直接空冷機(jī)組夏季度夏措施及發(fā)展趨勢(shì)

王金平，安連鎖

（1.華北電力大學(xué)動(dòng)力工程系，河北 保定 071003；2.山東電力集團(tuán)公司，山東 濟(jì)南 250001）

直接空冷機(jī)組夏季度夏措施及發(fā)展趨勢(shì)

王金平1，2，安連鎖1

（1.華北電力大學(xué)動(dòng)力工程系，河北 保定 071003；2.山東電力集團(tuán)公司，山東 濟(jì)南 250001）

直接空冷機(jī)組具有節(jié)水的優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)北方地區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用。分析直接空冷機(jī)組夏季運(yùn)行存在的主要問(wèn)題，提出度夏措施及可行性的解決方案。結(jié)果表明，高溫環(huán)境、自然大風(fēng)、凝汽器管束臟污、真空泵工作水溫偏高是影響直接空冷機(jī)組夏季運(yùn)行背壓高的主要因素。設(shè)置噴淋裝置、延伸擋風(fēng)墻、加裝導(dǎo)流裝置和防風(fēng)網(wǎng)、提高散熱器的沖洗質(zhì)量是保證直接空冷機(jī)組夏季高溫季節(jié)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要措施。

直接空冷；背壓；噴淋；防風(fēng)網(wǎng)

0 引言

直接空冷機(jī)組具有節(jié)水的優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)“富煤貧水”地區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用［1］。在我國(guó)山西、陜西、內(nèi)蒙等地投運(yùn)的火力發(fā)電機(jī)組，大部分都是直接空冷機(jī)組。然而，直接空冷機(jī)組夏季運(yùn)行時(shí)面臨較多問(wèn)題，嚴(yán)重影響了機(jī)組的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，不論在國(guó)外還是在國(guó)內(nèi)迄今仍未找到有效的解決途徑。

1 直接空冷機(jī)組夏季運(yùn)行存在的主要問(wèn)題

1.1 夏季環(huán)境溫度高

直接空冷機(jī)組的背壓受環(huán)境溫度的影響非常大。空冷凝汽器壓力所對(duì)應(yīng)的飽和溫度tn可按（1）式計(jì)算［2］。

式中：Qn為管內(nèi)蒸汽凝結(jié)放熱量，kW；Ga為空氣流量，kg/s；cp為干空氣定壓比熱，kJ/（kg·℃）；Dn為汽輪機(jī)排汽量，kg/s；hsn為空冷凝汽器的凝結(jié)水焓，kJ/ kg；hn為汽輪機(jī)排汽焓，kJ/kg；SF為換熱器迎風(fēng)面積，m2；vNF為迎面風(fēng)速，m/s；ρa(bǔ)為空氣密度，kg/m3；ε為換熱器效能；ta1為環(huán)境溫度；NTU為傳熱單元數(shù)；

根據(jù)式（1），可知在其他因素不變的情況下，環(huán)境溫度升高1℃，空冷凝汽器壓力所對(duì)應(yīng)的飽和溫度tn也會(huì)升高近1℃，從而引起凝汽器壓力的升高。經(jīng)過(guò)計(jì)算，對(duì)于300 MW的直接空冷機(jī)組，環(huán)境溫度為10℃時(shí)，空氣溫度每升高1℃，凝汽器壓力升高0.5 kPa；環(huán)境溫度為35℃時(shí)，空氣溫度每升高1℃，凝汽器壓力升高1.2 kPa。即，環(huán)境溫度越高，對(duì)空冷凝汽器壓力的影響也越大。

因此，直接空冷機(jī)組在夏季經(jīng)常出現(xiàn)由于環(huán)境溫度過(guò)高而限負(fù)荷的問(wèn)題。

1.2 自然大風(fēng)的影響

自然大風(fēng)對(duì)空冷機(jī)組的影響是一個(gè)世界性難題。大風(fēng)對(duì)直接空冷機(jī)組背壓影響非常大，在夏季高溫時(shí)段機(jī)組背壓本來(lái)就高，如果再受到自然大風(fēng)的影響，必然對(duì)機(jī)組的運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重后果［3］。

出現(xiàn)自然大風(fēng)時(shí)，一方面空冷風(fēng)機(jī)的吸風(fēng)量不足，導(dǎo)致冷卻介質(zhì)的質(zhì)量流量減少；另一方面會(huì)出現(xiàn)熱風(fēng)再循環(huán)，即空冷凝汽器排出的熱氣流，在某種特定的條件下被風(fēng)機(jī)吸入，提高了進(jìn)入空冷凝汽器的冷空氣溫度，導(dǎo)致空冷器冷卻能力下降。空冷島運(yùn)行時(shí)，散熱器排出的熱氣上升，呈現(xiàn)羽流狀況。當(dāng)大風(fēng)從爐后吹向平臺(tái)散熱器，風(fēng)速過(guò)高時(shí)羽流狀況要被破壞而出現(xiàn)熱風(fēng)再回流現(xiàn)象。雖然在空冷島增設(shè)了擋風(fēng)墻來(lái)降低熱風(fēng)再循環(huán)的影響，但是根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，擋風(fēng)墻還是不能完全克服熱風(fēng)再循環(huán)對(duì)機(jī)組背壓的影響。

1.3 空冷凝汽器易臟污

在我國(guó)，直接空冷機(jī)組周?chē)h(huán)境較為惡劣。風(fēng)沙大、污染較為嚴(yán)重，加之夏季電廠周邊煤粉、樹(shù)木的飛絮、昆蟲(chóng)等在迎風(fēng)面形成一層氈狀附著物，使空冷凝汽器翅片管的翅片間隙減小，甚至堵塞空冷換熱風(fēng)道，嚴(yán)重影響了空冷凝汽器的通風(fēng)能力，造成空冷金屬翅片傳熱系數(shù)下降，導(dǎo)致機(jī)組背壓升高最終影響機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性［4］。

1.4 真空泵工作水溫偏高

通常，當(dāng)真空泵工作水溫超過(guò)30℃時(shí)，每升高5℃，真空泵入口的壓力就提高近2 kPa，從而使真空泵的抽吸能力下降，造成空冷凝汽器內(nèi)空氣的聚積，對(duì)真空的影響相當(dāng)大。這主要是因?yàn)楫?dāng)工作水溫升高到一定程度后，在高度真空的真空泵殼內(nèi)，部分工作水會(huì)發(fā)生汽化，體積突然膨大，從而使抽吸能力下降［5］。

2 直接空冷機(jī)組度夏的主要措施

2.1 加裝噴淋裝置

由于機(jī)組的背壓很大程度上取決于進(jìn)入空冷凝汽器空氣的干球溫度，因此降低入口空氣溫度能夠解決直接空冷機(jī)組夏季出力受阻問(wèn)題，從而提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性和安全性。為此，可在風(fēng)機(jī)上部增設(shè)除鹽水噴淋裝置，如圖1所示。

圖1 除鹽水噴淋裝置

水經(jīng)過(guò)噴嘴霧化形成一定粒徑的霧滴，霧滴在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與空氣充分混合并迅速蒸發(fā)。由于水的汽化潛熱較大，水蒸發(fā)時(shí)會(huì)吸收空氣中大量熱量，從而降低空氣的干球溫度。將降溫后濕空氣送到空冷散熱器，從而提高了空冷島的換熱能力［6］。為了使空冷器避免因噴水水質(zhì)問(wèn)題而產(chǎn)生結(jié)垢現(xiàn)象，噴淋用水一般采用除鹽水。為了節(jié)約除鹽水，噴淋裝置可以選擇單列、兩列、或三列同時(shí)運(yùn)行，也可選擇單列或兩列循環(huán)切換運(yùn)行。

以300 MW直接空冷機(jī)組為例，在環(huán)境溫度為34℃時(shí)，投入噴淋裝置后可使背壓降低約6 kPa。按背壓降低1 kPa影響供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率2 g計(jì)算，可使供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率降低12 g/kW·h，按每噸標(biāo)準(zhǔn)煤800元、噴淋系統(tǒng)年投入運(yùn)行500 h計(jì)算，每年節(jié)約運(yùn)行成本144萬(wàn)元。按除鹽水成本為20元/t、消耗除鹽水40 t/h計(jì)算，拋去除鹽水的成本后，每年可以節(jié)余104萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

2.2 延伸擋風(fēng)墻

延伸擋風(fēng)墻是防止熱風(fēng)回流的有效措施之一。當(dāng)空氣流經(jīng)鍋爐房和汽機(jī)房等鈍體建筑物時(shí)，會(huì)在其下風(fēng)一側(cè)產(chǎn)生若干漩渦，漩渦中的氣壓低于其周?chē)諝獾臍鈮海虼瞬缓侠淼目绽淦脚_(tái)高度，會(huì)使得空冷平臺(tái)的進(jìn)氣口處于尾渦中，而出氣口位于尾渦外，進(jìn)出氣口的壓差相當(dāng)于一個(gè)向下抽氣的風(fēng)機(jī)，降低了空冷平臺(tái)的機(jī)械通風(fēng)能力。不合理的平臺(tái)高度設(shè)計(jì)也會(huì)使得空冷平臺(tái)的出風(fēng)口位于垂直漩渦的順流部分，而進(jìn)風(fēng)口位于垂直漩渦的回流部分，從而導(dǎo)致熱風(fēng)再循環(huán)［7］。因此，延伸擋風(fēng)墻高度，不僅可以延長(zhǎng)熱風(fēng)流程，而且能夠降低漩渦的影響，如圖2所示。

圖2 延伸擋風(fēng)墻示意圖

2.3 加裝導(dǎo)流裝置

由于很多的風(fēng)機(jī)布置在一起，所需冷卻用的風(fēng)量很大，空冷凝汽器四周邊的進(jìn)風(fēng)已形成了一定的風(fēng)速，平行方向的風(fēng)力在垂直方向的風(fēng)機(jī)吸入口起了不良作用，使周邊的風(fēng)機(jī)排氣能力下降，使該風(fēng)機(jī)對(duì)應(yīng)的換熱管束的換熱效率下降。當(dāng)自然風(fēng)的風(fēng)力增大時(shí)，在風(fēng)機(jī)的吸風(fēng)作用和自然風(fēng)力相加后，空冷凝汽器周邊的風(fēng)速更高，會(huì)造成周邊風(fēng)機(jī)吸入口形成負(fù)壓，風(fēng)機(jī)的效率下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成空冷凝汽器外圍空冷單元空氣倒灌現(xiàn)象，使該空冷單元停止工作，并形成熱風(fēng)回流現(xiàn)象，使整個(gè)空冷凝汽器的換熱效率下降，使凝汽壓力上升，降低發(fā)電量，自然風(fēng)速高時(shí)會(huì)影響機(jī)組的安全運(yùn)行。對(duì)于上述問(wèn)題可以加裝一種進(jìn)風(fēng)導(dǎo)流裝置［8］，即在擋風(fēng)墻下方的鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)的外圍豎向向下布置有進(jìn)風(fēng)導(dǎo)流裝置，用于改變空氣進(jìn)入空冷凝汽器外圍風(fēng)機(jī)吸入口的方向，使有害的自然風(fēng)變?yōu)橛杏玫淖匀伙L(fēng)，提高空冷凝汽器的性能，確保電站安全運(yùn)行，同時(shí)大大降低成本和運(yùn)行費(fèi)用，如圖3所示。

圖3 進(jìn)風(fēng)導(dǎo)流裝置

2.4 提高空冷散熱器的沖洗質(zhì)量

針對(duì)空冷島周?chē)h(huán)境差、空冷島設(shè)計(jì)高度及翅片管束設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不易清洗的現(xiàn)狀，直接空冷電廠應(yīng)制定具體的清洗措施，責(zé)任落實(shí)到人，建立科學(xué)合理的獎(jiǎng)懲制度，提高散熱器的沖洗質(zhì)量。

2.5 降低真空泵工作水溫

換熱器換熱效果差是引起工作水溫偏高的主要原因之一。引起換熱器換熱效果差的可能原因有：冷卻水溫過(guò)高、冷卻水量小、冷卻面積不足、換熱面污垢較多。因此，降低真空泵的工作水溫應(yīng)從改造工業(yè)冷卻水管路增加冷卻水量、增加換熱冷卻器的換熱面積、清洗換熱面污垢、適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行放水、換水等方面入手。

3 直接空冷機(jī)組度夏措施的發(fā)展趨勢(shì)

近年來(lái)，防風(fēng)網(wǎng)被逐漸應(yīng)用到直接空冷機(jī)組中。防風(fēng)網(wǎng)又稱(chēng)防風(fēng)柵、防風(fēng)障，是一種疏透（多孔）的障礙物，可在其背風(fēng)面形成一個(gè)低風(fēng)速區(qū)，降低來(lái)流風(fēng)速并減弱大氣湍流中的旋渦結(jié)構(gòu)，達(dá)到抑制揚(yáng)塵的目的。防風(fēng)網(wǎng)最初是人類(lèi)設(shè)障抵御風(fēng)沙侵襲的有效手段，現(xiàn)多用于減少煤堆、灰堆和沙堆向空氣中排放塵埃。有資料表明，當(dāng)自然大風(fēng)流經(jīng)防風(fēng)網(wǎng)的迎風(fēng)側(cè)時(shí)，流速會(huì)下降50%～80%以上，從而起到很好的防風(fēng)效果。設(shè)置防風(fēng)網(wǎng)以達(dá)到控制局域風(fēng)環(huán)境是一項(xiàng)多學(xué)科相互交叉的新型技術(shù)，涉及到流體動(dòng)力學(xué)、環(huán)境科學(xué)及材料力學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域［9-10］。

防風(fēng)網(wǎng)可以設(shè)置在空冷島擋風(fēng)墻下延方向，如圖4所示。國(guó)內(nèi)有直接空冷機(jī)組已經(jīng)用上了防風(fēng)網(wǎng)，例如漳山電廠、豐鎮(zhèn)京隆電廠等。由于防風(fēng)網(wǎng)的設(shè)置，增加了風(fēng)機(jī)吸入口的阻力，其對(duì)不同風(fēng)速下空冷島防風(fēng)性能和風(fēng)機(jī)性能的影響還有待進(jìn)一步的研究。

圖4 防風(fēng)網(wǎng)布置圖

4 結(jié)論

高溫環(huán)境、自然大風(fēng)、凝汽器管束臟污、真空泵工作水溫偏高是影響直接空冷機(jī)組夏季運(yùn)行背壓高的主要因素。

設(shè)置噴淋裝置、延伸擋風(fēng)墻、加裝導(dǎo)流裝置、提高散熱器的沖洗質(zhì)量是保證直接空冷機(jī)組夏季高溫季節(jié)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要措施。

加裝防風(fēng)網(wǎng)為直接空冷機(jī)組安全度夏提供了一條新的思路。

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Measures and Development of Summer Operation of Directed Air Cooling Unit

Directed air cooling unit is built widely in north area of China because of saving water.The main problems of directed air cooling unit in summer operation were analyzed，and corresponding measures were also given.The results show that high air inlet temperature，strong wind，tube dirty and high water temperature of vacuum pump are main factors influencing back pressure.Installing spraying system，extending windbreak wall and installing guide vane or windbreak net are important measures to insure safe and economic operation of directed air cooling unit in summer season.

directed air cooling;back pressure;spraying;windbreak net

book=45,ebook=23

TK264.1

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1007－9904（2010）04－45－04

2010－04－17