直接空冷機組空冷島運行優化探討

史 超

（神華陜西國華錦界能源有限責任公司，陜西 榆林 719319）

本文根據空冷風機的運作模式，設計出機組空冷島運行優化的概念模型，并以600MW直接空冷機為例，對其進行了設備性能的運算和優化，最后明確了空冷島體系內冷卻風機的優化運作形式以及背壓最佳方式。

一、機組空冷島運作機制

相關文獻闡釋，當機組處于一定的溫度條件下，其負荷的不同會帶來不同的風量、風機數目以及運作風機的轉動時速，但是有關風量和背壓的最佳數據卻無法確定。此外，還有數據資料顯示：當環境外在因素不一致時，讓一項機組背壓得以維持的就是風量與負荷之間的內在聯系，而在機組的負荷和熱力指數一致的情況下，汽輪機設備的背壓會對機組的經濟性能產生一定的影響，背壓是受汽輪設備的排放量還有冷風機的風量共同影響的。當機組的負重和環境因素一致的時候，隨著風量的遞增，風機的損耗也會遞增，二者成正比遞增或遞減，但是需要指出的是，一旦風機的風量遞減，損耗雖然減小，但是背壓會變大，經濟性急劇下降。

二、空冷島季節性運作分析

（一）冬季運行特點

冬季氣溫驟降，空氣的凝結裝置特別容易出現大規模的冷凍故障，常常為機組的安全功能和經濟效益帶來負面影響，可能造成空冷島凍結的原因可以歸為以下幾點：

首先可能受到熱負荷不均勻的影響。由于空冷凝結設備多采用多排管束運作，管束接觸到空氣的時間各不相同，由此產生的熱量負荷也就不均勻。靠近風向的管束最先接觸到外界冷空氣，導熱的溫差相對較大，管接口處的壓力比較低；而在外部的管束，在與空氣接觸時溫差不會很大，產生的蒸汽比較少，管口的壓力非常大，熱量負荷比較小，正是由于這種不平衡，非常容易出現管道內部空氣滯留的死角，不能凝結的氣體沒有辦法很好的被排放出去，堆積在管道里面。背壓的增加直接干擾到管束內部的換熱機制，帶來一系列的灌輸冷凍現象。如圖1所示，即空冷凝汽裝置構造以及熱負荷的示意圖。

另外一種可能的情況就是蒸汽的流量較低以及冷空機量過度。一旦溫度達到零下四十度的極限狀態時，蒸汽想要形成凝結的時間變短，管束內極容易形成蒸氣滯留。同時，即便空冷器內部的蒸汽流量沒有超出預計的范圍，運作流程中的任一行為不當都會造成冷凍現象。

（二）冬季冷凍的解決途徑

第一，發現背壓過高時，及時開啟抽氣機制，將無法凝結的氣體抽出，避免在管束內部形成死角。

第二，機組處于常規運行狀態時，風機的負重要及時關注，適時的降低其負荷，間隔一段時間就要清理風機外側的凍霜，將定時測量的空冷管道溫度繪制成觀察表，以便及時發現問題。

圖1 空冷凝汽裝置構造以及熱負荷示意圖

圖2 不同溫度下風量與機組背壓關系示意圖

圖3 不同環境溫度下汽輪排氣量與機組背壓關系示意圖

圖4 不同排氣量與溫度狀態下與機組背壓關系圖

圖5 不同排氣量下風量與機組背壓關系圖

圖6 不同機組負荷與溫度狀態下冷卻風機的最佳轉速示意圖

圖7 不同機組負荷與溫度狀態下的最佳背壓示意圖

第三，空冷島熱負荷溫度太低引起的管道冷凍要即時關閉百葉窗裝置，在管道內部鋪設擋板。控制空冷島的熱負荷在安全的范圍間，保障其安全運作。

（三）空冷島夏季運作特點

夏季溫度較高，空氣所含的雜質也較多，空冷島在夏季常出現的問題主要集中在以下三部分：

第一，夏季由于空氣較濕潤溫度高，蒸汽同空氣的換熱比例不如冬季，晝夜溫差的巨大差異也造成了空冷島背壓的起伏變化。

第二，外界環境的風也是影響空冷島夏季性能的一個主要源頭。空冷風機在起始接口的位置產生負壓區域，原本應該吸引到風機的氣體停滯在負壓區域，冷卻效果大不如前。另一方面，環境風沿著空冷體系形成負壓也會造成熱體回流。

第三，空冷島內部管束較多，間距狹小。時間越長，積壓的灰塵雜質就會越多，傳熱也會受到干擾，機組的經濟效益也會受到影響。

（四）優化措施

首先要運作抽氣機制，將蒸汽實現凝結，空冷島背壓較高的時候，運作抽氣裝置，及時將管道中的無效氣體排除，以此實現機組的安全運行。其次要定期清理灌輸內的積塵。最后就是強化冷卻系統，降低溫度和排壓力，實現機組性能的優化。

三、實例剖析

這里拿600MW直接冷機組舉例說明，空冷風機攜帶變頻功能，汽輪的壓力排量為15kPa，排氣量規格為400ka/s，空冷凝結裝置散熱設計為1600000m2，迎風部分為13000m2，風速設置為2m/s。

（一）溫度因素以及風量對機組的影響

機組的排汽流量不變，空冷器風速與溫度改變對背壓的影響如圖2所示。明顯看出，溫度不同，風速與背壓成反比姿態，風速越高，被壓受影響越小。

（二）汽輪裝置的排氣量與溫度對機組的影響

圖3顯示的是機組背壓量伴隨汽輪裝置流量的遞增而遞增，并且溫度越高，變化的趨勢越為明顯。圖4顯示，機組背壓與環境溫度成正比遞增，同時汽輪排量越大，機組背壓的遞增就越明顯。

（三）風量與汽輪排氣量對機組的影響

溫度設定一致，正如圖4所示，迎面風速遞增，機組的背壓明顯下降；然而風量驟增時，下降的情況變得不再明顯，趨于平緩。這也側面說明了，風量的增加對于機組背壓的影響并不大。

（四）優化方案

如圖6與圖7顯示，一旦溫度低于零度，汽輪最佳背壓即處于極致狀態下的背壓，其同時擁有最好的旋轉速度。伴隨溫度的改變、溫度升高整個機制的最佳背壓升高后，空冷風機要選取一定負荷以及溫度狀態下最樂觀的旋轉速度，以此來弱化汽輪機背壓運行產生的風機工作效率，進一步實現經濟效益的飛躍。

結語

直接空冷機組在我國的各個區域都得到了快速的應用和發展，但是在其實際運作中還是會出現一系列的問題，熱空氣回流、受熱面遭遇污染、易冷凍等問題都會影響到機組的運作安全和經濟效益。文章結合實際中常遇到的問題對于直接空冷機組在冬夏兩季的相關內容進行分析，并提出了優化的方案，對于其安全性能的提升是非常有益的。同時，本文針對600MW空冷機組其風量、溫度以及汽輪機排量等數據進行曲線制圖，更加直觀驗證文中的觀點以及優化策略的可行性，對于最佳背壓的探索也得到應有的答案。

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