近年来,我国经济持续快速增长,用电需求也随之不断增加,火力发电是当前最重要的发电方式,传统火力发电消耗了大量宝贵的水。直接空冷技术是火电厂最有效的节水技术,空冷凝汽器作为整个直接空冷系统中最重要的设备,直接影响直接空冷系统的工作效率,因此空冷凝汽器的传热特性及其运行优化的研究非常必要,本文的研究成果对空冷凝汽器的安全高效运行具有一定的指导意义。本文首先对空冷凝汽器管内、管壁和管外的传热过程进行理论分析,发现影响空冷凝汽器冷凝能力的5种因素,即环境温度、环境湿度、环境横向风、太阳辐射和轴流风机的转速。同时,根据理论分析建立仿真模型,通过直接空冷系统的运行实验对其准确性进行验证,计算得空冷凝汽器冷凝能力实验值和仿真值的误差为9.18%,证明误差在可以接受的范围内。其次,利用搭建的模型,分析5种影响因素对空冷凝汽器冷凝能力的影响效果。通过仿真分析发现(1)环境温度和轴流风机转速的变化对空冷凝汽器冷凝能力影响很明显,风机在1.1倍额定转速下的冷凝能力是0.5倍额定转速下冷凝能力的1.6倍,在-25℃时空冷凝汽器冷凝能力约为在30℃时空冷凝汽器冷凝能力的3.75倍;(2)环境湿度和太阳辐射强度的变化对空冷凝汽器冷凝能力的影响较小,对冷凝能力的影响都在0.3%以下;(3)环境横向风速较小时对冷凝能力影响也较小,横向风速为4m/s时,空冷凝汽器冷凝能力仅减少1.2%,环境横向风较大时,对冷凝能力的影响显著增强,环境风速达到12m/s时,冷凝能力下降可达12.6%。然后,利用CFD(Computational Fluid Dynamics)仿真软件,分别对空冷管束外部对流换热过程和管内的冷凝换热过程进行了CFD仿真分析。研究发现:(1)空气在通道内流动,在与高温壁面对流换热过程中,空气的温度不断上升。因为管外的蛇形翅片管的形状,导致靠近翅片根部部分的空气流速接近0,附近的温度也接近基管温度,换热效果不佳。(2)翅片管上各处的温度温差较小,整个翅片管可以视作等温的。(3)在管内冷凝换热过程中,管内的水蒸汽所占的体积分数不断减少,但是在当管内水蒸汽没有冷凝完全之前,由于管内水蒸汽不断冷凝放出大量的热,管内的温度基本保持不变。最后,对空冷凝汽器的运行进行了优化分析,得到如下内容,(1)一般情况下,环境温度变化时,通过分析得到了轴流风机转速的控制方案,使其与汽轮机排汽相匹配;(2)得到了尖峰换热器的投入运行的时间控制方案;(3)得到了空冷凝汽器和尖峰换热器联合运行系统的具体运行策略。