環(huán)境影響下的直接空冷系統(tǒng)運行特性研究

（北京朗潤源泉科技有限公司，北京 100086）

環(huán)境影響下的直接空冷系統(tǒng)運行特性研究

劉 斌

（北京朗潤源泉科技有限公司，北京 100086）

直接空冷系統(tǒng)運行的性能好壞主要反映在凝汽器的壓力上，凝汽器壓力過大會影響直接空冷系統(tǒng)的運行，而環(huán)境的變化會影響到凝汽器的壓力，因此環(huán)境因素是影響直接空冷系統(tǒng)運行的關(guān)鍵所在。本文首先介紹了直接空冷系統(tǒng)的基本知識，研究了環(huán)境氣溫、環(huán)境風(fēng)速、風(fēng)向?qū)χ苯涌绽湎到y(tǒng)運行特性的影響，發(fā)現(xiàn)在凝汽器熱負荷固定的情況下，凝汽器的壓力與環(huán)境氣溫和環(huán)境風(fēng)速均成正比例的關(guān)系，力求為直接空冷系統(tǒng)的有效運行提供理論參考。

直接空冷系統(tǒng)；運行；凝汽器

在我國很多的煤炭資源豐富地區(qū)缺乏足夠的水資源，因此常規(guī)的以循環(huán)冷卻水冷凝系統(tǒng)的機組無法得到實際應(yīng)用，在這樣的背景下，誕生了以空氣冷凝系統(tǒng)為核心的機組，按照冷凝方式分為直接冷凝系統(tǒng)和間接冷凝系統(tǒng)，其中直接空冷系統(tǒng)換熱發(fā)生在空冷凝汽器內(nèi)，且只有一次，換熱發(fā)生在表面，因此受環(huán)境因素的影響較大。可見在直接空冷系統(tǒng)中空冷凝汽器是最核心的部分，其性能和運行狀態(tài)的好壞直接影響到系統(tǒng)的性能和運行狀態(tài)。

1 直接空冷系統(tǒng)運行特性

一般來說，凝汽器的壓力與環(huán)境因素的關(guān)系可用如下關(guān)系式（1）表示：

在空冷系統(tǒng)工作狀態(tài)下，首先，假設(shè)機組的的功率保持不變，如果排汽壓力增加，勢必增加排汽量，同時，排汽冷凝潛熱減少。但冷凝潛熱的變化不明顯，因此排汽熱負荷會相應(yīng)增加。即排汽熱負荷增加，排汽壓力增加，反之，排汽熱負荷降低，排汽壓力降低。當(dāng)環(huán)境氣溫升高時，空冷器進口空氣溫度會相應(yīng)升高，導(dǎo)致凝汽器內(nèi)冷凝溫度升高，凝汽器壓力增加。在環(huán)境風(fēng)速、風(fēng)向影響下，空冷器迎風(fēng)面風(fēng)速會受到影響，從而影響凝汽器壓力。

2 環(huán)境因素對直接空冷系統(tǒng)運行的影響

2.1 環(huán)境氣溫對直接空冷系統(tǒng)運行的影響

圖1 不同熱負荷下的冷凝溫度隨環(huán)境溫度變化曲線

圖2 不同熱負荷下的凝汽器壓力隨環(huán)境溫度變化曲線

圖3 不同環(huán)境風(fēng)速下冷凝溫度隨環(huán)境溫度變化曲線

以某熱電廠的直接空冷系統(tǒng)運行狀態(tài)為例，研究環(huán)境氣溫對直接空冷系統(tǒng)運行的影響。圖1、圖2分別為在不考慮環(huán)境風(fēng)速、風(fēng)向等因素的影響時，不同熱負荷下的冷凝溫度和凝汽器壓力隨環(huán)境溫度變化曲線，從圖1中可以看出，冷凝溫度隨環(huán)境溫度的升高而升高，且二者之間呈現(xiàn)正比例的關(guān)系；從圖2中可看出，在不考慮環(huán)境風(fēng)速、風(fēng)向等因素的影響時，凝汽器的壓力隨環(huán)境溫度的升高而增加，且機組本身熱負荷越大，凝汽器隨環(huán)境溫度升高而增加的幅度也越大。從圖2中還可看出，在固定的熱負荷下，當(dāng)環(huán)境溫度升高至30℃以上時，凝汽器的壓力一般都在20kPa以上，如此高的背壓會影響整個機組的有效運行，運行效率下降、浪費資源且有安全隱患，因此在環(huán)境溫度相對較高的夏季，要使系統(tǒng)安全有效的運行就必須使機組非滿負荷運行，從而通過降低熱負荷的方式來降低凝汽器的壓力。

圖4 不同環(huán)境風(fēng)速下的凝汽器壓力隨環(huán)境溫度變化曲線

2.2 環(huán)境風(fēng)速、風(fēng)向作用對直接空冷系統(tǒng)運行的影響

環(huán)境風(fēng)速和風(fēng)向會對空氣冷凝器進口的空氣流速產(chǎn)生影響，一般環(huán)境風(fēng)速越大，導(dǎo)致空冷器進口的空氣流速越小，從而空冷器迎面風(fēng)速也越小?？绽淦饔骘L(fēng)速的大小是影響冷卻空氣流量大小的最主要因素，冷卻空氣流量越大則散熱效果越好?；谝陨系目紤]，一般在設(shè)計空冷系統(tǒng)時，將進風(fēng)口面向夏季的主導(dǎo)風(fēng)向，保證爐后空冷島方向風(fēng)速、風(fēng)頻率越小越好。

在研究凝汽器壓力在環(huán)境風(fēng)影響下的變化規(guī)律時，要通過數(shù)值模擬的方式來得出不同環(huán)境風(fēng)速、風(fēng)向下的空冷島的流場和溫度場，計算出空冷器的迎面風(fēng)速以及入口溫度，從而得出冷凝溫度和凝汽器壓力隨著迎面風(fēng)速和空冷器進

口空氣溫度的變化規(guī)律，將相關(guān)的數(shù)值化成曲線圖，以利于直觀地分析這一規(guī)律。

圖3、圖4分別為在固定熱負荷下的冷凝溫度與凝汽器壓力隨空冷器迎面風(fēng)速和空冷器進風(fēng)口空氣溫度的變化曲線。從圖4中可以看出，在同樣的空冷器進口溫度下，冷凝溫度隨著迎面風(fēng)速的升高而降低，而同樣的迎面風(fēng)速，空冷器進口溫度越高則冷凝溫度越高。從圖5中可以看出，在空冷器進口溫度處于低溫時，凝結(jié)器壓力變化隨迎面風(fēng)速的變化趨勢不明顯，而空冷器進口溫度越高，則表現(xiàn)為凝結(jié)器的壓力隨迎面風(fēng)速不同變化幅度較大，且迎面風(fēng)速越小，凝汽器壓力越大，尤其是在環(huán)境溫度上升到30℃以上時，如果迎面風(fēng)速只有1m/s，則凝汽器的壓力會大幅增加，極有可能超過汽輪器末級葉片的背壓限制，導(dǎo)致機組超負荷運行甚至跳閘。從圖3、圖4中可以看出，空冷器迎面風(fēng)速越大，相應(yīng)的空冷器進口溫度越低，可導(dǎo)致凝結(jié)器溫度降低，使機組系統(tǒng)安全、經(jīng)濟地運行。

一般來說，空冷島安置在爐后的位置，在環(huán)境風(fēng)的作用下其工作效率會發(fā)生一定的變化，主要表現(xiàn)為：對系統(tǒng)而言，空冷器的迎面風(fēng)速越大越有利于系統(tǒng)的散熱，而如果環(huán)境風(fēng)速越大，則會影響進風(fēng)口的風(fēng)向，從而導(dǎo)致空冷器的迎面風(fēng)速變小，導(dǎo)致直接空冷系統(tǒng)的冷卻效果變差。所以說，在直接空冷系統(tǒng)運行時，環(huán)境風(fēng)速越小越好。如圖5所示，如果環(huán)境風(fēng)速較小時，空冷島的迎面風(fēng)速可升高到3～4m /s，在這樣的情況下凝汽器的壓力隨環(huán)境溫度升高的幅度較小，可有效保證機組的正常運行。因此，有必要根據(jù)環(huán)境風(fēng)速風(fēng)向?qū)绽鋶u迎風(fēng)面風(fēng)速的影響規(guī)律，進行風(fēng)機變頻調(diào)速，以保證直接空冷機組安全經(jīng)濟運行。

結(jié)語

由于直接空冷系統(tǒng)的冷卻介質(zhì)為外界環(huán)境的空氣，因此，環(huán)境因素對直接空冷系統(tǒng)的運行將產(chǎn)生直接的影響，通過以上分析可知，環(huán)境溫度越高、環(huán)境風(fēng)速越大，直接空冷系統(tǒng)的運行效果越差，反之環(huán)境溫度越低、環(huán)境風(fēng)速越小則會使系統(tǒng)更加經(jīng)濟、安全地運行。因此在直接空冷系統(tǒng)運行時，需要根據(jù)環(huán)境的溫度、環(huán)境風(fēng)速和風(fēng)向來主動采取相應(yīng)的措施，以促進直接空冷系統(tǒng)安全、高效的運行。

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