傳統的水冷燃煤發電機組的耗水量可高達4.96 kg / kWh。除了對環境的影響外，在過去的幾十年中，中國燃煤發電機組的快速增長加劇了水資源短缺。特別是在華北地區，這里成了世界上最干旱的地區之一，而新建成的發電機組則位于其中。為了克服燃煤發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水效益的風冷冷凝器（ACC）在華北地區廣泛應用。目前，運行中的風冷燃煤發電機組已超過80 GW，占燃煤發電機組總裝機容量的13％。其中大多數是300 MW以上的大型直接空冷機組，包括世界上最大的1000 MW超臨界直接空冷發電機組。

圖為600 MW亞臨界發電機組風冷島的表面壁溫度分布。

由于周圍空氣代替水作為發電機組直接空冷式冷凝器中的冷卻介質，因此大氣環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致ACC發電單元的排氣蒸汽壓力的增加。盡管有節水效益，但與水冷發電機組相比，ACC發電機組的煤炭消耗將明顯增加。尤其針對華北地區的氣候、氣象和環境，必須考慮一系列問題，以確保ACC發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之一。然而，大面積的風冷使得布置足夠的溫度監測點以反映風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，這種技術被用來監測風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發電機組進行了現場測試以獲得實際結果。

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

通過紅外熱成像技術，對華北地區典型的直接空冷發電機組的風冷冷凝器的表面溫度分布進行了監測。根據監測結果，分析了冬季和夏季環境溫度，翅片管束表面結垢和自然風對ACC機組性能的影響。總結為以下5點：

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

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

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

（3）在蒸汽管道內部沒有導流裝置的情況下，渦流可能會對進入ACC的蒸汽產生阻力，從而導致尾流在翅片管束內部的分布不均勻，并且蒸汽管道入口附近的ACC的熱負荷較低。另一方面，當環境溫度低于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島的多余冷卻區域增加了對翅片管的威脅。

圖為300 MW亞臨界發電機組ACC多排翅片管束的內表面溫度分布。

（4）ACC的表面結垢會導致表面溫度升高，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電裝置的性能。通過ACC典型區域中的表面溫度分布，可以發現易于積垢的區域。

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

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.