直接空冷汽輪機(jī)背壓節(jié)能優(yōu)化的潛力研究

摘 要：隨著我國(guó)空冷技術(shù)的快速發(fā)展，直接空冷機(jī)組的投入運(yùn)行越來(lái)越普及。直接空冷機(jī)組在適宜背壓下運(yùn)行，可以有效的提高汽輪機(jī)的熱效率，從而給企業(yè)、工廠運(yùn)行起到節(jié)能增效的作用。目前，我國(guó)大多數(shù)直接空冷汽輪機(jī)運(yùn)行背壓偏高，而且容易受到環(huán)境的溫度影響，尤其在夏季高溫大風(fēng)期間極易出現(xiàn)背壓過(guò)高，汽輪機(jī)帶不滿負(fù)荷被迫降負(fù)荷的情況，高背壓運(yùn)行嚴(yán)重威脅機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。直接空冷汽輪機(jī)通過(guò)優(yōu)化風(fēng)機(jī)運(yùn)行方式，可以得到直接空冷機(jī)組最佳背壓范圍，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能優(yōu)化的目的。本文在此基礎(chǔ)上，展開(kāi)直接空冷汽輪機(jī)背壓節(jié)能優(yōu)化的潛力研究，以期為進(jìn)一步挖掘機(jī)組節(jié)能潛力提供有益的指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：直接空冷汽輪機(jī);背壓節(jié)能優(yōu)化;潛力研究

隨著直接空冷系統(tǒng)在我國(guó)發(fā)電廠體系中越來(lái)越廣泛應(yīng)用，空冷機(jī)組采用空氣作為冷卻介質(zhì)，不僅可以應(yīng)用于水源充沛的地區(qū)，還可以應(yīng)用于水資源匱乏地區(qū)，大大減少水資源消耗、促進(jìn)水資源可持續(xù)利用。根據(jù)數(shù)據(jù)調(diào)查顯示，相同容量的空冷機(jī)組比濕冷機(jī)組僅在冷卻系統(tǒng)本身就能節(jié)水97%以上，全廠性節(jié)水可高達(dá)65%以上，成為目前火力發(fā)電廠節(jié)水量最多的一項(xiàng)技術(shù)，從而提高了直接空冷汽輪機(jī)組的實(shí)效性、經(jīng)濟(jì)性。

1 直接空冷汽輪機(jī)組簡(jiǎn)介

1.1 直接空冷汽輪機(jī)組簡(jiǎn)介

目前，空冷技術(shù)分為直接空冷和間接空冷，在全世界已建成的空冷機(jī)組中，直接空冷技術(shù)約占60%，而間接空冷技術(shù)占40%，直接空冷汽輪機(jī)系統(tǒng)要比間接空冷系統(tǒng)更龐大，結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。直接空冷技術(shù)是一種利用環(huán)境中空氣對(duì)汽輪機(jī)組中的乏汽進(jìn)行冷卻循環(huán)的技術(shù)。直接空冷技術(shù)整個(gè)系統(tǒng)的核心就是空氣冷凝器，通過(guò)軸流風(fēng)機(jī)作用，使空氣流經(jīng)散熱器外表面，散熱器管束內(nèi)的排汽受到冷空氣作用凝結(jié)成水滴，經(jīng)過(guò)內(nèi)部泵的作用將凝結(jié)水輸送回?zé)嵯到y(tǒng)，再經(jīng)過(guò)抽汽加熱后，給鍋爐提供水循環(huán)利用[1]。圖1所示直接空冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖?？諝饫淠鞯倪\(yùn)行效果將直接影響直接空冷汽輪機(jī)的效率，因此，機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中，工作人員要時(shí)刻注意空氣冷凝器的工作狀態(tài)，確保直接空冷汽輪機(jī)系統(tǒng)有序、高效運(yùn)行。

1.2 直接空冷機(jī)組特點(diǎn)

直接空冷系一般是在高背壓方式下運(yùn)行，運(yùn)行過(guò)程中會(huì)受到溫度、大氣壓以及風(fēng)力風(fēng)向的嚴(yán)重影響，變化幅度變大，安全系數(shù)較小[2]。如果環(huán)境溫度過(guò)高，空冷散熱器表面的空氣溫度就會(huì)隨之升高，大大降低冷卻效果，導(dǎo)致機(jī)組背壓過(guò)高，影響汽輪機(jī)組的正常運(yùn)行，在夏季的影響最為突出。另外，流經(jīng)冷凝器的空氣流量（流速）也會(huì)對(duì)機(jī)組運(yùn)行系數(shù)產(chǎn)生一定的影響，如下圖。

因此，直接空冷機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，存在最佳的風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率使得機(jī)組功率增量與空冷風(fēng)機(jī)耗功增量的差值最大，此時(shí)機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性最佳。工作人員需要積極優(yōu)化調(diào)整結(jié)構(gòu)，維持機(jī)組運(yùn)行最佳背壓，保證機(jī)組的平穩(wěn)運(yùn)行。

2 影響直接空冷機(jī)組背壓節(jié)能增效的因素

2.1 汽輪機(jī)背壓偏離標(biāo)準(zhǔn)值

調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，目前，在我國(guó)運(yùn)行的直接空冷機(jī)系統(tǒng)，大部分空冷機(jī)組背壓較設(shè)計(jì)水平偏高，只有少數(shù)在高溫條件運(yùn)行時(shí)負(fù)荷工況背壓可以達(dá)到設(shè)計(jì)參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致廠內(nèi)各空冷機(jī)組年平均供電煤耗增加，造成能源的浪費(fèi)。從以下三個(gè)主要方面分析背壓偏離設(shè)計(jì)值的影響因素。

2.1.1 空冷散熱器運(yùn)行性能較差

管束內(nèi)的蒸汽冷凝熱阻、管壁導(dǎo)熱熱阻、空氣側(cè)的對(duì)流換熱熱阻以及臟污熱阻串聯(lián)組成直接空冷系統(tǒng)傳熱熱阻。汽輪機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，扇片、系統(tǒng)很容易粘藏上臟污、灰塵，

使得臟污熱阻增加，減少了時(shí)管束的通流面積，導(dǎo)致系統(tǒng)的通風(fēng)量下降，從而大大降低了空氣側(cè)的換熱能力[3]。另外，工作人員在安裝汽輪機(jī)組過(guò)程中，忽視冷卻單元隔墻與管束之間間隙要求，導(dǎo)致空冷散熱器出現(xiàn)漏風(fēng)現(xiàn)象，而冬季溫度過(guò)低，運(yùn)行管束結(jié)凍，也會(huì)導(dǎo)致空冷翅片管間間隙變大。以上常見(jiàn)的問(wèn)題，都會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)背壓值偏析標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)值。

2.1.2 空冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)容量不合理

部門(mén)直接空冷系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中，忽視了實(shí)際情況以及環(huán)境因素的影響，例如，極端氣候環(huán)境、散熱器灰塵臟污、排汽熱負(fù)荷增加等，導(dǎo)致空冷系統(tǒng)容量設(shè)計(jì)偏小，缺乏科學(xué)合理性，導(dǎo)致系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，汽輪機(jī)背壓高出設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值[4]，進(jìn)而造成能源的不必要消耗。

2.1.3 真空系統(tǒng)嚴(yán)密性較差

大多數(shù)電廠在長(zhǎng)期運(yùn)行管理過(guò)程中，已經(jīng)開(kāi)始高度重視系統(tǒng)真空的嚴(yán)密性，但是由于長(zhǎng)期使用，部分系統(tǒng)的真空嚴(yán)密性還是較差。一旦真空系統(tǒng)嚴(yán)密性出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，會(huì)導(dǎo)致逆流區(qū)空氣分壓力增加，進(jìn)而造成系統(tǒng)內(nèi)溫度降低，冷凝熱阻增加[5]，從而大大降低了蒸汽側(cè)換熱能力。

2.2 高溫時(shí)段機(jī)組出力受限

由于直接空冷汽輪機(jī)組自身的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，絕大多數(shù)電廠針對(duì)空冷機(jī)組背壓高的問(wèn)題，導(dǎo)致其在極端炎熱氣候條件下會(huì)出現(xiàn)機(jī)組出力受限5%～10%的情況。

3 直接空冷機(jī)組節(jié)能增效改造的基本原則

背壓與空冷機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平息息相關(guān)，一旦排汽壓力偏離目標(biāo)值時(shí)，就會(huì)給運(yùn)行系統(tǒng)運(yùn)行帶來(lái)發(fā)面影響，并且增大了資源的消耗。通過(guò)調(diào)整最佳運(yùn)行參數(shù)以及適宜的環(huán)境因素，可以使得直接空冷汽輪機(jī)背壓值達(dá)到的最優(yōu)。因此，相關(guān)管理人員必須要高度重視汽輪機(jī)組規(guī)范、合理的背壓值，有力保障系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，并且可以用來(lái)監(jiān)督和規(guī)范電廠的系統(tǒng)能耗。在實(shí)行節(jié)能增效的改造過(guò)程中，首先，全面診斷主機(jī)及空冷系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行性能，挖掘現(xiàn)有設(shè)備的自身能力，加強(qiáng)運(yùn)行維護(hù)管理、提高設(shè)備高效運(yùn)行水平;另外，制定科學(xué)合理的標(biāo)準(zhǔn)，從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、排汽熱負(fù)荷、扇葉臟污程度、冷卻空氣的均勻性等多個(gè)方面[6]，研究探討提高和改善空冷運(yùn)行性能的主要方式，采用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)隨系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整改，實(shí)現(xiàn)直接空冷系統(tǒng)背壓節(jié)能增效的目的，減少不必要的能源、資源消耗，最終發(fā)揮工廠企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益的最大化。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，直接空冷機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中受到自身結(jié)構(gòu)限制，易受到溫度以及風(fēng)力以及其他環(huán)境因素影響，導(dǎo)致汽輪機(jī)組運(yùn)行背壓高、出力受限，因此，相關(guān)部門(mén)實(shí)行節(jié)能增效技術(shù)改造直接空冷系統(tǒng)，提高運(yùn)行維護(hù)管理水平。在進(jìn)行直接空冷汽輪機(jī)背壓優(yōu)化節(jié)能改造時(shí)，提高直接空冷系統(tǒng)的運(yùn)行性能和效率，極大程度上降低運(yùn)行能耗，促進(jìn)工廠長(zhǎng)遠(yuǎn)健康發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

薛靜明（1978- ），山西翼城人，本科，熱動(dòng)助理工程師。