電站空冷系統設計氣溫的確定方法

苗建軍

（上海電氣斯必克工程技術有限公司，上海 20090）

0 概 述

近年來，隨著電站空冷系統的廣泛應用，在節水環保方面產生了巨大的效益，已經成為富煤缺水地區煤電發展的方向。但由于設計氣溫選取不合理，空冷機組在運行中也暴露出許多問題，充分說明了設計氣溫的選擇對于確定電站空冷凝汽器換熱面積和熱工性能的重要性。

設計氣溫確定的是否合理，直接關系到空冷島的計算選型以及空冷機組的經濟運行。設計氣溫是根據典型年氣溫統計得出的，對空冷系統設計參數的選取，值得作進一步的分析和研究。

1 確定空冷系統設計氣溫的主要方法

設計氣溫是指電站空冷系統熱力計算中采用的空氣的干球溫度。ITD（初始溫差）是指汽輪機排汽飽和蒸汽溫度（或空冷塔散熱器入口水溫）與進入空冷凝汽器空氣溫度（即設計溫度）之差。當設計氣溫確定后，由ITD確定排汽壓力。在國內外，有關對于電站空冷島的設計，有多種選取設計溫度的方法。

1.1 年平均氣溫法

所謂的年平均氣溫，是指在典型年的小時氣溫歷時頻率曲線圖上由0℃以下氣溫曲線與橫坐標所包圍的面積中，取這兩部分面積相等之處所對應的氣溫才是年平均氣溫。［1］某些國家就將年平均氣溫作為設計氣溫。

這里的全年平均值是用正、負氣溫頻率平衡法，即：利用典型年8 760小時由高到低進行排序，累計小時或累計頻率作為橫坐標，將氣溫作為縱坐標繪制而得的曲線，計算0℃以下氣溫與橫坐標之間的低氣溫區面積，然后試算從最高氣溫開始平行橫坐標畫水平線截取到某一氣溫所形成的高氣溫面積，使高氣溫面積與低氣溫面積相等，則截取點的氣溫作為設計氣溫。該方法是國外某公司首先提出和通常使用的設計氣溫。

典型年的選取方法為：先從當地的氣象資料找出多年的算術平均氣溫為X，然后從已有記載的小時氣溫中，找出近5年中該年的算術平均氣溫Y，若X＝Y，則年算術平均氣溫為Y的該年即為典型年。

1.2 小時計算法

在制成的典型年8 760小時氣溫統計表上，找出6 000小時（氣溫從低到高排列）所對應的氣溫即為設計氣溫。

1.3 頻率曲線法

取用典型年的小時氣溫頻率曲線圖上的30%處為設計氣溫。與6 000小時法相比，僅差132小時，也可以說是6 132小時法。

1.4 平均氣溫法

在制成的典型年小時氣溫統計表上，從5℃開始直至最高氣溫求得加權平均值。

1.5 年算術平均溫度

在制成的典型年小時氣溫統計表上，從最低溫度開始直至最高氣溫求得算術平均值，即某個氣溫下的小時數乘以其機組出力減去風機功耗等，累計凈出力最大的該氣溫為設計氣溫。但這種方法的實行較困難。

1.6 發電量最大法

以全年總發電量最大時所對應的氣溫，即為設計溫度。

2 某發電廠的工程實例

2.1 典型年溫度小時累積表

對該發電廠所處環境的氣溫進行統計，得到典型年溫度小時累積值，如表1所示。

表1 典型年溫度小時累積表

2.2 采用6 000小時法

通過采用6 000小時法，建立圖1典型年的6 000小時氣溫統計圖，然后找出6 000小時（氣溫從低到高排列）所對應的氣溫為設計氣溫為16℃。

圖1 6 000小時計算法

2.3 采用5℃以上平均氣溫法

通過采用5℃以上平均氣溫法，建立表2所示5℃以上平均氣溫法，在制成的典型年小時氣溫統計表上，計算從5℃開始直至最高氣溫求得加權平均值。

加權平均值＝87 594÷5 100＝17.2℃。

表2 5℃以上平均氣溫法

3 某2×600MW電廠的工程實例

3.1 典型年逐時氣溫累積頻率計算表

對該發電廠所處環境的氣溫進行統計，得到典型年逐時氣溫累積頻率計算值，如表3所示。

表3 典型年逐時氣溫累積頻率計算表

3.2 采用6 000小時法

通過采用6 000小時法，建立圖2典型年的小時氣溫統表，然后找出6 000小時（氣溫從低到高排列）所對應的氣溫為設計氣溫為21℃。

圖2 6000小時計算法

3.3 采用5℃以上平均氣溫法

通過采用5℃以上平均氣溫法，建立表4所示5℃以上平均氣溫統計表，在制成的典型年小時氣溫統計表上，從5℃開始直至最高氣溫求得加權平均值。

加權平均值＝120 890÷6 558＝18.4℃

表4 5℃以上平均氣溫統計表

?18 30 151 7 966 19 29 185 7 815 20 27 193 7 630 21 26 218 7 437 22 25 250 7 219 23 24 246 6 969 24 23 317 6 723 25 22 266 6 406 26 21 261 6 140 27 20 264 5 879 28 19 229 5 615 29 18 195 5 386 30 17 238 5 191 31 16 281 4 953 32 15 234 4 672 33 14 211 4 438 34 13 249 4 227 35 12 250 3 978 36 11 241 3 728 37 10 226 3 487 38 9 236 3 261 39 8 276 3 025 40 7 220 2 749 41 6 248 2 529

3.4 采用30%頻率年平均氣溫法

通過建立圖3所示的典型年的小時氣溫頻率曲線圖，選取30%頻率處的設計氣溫為21.5℃。

圖3 典型年小時頻率曲線

3.4 采用年算術平均氣溫法

采用年算術平均氣溫法，計算所得設計氣溫。年算術平均氣溫法＝120 329÷8 611＝14℃

顯然這與氣溫的實際情況不相符，故而不宜采用。

4 結 語

在實例二中，利用各種方法計算所得參數值，如表5所示。從實例二的設計氣溫計算結果對比表中可知，采用5℃以上平均氣溫法和年算術平均氣溫法計算所得的參數偏低，而采用6 000小時法和30%頻率曲線法，比較適用于確定該項目空冷系統設計溫度。

表5 實例二的設計氣溫計算結果對比表

總之，鑒于確定設計溫度有多種計算方法，且得出的結果并不一致，有些值相差較大，所以只能結合汽輪機特性（要考慮滿發背壓與滿發氣溫的關系）和空冷在夏季運行中往往高于其計算的背壓等實際因素，目前，還只能采用某些比較成熟方法，或通過實踐驗證，確定空冷機組的設計氣溫。

利用1.1、1.2、1.3、1.4節中所確定的設計氣溫方法，在中氣溫段的數值相差不大，其中1.2、1.4節中所示的方法比較簡單，也是較常用的計算方法。這兩種方法確定的設計氣溫，均是針對采用THA工況優化后，再確定設計背壓的。

在確定設計氣溫時要特別注意，常用的方法是有區域性的，在炎熱地區和極其寒冷地區，不宜采用1.1節中所示的方法。當計算所得的年算術平均氣溫超過9℃時，宜采用1.4節中所示的方法，當年算術平均氣溫低于6℃，宜采用1.2節中所示的方法，年算術平均氣溫在6～9℃時，可優先采用1.1節中所示的方法。

此外，確定設計氣溫時，還應考慮電廠裝機性質、燃料價格、氣候變化趨勢等綜合影響因素。