直接空冷凝汽器冷端影響因素分析

婁曉靜，趙云凱，武義忠

(1.中北大學(xué) 朔州校區(qū)，山西 朔州 036000； 2.山西平朔煤矸石發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 朔州 036800；3.中煤平朔集團(tuán)有限公司,山西 朔州 036000)

直接空冷凝汽器冷端影響因素分析

婁曉靜1，趙云凱2，武義忠3

(1.中北大學(xué) 朔州校區(qū)，山西 朔州 036000； 2.山西平朔煤矸石發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 朔州 036800；3.中煤平朔集團(tuán)有限公司,山西 朔州 036000)

文中從初始溫差、排汽壓力、凝結(jié)水溫度、風(fēng)溫變化等方面對(duì)汽輪機(jī)凝汽器的冷端特性進(jìn)行了分析，從分析可以得出機(jī)組在初始溫差低、積灰系數(shù)小、風(fēng)溫變化小、排汽壓力小時(shí)，凝汽器運(yùn)行效率較大，對(duì)今后凝汽器的選用及運(yùn)行具有一定的指導(dǎo)意義。

直接空冷；凝汽器；影響因素

0 引 言

我國(guó)水資源十分匱乏，供需矛盾日益激烈，節(jié)水已成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要實(shí)施內(nèi)容之一[1]。空冷技術(shù)在富煤缺水地區(qū)可以有效地達(dá)到節(jié)水目的[2]。在各種空冷技術(shù)中，直接空冷技術(shù)直接利用冷空氣對(duì)汽輪機(jī)排汽進(jìn)行冷卻，具有防凍、節(jié)水、電廠整體占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，因此適合缺水地區(qū)使用[3]。

直接空冷機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，它的凝汽器冷端性能對(duì)于整體機(jī)組的正常運(yùn)行有重要影響[4]。文中從初始溫差、排汽壓力、凝結(jié)水溫度、風(fēng)溫變化四方面對(duì)直接空冷凝汽器的冷端特性進(jìn)行了分析。

1 初始溫差 (ITD)

初始溫差表示進(jìn)入空冷散熱器的介質(zhì)溫度和大氣干球溫度之差[5]。初始溫差(ITD)確定后，就可在設(shè)計(jì)溫度的前提下，選擇機(jī)組背壓[6]，機(jī)組背壓越高，則空冷系統(tǒng)初投資越低，因此，初始溫差的選擇是對(duì)于空冷系統(tǒng)投資與效益的合理匹配?？绽淠鱾鳠岱匠淌綖椋?/p>

(1)

式中：K為總傳熱系數(shù)；F為總傳熱面積。

總傳熱面積隨著ITD值的大小而變。環(huán)境溫度在小幅度范圍波動(dòng)情況下，ITD越大，總傳熱面積越大，汽輪機(jī)背壓此時(shí)較低，此時(shí)汽輪機(jī)雖然放熱量較大，但汽輪機(jī)熱效率低，初投資費(fèi)用較高；ITD值越低，總傳熱面積越小，此時(shí)投資費(fèi)用將減小，但電廠煤耗率提高，機(jī)組運(yùn)行費(fèi)用增大。

2 排汽壓力

排汽壓力(pc)是汽輪機(jī)的終端參數(shù)，它受凝汽器結(jié)構(gòu)、汽輪機(jī)低壓缸和循環(huán)水系統(tǒng)的影響，屬于汽輪機(jī)的冷端系統(tǒng)，其大小直接影響到整個(gè)電廠的經(jīng)濟(jì)性。凝汽器入口蒸汽溫度和水蒸汽的焓熵一一對(duì)應(yīng)，在排汽溫度已知時(shí)，可查其對(duì)應(yīng)的飽和排汽壓力，在這基礎(chǔ)上加上管道壓降就是排汽壓力。排汽壓力的計(jì)算公式如下：

(2)

式中：Ta1為空冷凝汽器入口空氣溫度，℃；Δt為空氣在空冷凝汽器中的溫升，℃；δt為傳熱端差δt=ts-tw2，℃。

凝汽器在運(yùn)行過(guò)程中，不可避免的會(huì)進(jìn)入空氣，產(chǎn)生壓力，導(dǎo)致凝汽器各處的壓力比不完全相同。因此要主動(dòng)的控制抽氣設(shè)備的正常運(yùn)行，使其運(yùn)行在主凝結(jié)區(qū)域，使空氣所占份額減少。使得凝汽器的排汽壓力在溫度的工作范圍內(nèi)。因?yàn)榕牌麎毫υ酱?，排汽溫度越高，需要的凝汽器面積越大，汽輪機(jī)運(yùn)行效率越低。

3 凝汽器積灰

凝汽器中總傳熱系數(shù)計(jì)算公式為：

(3)

式中：hi為管內(nèi)換熱系數(shù)；β為翅片管的肋化系數(shù)；δ為翅片管道厚度；λ為翅片管導(dǎo)熱系數(shù)；η0為翅片管肋壁總效率；h0為管外換熱系數(shù)。

而積灰后翅片管傳熱系數(shù)為：

(4)

式中：c為積灰系數(shù)；λd為灰塵導(dǎo)熱系數(shù)。

結(jié)合公式(3)、(4)可以知道，在凝汽器的結(jié)構(gòu)參數(shù)確定之后，c值越大，即積灰越多，則積灰后傳熱系數(shù)越小，凝汽器放熱性能越差。

因此，我們?cè)跈C(jī)組的運(yùn)行過(guò)程中，應(yīng)該主要從以下兩方面來(lái)防止汽輪機(jī)凝汽器積灰對(duì)散熱的影響，第一：可采用改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)積灰及時(shí)進(jìn)行清理，第二：在一定的周期內(nèi)要進(jìn)行凝汽器清洗，沖刷掉其上邊掉落的灰塵，保持凝汽器的表面清潔。

4 風(fēng)溫變化

空冷凝汽器通過(guò)將環(huán)境中的氣體直接用來(lái)冷

卻汽輪機(jī)排除來(lái)的乏汽，達(dá)到降溫乏汽的目的，用來(lái)冷卻乏汽的氣體吸收乏汽熱量后氣體溫度會(huì)明顯上升。風(fēng)溫變化可表示為：

(5)

式中：ta2為凝汽器出口空氣溫度，℃;ta1為凝汽器入口空氣溫度，℃。

凝汽器的傳熱端差表達(dá)式如下：

(6)

式中：F為散熱器的傳熱面積，m2；L為風(fēng)量，kg /s；cp為某溫度下冷卻空氣的比熱，J/(kg·K)；k為總的傳熱系數(shù)，w/(m2·K)。

把式(6)代入式(2)可得：

(7)

通過(guò)對(duì)式(7)進(jìn)行分析可以知道，排汽壓力隨著風(fēng)溫的變化Δt而發(fā)生改變，而Δt是空冷凝汽器的重要設(shè)計(jì)參數(shù)，Δt增加，排汽壓力隨之升高，帶來(lái)的運(yùn)行操作是風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的加大，這樣導(dǎo)致凝汽器運(yùn)行在非經(jīng)濟(jì)工況下，不能達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

5 結(jié)束語(yǔ)

文中通過(guò)簡(jiǎn)單分析初始溫差、排汽壓力、凝汽器積灰和風(fēng)溫變化對(duì)直接空冷機(jī)組的凝汽器冷端特性的影響，得出機(jī)組在初始溫差低、排汽壓力、積灰系數(shù)小、風(fēng)溫變化小時(shí)，凝汽器運(yùn)行效率較大。這對(duì)電站汽輪機(jī)的運(yùn)行指導(dǎo)具有一定的借鑒意義。

[1] 付玉玲．直接空冷系統(tǒng)初始溫差值的優(yōu)化分析[D]．北京：華北電力大學(xué)，2006.

[2] 趙 斌，劉 玲，張文兵.汽輪機(jī)冷端優(yōu)化的研究[J].熱力透平，2007(3):19-23.

[3] 趙洪濱，曹 嶺.直接空冷凝汽器理論最佳背壓的研究[J].工程熱物理學(xué)報(bào)，2009(11):1834-1836.

[4] 楊立軍，杜小澤，楊勇平，等.直接空冷系統(tǒng)軸流風(fēng)機(jī)群運(yùn)行特性分析[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2009，29(20)：1-5.

[5] 趙之東，楊豐利．直接空冷凝汽器的發(fā)展和現(xiàn)狀[J]．華北電力技術(shù)，2004(5)：44-50.

[6] 楊立軍，杜小澤，楊勇平.風(fēng)機(jī)群分區(qū)調(diào)節(jié)對(duì)空冷島傳熱特性的影響[J].工程熱物理學(xué)報(bào)，2010，31(1):146-148.

Analysis on the Influence Factors of Cold Side of Direct Air Cooling Condenser

LOU Xiao-jing1, ZHAO Yun-kai2, WU Yi-zhong3

(1.North Central University Shuozhou Campus, Shuozhou 036000 Shanxi Province,China；2.Shanxi Pingshuo coal gangue power generation limited liability company, Shuozhou 036800；3.Pingshuo Group Co. Ltd. Shuozhou 036000)

In this paper, the cold end characteristics of steam turbine condenser are analyzed from the aspects of initial temperature difference, steam pressure, condensation water temperature and air temperature, and the operating efficiency is relatively low.

direct air cooling； condenser； influencing factors

10.3969/j.issn.1009-3230.2015.12.013

2015-11-05

2015-11-28

婁曉靜(1988-)，女，中北大學(xué)朔州校區(qū)教師，專業(yè)：能源與動(dòng)力工程，研究方向：發(fā)電廠運(yùn)行技術(shù)。

TU831.3

B

1009-3230(2015)12-0040-02