直接空冷系統軸流風機群運行特性分析

李吉

摘 要：由于我國是一個缺水性國家，人均水資源僅占世界人均水資源的1/4。這在一定程度上，阻礙了我國電力行業發展，而直接空冷系統軸流風機群的出現，及時解決了我國電力發展困境，進一步促進我國電力空冷系統的優化和發展。

關鍵詞：直接空冷系統；軸流風機群；空冷凝汽器；性能曲線

由于水資源的匱乏，嚴重制約著我國北方電力發展，影響北方經濟增長，為此，我國北方大力引進空冷機組，采用空冷凝汽器取代了傳統的水冷凝汽器，及時解決了北方經濟發展電力需求問題，但由于空冷凝汽器空氣密度小、導熱系數低、比熱小、傳熱能力低，機組需求量大。因此，在實際發展中還存在著許多問題有待解決，如：夏季溫度高，需求傳熱面積大，投資多。冬季溫度過低而引起的管束凍裂等問題，都制約著我國空冷系統發展。

1 直接空冷系統軸流風機群并聯特性

文章主要以600MW空冷機組為研究對象，在風機性能曲線上選取一些較為典型的點，并結合最小二乘擬合，從而得到風機性能方程式如下：

其中，△p表示風機的增壓，m表示風機中的空氣流量。而根據風機性能曲線上的典型點及空冷系統中的管束結構，結合阻力曲線，即可得到空冷系統軸流風機中管網系統的阻力方程式如下：

就單臺直接空冷系統軸流風機來說，其工作點為風機管網阻力曲線和性能曲線的交叉點。兩臺風機并聯運行時，直接空冷系統軸流風機增壓和外部管網的阻力特性并不會出現變化，但流量會增加至單臺風機的兩倍，而兩臺風機的工作點，則需參照風機外部系統壓力及風機流量進行確定。

就文章中研究的600MW機組為例，并結合改機組在18°安裝角中的性能曲線，可得到該組風機的性能曲線擬合系數分別為f1為109.3477，f2為0.1025，f3為-0.0005。根據空冷機組供應商提供的數據，并結合空冷阻力實驗，即可得知空冷機組的阻力特性曲線擬合系數分別為f1s為0，f2s為0，f3s為3.569*10-4。

根據空冷風機的性能曲線擬合系數及阻力特性曲線擬合系數，找到空冷風機工作點，如圖1所示。

而根據圖1，即可得知，600MW空冷風機在18°安裝角工作點中，冷卻空氣流量數值為425kg/s，對應風機增壓數值為64.8Pa。

兩臺風機并聯運行時，工作點.對應增壓、空氣流量都會出現相應變化，當單臺風機運行時，風機流量為425kg/s，增壓為64.8Pa，而兩臺風機并聯運行后，風機流量為534kg/s，增壓為101.2Pa。其具體表現為圖2所示。

2 直接空冷系統軸流風機群運行特性

2.1 集群因子

在電力運行中，空冷風機主要通過集群運行模式，實現冷卻空氣對流，而經試驗證明，集群運行模式會使風機流量減少，但不會影響風機的阻力特性，如風機以并聯方式進行運行，那么所有風機出口連接外部管網系統均是同一個，而集群模式運行下的風機出口外部連接均由單獨的空冷單元進行管束。

2.2 風機數量的影響

空冷風機的數量與風機流量密切相關，風機數量越多，則流量越小，集群因子也就越小，在文章試驗中，假設風機集群因子為0.95，也就是兩臺風機并聯運行時，流量僅能達到單機流量的95%左右，為提高并聯空冷風機流量，特將風機并聯與風機集群運行模式相結合發現，修正后風機流量為802kg/s，占單機流量94%左右，由此可見，風機流量大小，并不完全取決于風機數量多少，但風機集群效應，與風機數量卻有著緊密的聯系，當風機數量越多時，集群效應也會更為顯著，風機流量也就越小，地面傳熱面積要求也就越高。

2.3 風機布置影響

風機工作特性不僅受風機數量影響，同時，還受風機布置的影響。文章試驗以4臺風機為例，當4臺風機布置成1列時，明顯發現，風機1和風機4之間的影響，比風機2和風機3的影響更大，這進一步證實了，當多數量風機排為一行時，風機流量較大，因此，文章將所有風機群以1列的形式進行布置，假nn為0.92時，集群風機1列排開，nm則為1，那么4臺風機的總流量則4*1=1550kg/s，而4臺單機風機總流量為1700kg/s，4臺集群風機以1列形式布置時，流量是4臺單機風機總流量的91.2%。當4臺風機以2列形式布置時，假nn為0.92時，集群風機1列排開，nm則為0.96，而此時，集群風機總流量為1490kg/s，占4臺單機風機總流量的87.6%，由此可知，風機布置方式，對風機流量有著重要影響，其具體表現如圖3所示。

2.4 風機運行特性中其他影響因素

在風機運行中，運行環境中的風場作用也會對風機運行系統造成很大的影響，在風機運行流量相同時，風力小，風機壓力則會增加，而風機的阻力曲線也會出現大幅度變化，風機總流量會減小。反之，當風力變大時，風機壓力會相應下降，風機阻力曲線則呈平滑趨勢發展，風機總流量也會相應變大。另外，風機運行特性還會因風向變化而發生變化，其具體情況需通過CFD，并結合實驗模擬來確定。

3 結束語

文章通過實驗及風機運行特性分析，得到如下結論：（1）當風機并聯進行運行時，風機的流量明顯小于單臺風機運行流量，而通過葉片安裝角可進行一定的修正，但葉片安裝角數量會受到限制，當達到安裝受限時，并聯風機總流量并不會有明顯的增加。（2）風機集群運行時，每臺風機的流量都會因集群因子而有所降低，其空氣系統增壓也會相應減小。（3）風機集群運行時，風機流量及空氣增壓與風機排列模式有著密切關系，就一般情況而言，風機呈1列排列時，其流量總和數最大。另外，風機集群運行流量和增壓還和集群風機數量有關，當風機數量越多時，風機的總流量和增壓數值比單臺風機獨立運行數值小。

參考文獻

[1]李宴君.基于時序分析的直接空冷系統空氣側流動特性及表征方法研究[D].中國科學院研究生院（工程熱物理研究所），2014.

[2]趙曉亮.660MW直接空冷凝汽器傳熱特性及運行優化[D].華北電力大學，2014.