初探直接空冷機(jī)組冷端傳熱特性

范瑞卿

（河北省電力建設(shè)第一工程公司，河北 石家莊050000）

0 引言

在一些環(huán)境比較特殊的地段，比如煤炭資源豐富，但是水源總量不足，在建設(shè)新電廠的時候，往往使用直接空冷系統(tǒng)作為機(jī)組凝汽設(shè)備。在正常的生產(chǎn)過程期間，汽輪機(jī)的背壓很難得到控制，容易出現(xiàn)高壓現(xiàn)象，這一現(xiàn)象在夏天尤為嚴(yán)重，這在很大程度上影響著直接空冷機(jī)組的安全運(yùn)行。傳統(tǒng)的直接空冷機(jī)組汽輪機(jī)背壓下降的方法就是在機(jī)組中裝置噴水系統(tǒng)，但是一旦升高嚴(yán)重，這一方法將不能有效控制背壓升高，進(jìn)而嚴(yán)重影響機(jī)組的正常運(yùn)行。這是因為噴水裝置的噴水量是有一定限度的，不能從根本上解決背壓過高這一問題，只能對此現(xiàn)象進(jìn)行控制，并且這一現(xiàn)象還會造成直接空冷機(jī)組背部出現(xiàn)水垢，不利于散熱器的正常工作。為了從根本上解決這一問題，我們必須創(chuàng)新和發(fā)展提高直接空冷機(jī)組冷端傳熱性能的方法。

1 直接冷空機(jī)組的工作原理

直接冷空機(jī)組的工作原理就是通過外界的空氣對汽輪機(jī)組的發(fā)電機(jī)進(jìn)行冷卻。該冷卻裝置主要有五部分組成，排汽管道、空冷凝汽器、真空抽氣系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)和沖洗系統(tǒng)。在這五部分系統(tǒng)中，空冷凝汽器是最關(guān)鍵的部分，該系統(tǒng)主要由兩部分組成，主凝汽器和輔助凝汽器，這兩部分主要是輔助凝汽器借用外界的空氣對汽輪機(jī)進(jìn)行冷卻降壓。凝汽器是對工作環(huán)境的要求較高，作為直接冷空機(jī)組最關(guān)鍵的部分，凝汽器的工作性能將直接影響著直接空冷機(jī)組整體的運(yùn)行性能。一般的主凝汽器設(shè)計為汽水順流式，輔助凝汽器設(shè)計成汽水逆流式。汽輪機(jī)的排放的汽體絕大都是通過主凝汽器，只有少部分排汽通過輔助凝汽器。同時在輔助凝汽器的逆流管道部位裝置真空系統(tǒng)，通過真空系統(tǒng)保證系統(tǒng)擁有足夠的真空度，這樣能夠有效規(guī)避較低溫度下管道凍結(jié)的發(fā)生。

2 直接空冷機(jī)組的增容改造

我國早期的直接空冷機(jī)組存在很多問題，比如空冷系統(tǒng)散熱面積太小，過小的散熱面積不能滿足實際生產(chǎn)的需求，同時汽輪機(jī)和匹配的空冷散熱系統(tǒng)很不理想，這樣就導(dǎo)致了在較高溫度下汽輪機(jī)背壓相對較高的現(xiàn)象，這一現(xiàn)象在夏季最為嚴(yán)重。傳統(tǒng)的降壓方法就是在機(jī)組中裝置噴水系統(tǒng)，裝置噴水裝置能夠在一定范圍內(nèi)控制汽輪機(jī)背壓升高，但是一旦升高嚴(yán)重，這一方法將不能有效控制背壓升高，還會嚴(yán)重影響正常的生產(chǎn)運(yùn)行。這是因為噴水裝置的噴水量是有一定限制的，不能從根本上解決這一問題，只能對此現(xiàn)象控制，并且這一現(xiàn)象還會造成直接空冷機(jī)組背部出現(xiàn)水垢，不利于散熱器的正常工作。要想從根本上解決這一問題我們就需要提高汽輪機(jī)冷端散熱性能，主要采取如下的幾種方式：第一，直接空冷機(jī)組改造方案；第二，面式間接空冷改造方案；第三，蒸發(fā)式尖峰冷卻器系統(tǒng)方案。下面我們對這三種方案進(jìn)行詳細(xì)的分析研究。

2.1 直接空冷機(jī)組改造方案

這一方案主要是通過增加風(fēng)機(jī)單元的數(shù)量，直接的增加直接空冷系統(tǒng)散熱面積的目的，從而提高直接空冷機(jī)組散熱的性能。直接空冷系統(tǒng)突破了常規(guī)的做法，通過改變二次換熱所需要的中間冷卻介質(zhì)，直接空冷系統(tǒng)是通過凝汽器接受來自汽輪機(jī)的排汽，然后借助外界的空氣將排汽直接冷凝成水滴，通過這樣的方式增大散熱面積。所以，要想更好的實現(xiàn)直接空冷系統(tǒng)在高溫下降低汽輪機(jī)的背壓，就要對排汽管道，凝水管道和抽真空管道進(jìn)行創(chuàng)新和優(yōu)化。這種方案是基于原設(shè)備基本不變的情況下進(jìn)行的，所以改變的優(yōu)化的措施可能在一定程度上對發(fā)電機(jī)出線和存在于空冷平臺下的設(shè)備造成一定程度的影響。

2．2 表面式間接空冷改造方案

這一方案的工作原理主要是發(fā)揮了凝結(jié)水泵的作用。通過分流一部分蒸汽，讓分流的這部分蒸汽流經(jīng)循環(huán)冷凝水的過程中轉(zhuǎn)變成水滴，然后再通過這些凝結(jié)水通過汽輪機(jī)的回?zé)嵯到y(tǒng)，這樣就會帶走汽輪機(jī)較多的熱量，然后通過凝結(jié)水泵，將這部分凝結(jié)水輸送到通風(fēng)塔，通過外界的空氣對這部分凝結(jié)水進(jìn)行冷卻，然后溫度降低的凝結(jié)水就會再次被利用到表面式凝汽器中，這樣不斷的循環(huán)實現(xiàn)汽輪機(jī)背壓下降的目的。所以要想更好的發(fā)揮這一原理來降低汽輪機(jī)背壓，就需要對凝汽器和凝結(jié)水泵和通風(fēng)塔進(jìn)行創(chuàng)新和優(yōu)化。但是這一方案設(shè)計中牽扯到的設(shè)備可能會使用到較多的面積。并且整個設(shè)備的創(chuàng)新和優(yōu)化過程中投入的成本也會相對較多。

2．3 蒸發(fā)式尖峰冷卻器系統(tǒng)改造方案

蒸發(fā)式尖峰冷卻器的工作原理是基于傳熱學(xué)理論進(jìn)行的，這一系統(tǒng)主要由三部分組成：換熱模塊部分，水蒸汽循環(huán)系統(tǒng)和動力風(fēng)機(jī)部分組成。這些部分共同完成的工作就是制造水蒸汽，利用水蒸汽換熱代替原來的濕熱換熱方式。這樣蒸發(fā)式尖峰冷卻器系統(tǒng)就能夠使用很少量的水蒸汽滿足換熱需求，系統(tǒng)在原來的主排汽管道上另接管道，然后將加熱的水蒸汽輸送到冷凝器中心冷卻，然后被冷卻的凝結(jié)水再被輸送到排汽裝置中，管道外壁的水吸收管道內(nèi)的水蒸汽攜帶的熱量蒸發(fā)變成水蒸汽，然后借助風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的動力排放到外界空氣中去。該系統(tǒng)由于裝有抽真空管線，在汽輪機(jī)背壓較高時，尤其是在炎熱的夏季，打開閥門使一部分水蒸汽流經(jīng)主凝汽器，少部分水蒸汽流經(jīng)輔助凝汽器，這樣就能在一定程度上減緩直接空冷散熱器的工作壓力，從而能有效的降低汽輪機(jī)背壓。

綜合分析研究以上三種方案，可見蒸發(fā)式尖峰冷卻系統(tǒng)這一方案是最佳方案。但是在進(jìn)行方案的選擇時要注意，不同的場所，資源環(huán)境不同，使用的方案往往是不同的。

3 結(jié)語

雖然最佳的方案是蒸發(fā)式尖峰冷卻系統(tǒng)，但是這一系統(tǒng)在溫度不高的階段，會出現(xiàn)系統(tǒng)增容過大而出現(xiàn)機(jī)組阻塞背壓部分，這樣增加系統(tǒng)的容積將不能達(dá)到理想的效果。但是總體上來說，使用蒸發(fā)式尖峰冷卻系統(tǒng)，能夠很好的實現(xiàn)在高溫尤其是夏季，有效控制直接空冷機(jī)組背壓不至于過高，使直接空冷機(jī)組冷端傳熱的特性得到優(yōu)化。

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