環境影響下的直接空冷系統運行特性研究

（北京朗潤源泉科技有限公司，北京 100086）

環境影響下的直接空冷系統運行特性研究

劉 斌

（北京朗潤源泉科技有限公司，北京 100086）

直接空冷系統運行的性能好壞主要反映在凝汽器的壓力上，凝汽器壓力過大會影響直接空冷系統的運行，而環境的變化會影響到凝汽器的壓力，因此環境因素是影響直接空冷系統運行的關鍵所在。本文首先介紹了直接空冷系統的基本知識，研究了環境氣溫、環境風速、風向對直接空冷系統運行特性的影響，發現在凝汽器熱負荷固定的情況下，凝汽器的壓力與環境氣溫和環境風速均成正比例的關系，力求為直接空冷系統的有效運行提供理論參考。

直接空冷系統；運行；凝汽器

在我國很多的煤炭資源豐富地區缺乏足夠的水資源，因此常規的以循環冷卻水冷凝系統的機組無法得到實際應用，在這樣的背景下，誕生了以空氣冷凝系統為核心的機組，按照冷凝方式分為直接冷凝系統和間接冷凝系統，其中直接空冷系統換熱發生在空冷凝汽器內，且只有一次，換熱發生在表面，因此受環境因素的影響較大?？梢娫谥苯涌绽湎到y中空冷凝汽器是最核心的部分，其性能和運行狀態的好壞直接影響到系統的性能和運行狀態。

1 直接空冷系統運行特性

一般來說，凝汽器的壓力與環境因素的關系可用如下關系式（1）表示：

在空冷系統工作狀態下，首先，假設機組的的功率保持不變，如果排汽壓力增加，勢必增加排汽量，同時，排汽冷凝潛熱減少。但冷凝潛熱的變化不明顯，因此排汽熱負荷會相應增加。即排汽熱負荷增加，排汽壓力增加，反之，排汽熱負荷降低，排汽壓力降低。當環境氣溫升高時，空冷器進口空氣溫度會相應升高，導致凝汽器內冷凝溫度升高，凝汽器壓力增加。在環境風速、風向影響下，空冷器迎風面風速會受到影響，從而影響凝汽器壓力。

2 環境因素對直接空冷系統運行的影響

2.1 環境氣溫對直接空冷系統運行的影響

圖1 不同熱負荷下的冷凝溫度隨環境溫度變化曲線

圖2 不同熱負荷下的凝汽器壓力隨環境溫度變化曲線

圖3 不同環境風速下冷凝溫度隨環境溫度變化曲線

以某熱電廠的直接空冷系統運行狀態為例，研究環境氣溫對直接空冷系統運行的影響。圖1、圖2分別為在不考慮環境風速、風向等因素的影響時，不同熱負荷下的冷凝溫度和凝汽器壓力隨環境溫度變化曲線，從圖1中可以看出，冷凝溫度隨環境溫度的升高而升高，且二者之間呈現正比例的關系；從圖2中可看出，在不考慮環境風速、風向等因素的影響時，凝汽器的壓力隨環境溫度的升高而增加，且機組本身熱負荷越大，凝汽器隨環境溫度升高而增加的幅度也越大。從圖2中還可看出，在固定的熱負荷下，當環境溫度升高至30℃以上時，凝汽器的壓力一般都在20kPa以上，如此高的背壓會影響整個機組的有效運行，運行效率下降、浪費資源且有安全隱患，因此在環境溫度相對較高的夏季，要使系統安全有效的運行就必須使機組非滿負荷運行，從而通過降低熱負荷的方式來降低凝汽器的壓力。

圖4 不同環境風速下的凝汽器壓力隨環境溫度變化曲線

2.2 環境風速、風向作用對直接空冷系統運行的影響

環境風速和風向會對空氣冷凝器進口的空氣流速產生影響，一般環境風速越大，導致空冷器進口的空氣流速越小，從而空冷器迎面風速也越小。空冷器迎面風速的大小是影響冷卻空氣流量大小的最主要因素，冷卻空氣流量越大則散熱效果越好。基于以上的考慮，一般在設計空冷系統時，將進風口面向夏季的主導風向，保證爐后空冷島方向風速、風頻率越小越好。

在研究凝汽器壓力在環境風影響下的變化規律時，要通過數值模擬的方式來得出不同環境風速、風向下的空冷島的流場和溫度場，計算出空冷器的迎面風速以及入口溫度，從而得出冷凝溫度和凝汽器壓力隨著迎面風速和空冷器進

口空氣溫度的變化規律，將相關的數值化成曲線圖，以利于直觀地分析這一規律。

圖3、圖4分別為在固定熱負荷下的冷凝溫度與凝汽器壓力隨空冷器迎面風速和空冷器進風口空氣溫度的變化曲線。從圖4中可以看出，在同樣的空冷器進口溫度下，冷凝溫度隨著迎面風速的升高而降低，而同樣的迎面風速，空冷器進口溫度越高則冷凝溫度越高。從圖5中可以看出，在空冷器進口溫度處于低溫時，凝結器壓力變化隨迎面風速的變化趨勢不明顯，而空冷器進口溫度越高，則表現為凝結器的壓力隨迎面風速不同變化幅度較大，且迎面風速越小，凝汽器壓力越大，尤其是在環境溫度上升到30℃以上時，如果迎面風速只有1m/s，則凝汽器的壓力會大幅增加，極有可能超過汽輪器末級葉片的背壓限制，導致機組超負荷運行甚至跳閘。從圖3、圖4中可以看出，空冷器迎面風速越大，相應的空冷器進口溫度越低，可導致凝結器溫度降低，使機組系統安全、經濟地運行。

一般來說，空冷島安置在爐后的位置，在環境風的作用下其工作效率會發生一定的變化，主要表現為：對系統而言，空冷器的迎面風速越大越有利于系統的散熱，而如果環境風速越大，則會影響進風口的風向，從而導致空冷器的迎面風速變小，導致直接空冷系統的冷卻效果變差。所以說，在直接空冷系統運行時，環境風速越小越好。如圖5所示，如果環境風速較小時，空冷島的迎面風速可升高到3～4m /s，在這樣的情況下凝汽器的壓力隨環境溫度升高的幅度較小，可有效保證機組的正常運行。因此，有必要根據環境風速風向對空冷島迎風面風速的影響規律，進行風機變頻調速，以保證直接空冷機組安全經濟運行。

結語

由于直接空冷系統的冷卻介質為外界環境的空氣，因此，環境因素對直接空冷系統的運行將產生直接的影響，通過以上分析可知，環境溫度越高、環境風速越大，直接空冷系統的運行效果越差，反之環境溫度越低、環境風速越小則會使系統更加經濟、安全地運行。因此在直接空冷系統運行時，需要根據環境的溫度、環境風速和風向來主動采取相應的措施，以促進直接空冷系統安全、高效的運行。

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