．4
3 张鸿坚，空冷系统经济性分析．中国电机工程学报 1996．6
4 杨世铭，传热学．高等教育出版社．1992年
5 马义伟，电站空冷若干专题的讨论．哈尔滨工业大学能源科学与工程学院，1998年8月
6 太原第二热电厂四期工程初步设计说明书，第七卷 水工部分 山西省电力勘测设计院．1990年3月
7 丁尔谋，发电厂空冷技术．水力电力出版社 1992年
8 史佑吉，冷却塔运行与试验．水力电力出版社 1990年
9 中国电机工程学会火力发电分会空冷技术专委会学术交流会 论文集 1998年
10 第二次国际空冷技术研讨会，山西五台山，1995年8月
11 汤蕴琳，南非大型空冷电站．电力建设 1990 12
12 兰州石油机械研究所，换热器 下册(空气冷却器部分)．北京：烃加工出版社 1990年5月
13 (日)尾花英朗．热交换器设计手册．北京：烃加工出版社，1992年
14 上海机械学院锅炉教研室，单相流体在并联管组中的流量分布和热偏差的理论及计算．
15 彭继业．表面式凝汽器间接空冷系统可靠性及优化设计探讨．中国电力，1996年，No．2
16 中国电力总公司 郑企仁，关于国内外空冷技术发展概况和中国空冷机组发展前景．山西电力技术1996年第1期
17 山西省电力勘测设计院 李勤明，太原第二热电厂表凝式间接空冷系统空冷塔的结构设计．山西电力技术1996年第1期
18 重庆大学 郑体宽，热力发电厂(第一版)．水力电力出版社．1986年
19 O. FISCHER, K. H. BUCHER Swiss Federal Institute for Reactor Research. Analytical and Experimental Thermal-Hydraulic Optimization of Finned Tube Bundle Heat Exchangers for Dry Cooling Towers
20 Bartz J. A. Dry Cooling of Power Plants—a mature technology power engineering, 1988
21 Knirsch H. Design and Construction of Large Direct Dry Cooled Units for Power Plants. ASME Joint Power Conference, 1990
22 Norbert Berger. Dry Cooling Systems for Large Power Stations, October, 1993. Beijing, CHINA
23 U. Schlunder. Heat Exchanger Design Handbook. Vol. 3, Thermal and Hydraulic Design of Heat Exchanger, 1993
24 A. J. Ham, South Africa advances dry cooling to 600MW UNITS.
25 B. Trage, F. J. Hintzen. Design and Construction of plants with Indirect Dry Cooling Systems.
26 D. Tremmel, H. Stetter, Turbine Design Relative to Dry-Cooling at Matimba
27 傅松、王福禄、刘宝兴，空冷电站哈蒙系统的热力计算。山西电力技术 1996年第4期
28 史美中、王中铮，热交换器原理与设计。东南大学出版，1989年
2 张鸿坚，空冷发电厂热力设计与分析．中国电机工程学报 VOL．12．NO．4
3 张鸿坚，空冷系统经济性分析．中国电机工程学报 1996．6
4 杨世铭，传热学．高等教育出版社．1992年
5 马义伟，电站空冷若干专题的讨论．哈尔滨工业大学能源科学与工程学院，1998年8月
6 太原第二热电厂四期工程初步设计说明书，第七卷 水工部分 山西省电力勘测设计院．1990年3月
7 丁尔谋，发电厂空冷技术．水力电力出版社 1992年
8 史佑吉，冷却塔运行与试验．水力电力出版社 1990年
9 中国电机工程学会火力发电分会空冷技术专委会学术交流会 论文集 1998年
10 第二次国际空冷技术研讨会，山西五台山，1995年8月
11 汤蕴琳，南非大型空冷电站．电力建设 1990 12
12 兰州石油机械研究所，换热器 下册(空气冷却器部分)．北京：烃加工出版社 1990年5月
13 (日)尾花英朗．热交换器设计手册．北京：烃加工出版社，1992年
14 上海机械学院锅炉教研室，单相流体在并联管组中的流量分布和热偏差的理论及计算．
15 彭继业．表面式凝汽器间接空冷系统可靠性及优化设计探讨．中国电力，1996年，No．2
16 中国电力总公司 郑企仁，关于国内外空冷技术发展概况和中国空冷机组发展前景．山西电力技术1996年第1期
17 山西省电力勘测设计院 李勤明，太原第二热电厂表凝式间接空冷系统空冷塔的结构设计．山西电力技术1996年第1期
18 重庆大学 郑体宽，热力发电厂(第一版)．水力电力出版社．1986年
19 O. FISCHER, K. H. BUCHER Swiss Federal Institute for Reactor Research. Analytical and Experimental Thermal-Hydraulic Optimization of Finned Tube Bundle Heat Exchangers for Dry Cooling Towers
20 Bartz J. A. Dry Cooling of Power Plants—a mature technology power engineering, 1988
21 Knirsch H. Design and Construction of Large Direct Dry Cooled Units for Power Plants. ASME Joint Power Conference, 1990
22 Norbert Berger. Dry Cooling Systems for Large Power Stations, October, 1993. Beijing, CHINA
23 U. Schlunder. Heat Exchanger Design Handbook. Vol. 3, Thermal and Hydraulic Design of Heat Exchanger, 1993
24 A. J. Ham, South Africa advances dry cooling to 600MW UNITS.
25 B. Trage, F. J. Hintzen. Design and Construction of plants with Indirect Dry Cooling Systems.
26 D. Tremmel, H. Stetter, Turbine Design Relative to Dry-Cooling at Matimba
27 傅松、王福禄、刘宝兴，空冷电站哈蒙系统的热力计算。山西电力技术 1996年第4期
28 史美中、王中铮，热交换器原理与设计。东南大学出版，1989年