直接空冷機(jī)組空冷島運(yùn)行優(yōu)化探討

史 超

（神華陜西國華錦界能源有限責(zé)任公司，陜西 榆林 719319）

本文根據(jù)空冷風(fēng)機(jī)的運(yùn)作模式，設(shè)計(jì)出機(jī)組空冷島運(yùn)行優(yōu)化的概念模型，并以600MW直接空冷機(jī)為例，對(duì)其進(jìn)行了設(shè)備性能的運(yùn)算和優(yōu)化，最后明確了空冷島體系內(nèi)冷卻風(fēng)機(jī)的優(yōu)化運(yùn)作形式以及背壓最佳方式。

一、機(jī)組空冷島運(yùn)作機(jī)制

相關(guān)文獻(xiàn)闡釋，當(dāng)機(jī)組處于一定的溫度條件下，其負(fù)荷的不同會(huì)帶來不同的風(fēng)量、風(fēng)機(jī)數(shù)目以及運(yùn)作風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)速，但是有關(guān)風(fēng)量和背壓的最佳數(shù)據(jù)卻無法確定。此外，還有數(shù)據(jù)資料顯示：當(dāng)環(huán)境外在因素不一致時(shí)，讓一項(xiàng)機(jī)組背壓得以維持的就是風(fēng)量與負(fù)荷之間的內(nèi)在聯(lián)系，而在機(jī)組的負(fù)荷和熱力指數(shù)一致的情況下，汽輪機(jī)設(shè)備的背壓會(huì)對(duì)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性能產(chǎn)生一定的影響，背壓是受汽輪設(shè)備的排放量還有冷風(fēng)機(jī)的風(fēng)量共同影響的。當(dāng)機(jī)組的負(fù)重和環(huán)境因素一致的時(shí)候，隨著風(fēng)量的遞增，風(fēng)機(jī)的損耗也會(huì)遞增，二者成正比遞增或遞減，但是需要指出的是，一旦風(fēng)機(jī)的風(fēng)量遞減，損耗雖然減小，但是背壓會(huì)變大，經(jīng)濟(jì)性急劇下降。

二、空冷島季節(jié)性運(yùn)作分析

（一）冬季運(yùn)行特點(diǎn)

冬季氣溫驟降，空氣的凝結(jié)裝置特別容易出現(xiàn)大規(guī)模的冷凍故障，常常為機(jī)組的安全功能和經(jīng)濟(jì)效益帶來負(fù)面影響，可能造成空冷島凍結(jié)的原因可以歸為以下幾點(diǎn)：

首先可能受到熱負(fù)荷不均勻的影響。由于空冷凝結(jié)設(shè)備多采用多排管束運(yùn)作，管束接觸到空氣的時(shí)間各不相同，由此產(chǎn)生的熱量負(fù)荷也就不均勻?？拷L(fēng)向的管束最先接觸到外界冷空氣，導(dǎo)熱的溫差相對(duì)較大，管接口處的壓力比較低；而在外部的管束，在與空氣接觸時(shí)溫差不會(huì)很大，產(chǎn)生的蒸汽比較少，管口的壓力非常大，熱量負(fù)荷比較小，正是由于這種不平衡，非常容易出現(xiàn)管道內(nèi)部空氣滯留的死角，不能凝結(jié)的氣體沒有辦法很好的被排放出去，堆積在管道里面。背壓的增加直接干擾到管束內(nèi)部的換熱機(jī)制，帶來一系列的灌輸冷凍現(xiàn)象。如圖1所示，即空冷凝汽裝置構(gòu)造以及熱負(fù)荷的示意圖。

另外一種可能的情況就是蒸汽的流量較低以及冷空機(jī)量過度。一旦溫度達(dá)到零下四十度的極限狀態(tài)時(shí)，蒸汽想要形成凝結(jié)的時(shí)間變短，管束內(nèi)極容易形成蒸氣滯留。同時(shí)，即便空冷器內(nèi)部的蒸汽流量沒有超出預(yù)計(jì)的范圍，運(yùn)作流程中的任一行為不當(dāng)都會(huì)造成冷凍現(xiàn)象。

（二）冬季冷凍的解決途徑

第一，發(fā)現(xiàn)背壓過高時(shí)，及時(shí)開啟抽氣機(jī)制，將無法凝結(jié)的氣體抽出，避免在管束內(nèi)部形成死角。

第二，機(jī)組處于常規(guī)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，風(fēng)機(jī)的負(fù)重要及時(shí)關(guān)注，適時(shí)的降低其負(fù)荷，間隔一段時(shí)間就要清理風(fēng)機(jī)外側(cè)的凍霜，將定時(shí)測(cè)量的空冷管道溫度繪制成觀察表，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。

圖1 空冷凝汽裝置構(gòu)造以及熱負(fù)荷示意圖

圖2 不同溫度下風(fēng)量與機(jī)組背壓關(guān)系示意圖

圖3 不同環(huán)境溫度下汽輪排氣量與機(jī)組背壓關(guān)系示意圖

圖4 不同排氣量與溫度狀態(tài)下與機(jī)組背壓關(guān)系圖

圖5 不同排氣量下風(fēng)量與機(jī)組背壓關(guān)系圖

圖6 不同機(jī)組負(fù)荷與溫度狀態(tài)下冷卻風(fēng)機(jī)的最佳轉(zhuǎn)速示意圖

圖7 不同機(jī)組負(fù)荷與溫度狀態(tài)下的最佳背壓示意圖

第三，空冷島熱負(fù)荷溫度太低引起的管道冷凍要即時(shí)關(guān)閉百葉窗裝置，在管道內(nèi)部鋪設(shè)擋板。控制空冷島的熱負(fù)荷在安全的范圍間，保障其安全運(yùn)作。

（三）空冷島夏季運(yùn)作特點(diǎn)

夏季溫度較高，空氣所含的雜質(zhì)也較多，空冷島在夏季常出現(xiàn)的問題主要集中在以下三部分：

第一，夏季由于空氣較濕潤溫度高，蒸汽同空氣的換熱比例不如冬季，晝夜溫差的巨大差異也造成了空冷島背壓的起伏變化。

第二，外界環(huán)境的風(fēng)也是影響空冷島夏季性能的一個(gè)主要源頭?？绽滹L(fēng)機(jī)在起始接口的位置產(chǎn)生負(fù)壓區(qū)域，原本應(yīng)該吸引到風(fēng)機(jī)的氣體停滯在負(fù)壓區(qū)域，冷卻效果大不如前。另一方面，環(huán)境風(fēng)沿著空冷體系形成負(fù)壓也會(huì)造成熱體回流。

第三，空冷島內(nèi)部管束較多，間距狹小。時(shí)間越長，積壓的灰塵雜質(zhì)就會(huì)越多，傳熱也會(huì)受到干擾，機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益也會(huì)受到影響。

（四）優(yōu)化措施

首先要運(yùn)作抽氣機(jī)制，將蒸汽實(shí)現(xiàn)凝結(jié)，空冷島背壓較高的時(shí)候，運(yùn)作抽氣裝置，及時(shí)將管道中的無效氣體排除，以此實(shí)現(xiàn)機(jī)組的安全運(yùn)行。其次要定期清理灌輸內(nèi)的積塵。最后就是強(qiáng)化冷卻系統(tǒng)，降低溫度和排壓力，實(shí)現(xiàn)機(jī)組性能的優(yōu)化。

三、實(shí)例剖析

這里拿600MW直接冷機(jī)組舉例說明，空冷風(fēng)機(jī)攜帶變頻功能，汽輪的壓力排量為15kPa，排氣量規(guī)格為400ka/s，空冷凝結(jié)裝置散熱設(shè)計(jì)為1600000m2，迎風(fēng)部分為13000m2，風(fēng)速設(shè)置為2m/s。

（一）溫度因素以及風(fēng)量對(duì)機(jī)組的影響

機(jī)組的排汽流量不變，空冷器風(fēng)速與溫度改變對(duì)背壓的影響如圖2所示。明顯看出，溫度不同，風(fēng)速與背壓成反比姿態(tài)，風(fēng)速越高，被壓受影響越小。

（二）汽輪裝置的排氣量與溫度對(duì)機(jī)組的影響

圖3顯示的是機(jī)組背壓量伴隨汽輪裝置流量的遞增而遞增，并且溫度越高，變化的趨勢(shì)越為明顯。圖4顯示，機(jī)組背壓與環(huán)境溫度成正比遞增，同時(shí)汽輪排量越大，機(jī)組背壓的遞增就越明顯。

（三）風(fēng)量與汽輪排氣量對(duì)機(jī)組的影響

溫度設(shè)定一致，正如圖4所示，迎面風(fēng)速遞增，機(jī)組的背壓明顯下降；然而風(fēng)量驟增時(shí)，下降的情況變得不再明顯，趨于平緩。這也側(cè)面說明了，風(fēng)量的增加對(duì)于機(jī)組背壓的影響并不大。

（四）優(yōu)化方案

如圖6與圖7顯示，一旦溫度低于零度，汽輪最佳背壓即處于極致狀態(tài)下的背壓，其同時(shí)擁有最好的旋轉(zhuǎn)速度。伴隨溫度的改變、溫度升高整個(gè)機(jī)制的最佳背壓升高后，空冷風(fēng)機(jī)要選取一定負(fù)荷以及溫度狀態(tài)下最樂觀的旋轉(zhuǎn)速度，以此來弱化汽輪機(jī)背壓運(yùn)行產(chǎn)生的風(fēng)機(jī)工作效率，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的飛躍。

結(jié)語

直接空冷機(jī)組在我國的各個(gè)區(qū)域都得到了快速的應(yīng)用和發(fā)展，但是在其實(shí)際運(yùn)作中還是會(huì)出現(xiàn)一系列的問題，熱空氣回流、受熱面遭遇污染、易冷凍等問題都會(huì)影響到機(jī)組的運(yùn)作安全和經(jīng)濟(jì)效益。文章結(jié)合實(shí)際中常遇到的問題對(duì)于直接空冷機(jī)組在冬夏兩季的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行分析，并提出了優(yōu)化的方案，對(duì)于其安全性能的提升是非常有益的。同時(shí)，本文針對(duì)600MW空冷機(jī)組其風(fēng)量、溫度以及汽輪機(jī)排量等數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線制圖，更加直觀驗(yàn)證文中的觀點(diǎn)以及優(yōu)化策略的可行性，對(duì)于最佳背壓的探索也得到應(yīng)有的答案。

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