进入21世纪后，国内经济发展迅猛，电力需求日趋增加，国家开始大规模兴建火力发电厂，在我国富煤缺水的北方地区，直接空冷机组愈来愈多地得到推广应用。　　本文在大量调研国内外火力发电厂空冷机组的发展和技术现状的基础上，对直接空冷系统和间接空冷系统进行了技术性和经济性比较。论文着重介绍了直接空冷系统的冷却原理、基本结构和设计要点，以及单排管凝汽器的生产制造工艺过程和性能特点。同时建立了一个可以在热态条件下模拟空冷凝汽器的的热态实验和测试系统，进行了凝汽器的传热性能实验研究。得到了在不同迎面风速下，翅片管周围空气速度和温度分布，得出了翅片管的气侧换热和流动阻力性能。　　本文还运用年综合法对直接空冷机组的换热面积和迎面风速行了设计优化研究。鉴于空冷机组固定投资和运行费用两方面的因素，根据热力学和热经济学原理建立了以年度费用最小为目标的目标函数，除综合了年运行费用和投资费用，还考虑了残值、贴现率、工程经济服务年限和设备折旧率，对每项分别推导出了求解的公式，得出了更加合理空冷方案。　　最终，结合我国自主研发的首台600MW直接空冷机组，对北方典型气候条件下直接空冷机组的控制运行、凝汽器的防冻和风集群噪声等关键问题进行了研究和分析，并提出了最终的解决方案，以提高600MW直接空冷机组的安全和经济运行水平。