直接空冷機(jī)組空冷島地下進(jìn)風(fēng)技術(shù)分析

【摘要】針對(duì)當(dāng)前空冷機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中所存在的問(wèn)題，指出了通過(guò)空冷島地下進(jìn)風(fēng)的方式。并對(duì)這種進(jìn)風(fēng)方式下的冷凝汽器傳熱性能與汽輪機(jī)背壓兩個(gè)方面所表現(xiàn)出的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了分析，通過(guò)相應(yīng)的理論計(jì)算可以得出散熱器在不同迎風(fēng)速率作用下的傳熱系數(shù)，對(duì)于與環(huán)境的風(fēng)速與風(fēng)溫，凝汽器表現(xiàn)出不同的蒸汽壓力。實(shí)踐的結(jié)果表明，環(huán)境風(fēng)的風(fēng)溫宜選取為25～28℃之間，環(huán)境風(fēng)的風(fēng)速宜選取在2～4m/s之間，此時(shí)可以有效的保證地下冷凝系統(tǒng)的最優(yōu)狀態(tài)，為此進(jìn)一步證實(shí)了直接空冷機(jī)組空冷島地下進(jìn)風(fēng)技術(shù)有著明顯的優(yōu)越性。

【關(guān)鍵詞】空冷機(jī)組；冷空島地下進(jìn)風(fēng)技術(shù)；凝汽器壓力；優(yōu)越性

前言

直接空冷機(jī)組的凝汽器的主要作用在于冷凝汽輪機(jī)所排出的蒸汽，空冷機(jī)組使用空氣進(jìn)行冷卻，為此其冷卻的效果直接受限于環(huán)境因素。相關(guān)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可以知道，當(dāng)空氣溫度每升高1℃，都會(huì)使得凝汽器的蒸汽壓力增加1kPa左右，所帶來(lái)的煤耗發(fā)電量將會(huì)直接損失2.5g/Kwh。當(dāng)前，600MW直接空冷機(jī)組的凝汽器都是布置于距離地面40m左右的空冷平臺(tái)上。由于其進(jìn)風(fēng)口的位置布置得較高，使其受環(huán)境條件的影響相對(duì)較大，極易產(chǎn)生熱風(fēng)的回流與倒灌，如此會(huì)導(dǎo)致凝汽器的翅片夏季在熱風(fēng)作用下加速氧化，冬季時(shí)則會(huì)由于凝結(jié)水冷凝作用導(dǎo)致設(shè)備凍結(jié)?；谏鲜龅闹T多問(wèn)題，相應(yīng)的學(xué)者對(duì)空冷島的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了一些優(yōu)化，通過(guò)地下進(jìn)風(fēng)的方式，有效的緩解了上述的問(wèn)題，其使用效果明顯優(yōu)于直接空冷機(jī)組的冷凝效果。

1、空冷島地下進(jìn)風(fēng)技術(shù)的方案分析

1.1空冷島地下進(jìn)風(fēng)技術(shù)的結(jié)構(gòu)布置

所謂的空冷島地下進(jìn)風(fēng)是將空冷平臺(tái)由高空中移至地面進(jìn)行布置，冷凝器工作過(guò)程中，主要是通過(guò)將環(huán)境空氣通過(guò)地下通道進(jìn)入的方式送至風(fēng)機(jī)的入口處，并在進(jìn)風(fēng)口處設(shè)置相應(yīng)的冷卻裝置與凈化裝置，由于通道處始終處于一種潮濕的環(huán)境之下，為此應(yīng)對(duì)內(nèi)壁進(jìn)行一定的防銹處理，同時(shí)設(shè)置一些簡(jiǎn)單的回收裝置，以方便相應(yīng)的除鹽水的回收，有效的保護(hù)內(nèi)部不受化學(xué)物質(zhì)的侵入，延長(zhǎng)其使用壽命。

1.2影響因素的分析

假設(shè)凝汽器的壓力與熱負(fù)荷保持不變的情況下，當(dāng)空氣的流速與風(fēng)溫發(fā)生改變時(shí)，如此便需要通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)道的流通面積來(lái)保障凝汽器的壓力。實(shí)踐證實(shí)，當(dāng)風(fēng)速增大時(shí)，風(fēng)道的流通面積應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的減小，如此才能有效的維系凝汽器的壓力保持不變。當(dāng)風(fēng)溫升高時(shí)，其風(fēng)道的流通面積也應(yīng)相應(yīng)的減小，從而保障熱負(fù)荷保持不變。因此為了有效的保障凝汽器水位壓力與熱負(fù)荷，就應(yīng)對(duì)空氣的風(fēng)速、風(fēng)溫的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)采集，根據(jù)相應(yīng)的需要對(duì)流通面積做出定量的調(diào)整。

2、空冷島地下進(jìn)風(fēng)技術(shù)的優(yōu)越性分析

空冷島地下進(jìn)風(fēng)的布置方式，主要存在以下幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)。第一，有效的避免了熱風(fēng)的回流與倒灌。空冷島低下進(jìn)風(fēng)過(guò)程中，在其風(fēng)道的入口處會(huì)相應(yīng)的布置散熱器，并且在風(fēng)室的內(nèi)部有效的控制了空氣的流場(chǎng)。此外在進(jìn)風(fēng)口處，由于地下結(jié)構(gòu)的限制，其橫風(fēng)的作用會(huì)相對(duì)較少，如此進(jìn)一步的保障了進(jìn)風(fēng)的勻質(zhì)性與穩(wěn)定性，可以有效的防止熱風(fēng)產(chǎn)生回流與倒灌，進(jìn)而提升了凝汽器在大風(fēng)環(huán)境作用下運(yùn)行的穩(wěn)定性。第二，地下土層作為一種天然的保溫材料，溫度相對(duì)恒定，且具有冬暖夏涼的特點(diǎn)。為此在高溫的夏季采用空冷島地下進(jìn)風(fēng)技術(shù)時(shí)，空氣經(jīng)過(guò)地下通道，其溫度會(huì)相應(yīng)的降低；相應(yīng)的在冬季，空氣通過(guò)地下通道時(shí)，會(huì)被壁面加熱，如此可以有效的防止凝汽器產(chǎn)生冷凝作用而被凍結(jié)。第三，地下風(fēng)道口出安裝相應(yīng)的過(guò)濾裝置，可以有效的凈化空氣，促進(jìn)傳熱效果的提升。通過(guò)通道口出設(shè)置篩型濾網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣的過(guò)濾，此外通道的內(nèi)部還會(huì)設(shè)置相應(yīng)的噴霧裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣的增濕與降溫作用。第四，除鹽水的回收。為了有效的保證夏季凝汽器的真空，直接空冷機(jī)組通常都會(huì)采取噴霧增濕的方式來(lái)降低空冷機(jī)的溫度，一般情況下采用的噴霧裝置主要為除鹽水。根據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可以知道，600MW機(jī)組在夏季運(yùn)作過(guò)程中，通過(guò)噴霧增濕的方式降溫會(huì)消耗除鹽水約80000t左右，直接造成的經(jīng)濟(jì)損失約為200萬(wàn)元。采取空冷島地下進(jìn)風(fēng)裝置，通過(guò)在內(nèi)部裝設(shè)不銹鋼鋼板，進(jìn)行除鹽水的回收，實(shí)現(xiàn)除鹽水的循環(huán)利用，有效的降低了凝汽器降溫的成本。第五，提升凝汽器的真空，有效降低排汽阻力。隨著空冷平臺(tái)得以降低至地面，通向凝汽器的排汽管道將會(huì)大大縮短，如此有效的降低了管道的阻力作用。隨著垂直排汽管的蒸汽壓力降低，其汽輪機(jī)背壓也會(huì)隨之降低。理論計(jì)算可以知道，對(duì)于600MW的空冷機(jī)機(jī)組而言，其凝汽器每降低1m，其管道的沿程阻力將會(huì)減小0.033kPa的損失。第六，降低空冷機(jī)組成本。隨著排汽管道隨著空冷平臺(tái)的降低而縮短，其管道的鋼材使用量將會(huì)直接降低。此外其沿線的混凝土平臺(tái)成本也隨之減小，從而降低了空冷機(jī)組的整體成本與造價(jià)。

3、空冷島地下進(jìn)風(fēng)方式的綜合分析

汽輪機(jī)的排汽壓力值為凝汽器系統(tǒng)的綜合性能指標(biāo)，排汽壓力值的高低將對(duì)機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生直接的影響，排汽壓力的大小主要取決于汽輪機(jī)的背壓值，背壓值又受限于機(jī)組的工作狀態(tài)與環(huán)境因素。在眾多的環(huán)境影響因素中，空氣的溫度與風(fēng)速大小對(duì)排汽壓力的影響最為明顯。下面將通過(guò)理論計(jì)算來(lái)得出最優(yōu)的空冷島地下進(jìn)風(fēng)方式。

（1）進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)凝汽器排汽壓力的影響分析。我們知道，環(huán)境溫度的高低會(huì)對(duì)空冷凝汽器產(chǎn)生非常直接的影響，若空氣的溫度較高時(shí)，會(huì)使得空冷凝汽器的冷凝效果相對(duì)下降，相反的空氣的溫度越低，其空冷凝汽器的冷凝效果將會(huì)較好。然而當(dāng)進(jìn)風(fēng)的空氣溫度過(guò)低，會(huì)造成凝汽器中的水分凝結(jié)，進(jìn)而影響了機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。為此選擇最優(yōu)的進(jìn)風(fēng)溫度，對(duì)凝汽器系統(tǒng)運(yùn)行效率的提升有著非常重要的意義。下表1為進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)凝汽器的排汽壓力的影響情況。

將上表中的數(shù)據(jù)做出相應(yīng)的趨勢(shì)圖，并將其進(jìn)行線性擬合，擬合的結(jié)果如下圖1所示。

上圖可以看出，隨著進(jìn)風(fēng)溫度的上升，凝汽器的排汽壓力隨之呈現(xiàn)線性增長(zhǎng)的關(guān)系。由于夏天時(shí)，進(jìn)風(fēng)溫度在地下進(jìn)風(fēng)口處，通過(guò)噴灑除鹽水進(jìn)行降溫的方式中，綜合考慮到降溫的成本與進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)凝汽器的排汽壓力的影響這兩個(gè)方面的因素值，通常情況下空冷島地下進(jìn)風(fēng)溫度一般為25～28℃之間，如此可以實(shí)現(xiàn)空冷機(jī)組的成本最優(yōu)。

（2）進(jìn)風(fēng)風(fēng)速度凝汽器排汽壓力的影響分析。環(huán)境風(fēng)會(huì)對(duì)空冷島地下進(jìn)風(fēng)過(guò)程中的通風(fēng)量，尤其是當(dāng)環(huán)境風(fēng)的風(fēng)速較大時(shí)，極容易造成空冷單元產(chǎn)生環(huán)境風(fēng)的倒灌作用，如此會(huì)對(duì)凝汽器的正常通風(fēng)與換熱產(chǎn)生非常不利的影響。然而當(dāng)風(fēng)速過(guò)小，單位的進(jìn)風(fēng)量又難以滿足凝汽器的空冷需求，如此會(huì)造成凝汽器的工作效率降低。為此通過(guò)綜合因素的考慮，選擇最佳的進(jìn)風(fēng)風(fēng)速，是凝汽器工作過(guò)程中的又一個(gè)重要考慮因素。通過(guò)相關(guān)的試驗(yàn)總結(jié)，得出了進(jìn)風(fēng)風(fēng)速對(duì)凝汽器排汽壓力的影響如下表2所示。

將上表中的數(shù)據(jù)做出相應(yīng)的趨勢(shì)圖，并將其進(jìn)行線性擬合，擬合的結(jié)果如下圖2所示。

從圖2可以看出，進(jìn)風(fēng)風(fēng)速越大，其凝汽器的排汽壓力值也隨之增大，即進(jìn)風(fēng)速度過(guò)大時(shí)，會(huì)對(duì)凝汽器造成非常大的背壓作用，導(dǎo)致其排汽壓力值增大。當(dāng)風(fēng)速為0時(shí)，此時(shí)凝汽器的排汽壓力為25.8kPa，然而當(dāng)風(fēng)速為0時(shí)，容易導(dǎo)致冷凝系統(tǒng)的空氣進(jìn)入量不足，導(dǎo)致冷凝效果受到影響。綜合考慮冷凝器的單位進(jìn)風(fēng)量與進(jìn)風(fēng)速度對(duì)凝汽器的排汽壓力的影響兩個(gè)因素作用時(shí)，通常情況下，地下進(jìn)風(fēng)過(guò)程中，選取的進(jìn)風(fēng)速度為2～4m/s之間，此時(shí)可以保證最佳的進(jìn)風(fēng)量與排汽壓力。綜上，地下冷凝系統(tǒng)的正常工作過(guò)程中，會(huì)遭受到諸多環(huán)境因素的影響，導(dǎo)致其冷凝系統(tǒng)的工作效率降低。在諸多的影響因素之中，環(huán)境風(fēng)的溫度以及環(huán)境風(fēng)的風(fēng)速對(duì)凝汽器的背壓作用最為明顯。綜合成本以及凝汽器排氣壓力的考慮，地下進(jìn)風(fēng)過(guò)程中，環(huán)境風(fēng)的風(fēng)溫宜選取為25～28℃之間，環(huán)境風(fēng)的風(fēng)速宜選取在2～4m/s之間，此時(shí)可以有效的保證地下冷凝系統(tǒng)的最優(yōu)狀態(tài)。

4、結(jié)束語(yǔ)

空冷機(jī)組直接進(jìn)風(fēng)時(shí)，會(huì)由于空氣過(guò)濾不干凈，造成翅片污染，同時(shí)高空中的空氣溫度與風(fēng)速都難以得到準(zhǔn)確的控制，導(dǎo)致地上空冷機(jī)組的工作效率降低。同時(shí)由于地上空冷機(jī)組一般設(shè)置于地上40m左右的高空，其建設(shè)成本巨大。然而采取空冷島地下進(jìn)風(fēng)技術(shù)不僅可以有效的緩解上述的問(wèn)題，同時(shí)能夠降低機(jī)組的建設(shè)成本，實(shí)現(xiàn)機(jī)組社會(huì)效益的提升。

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作者簡(jiǎn)介

王寶良（1961.7-），男，助理工程師.