間接冷卻塔加裝擋風(fēng)墻以提高換熱效率的應(yīng)用實(shí)踐

葛 云，李曉鵬

（酒鋼集團(tuán)能源中心，甘肅嘉峪關(guān) 735100）

前言

間接空冷系統(tǒng)因其具有高效節(jié)水環(huán)保的特點(diǎn)，在我國(guó)火力發(fā)電行業(yè)中被廣泛應(yīng)用，隨著國(guó)內(nèi)火力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，間接空冷技術(shù)取得飛躍式的進(jìn)步，但間接空冷系統(tǒng)受自然環(huán)境因素的影響較大，造成換熱效率下降，導(dǎo)致機(jī)組不能滿負(fù)荷運(yùn)行（或高負(fù)荷運(yùn)行）。因此，分析大風(fēng)及高溫氣候?qū)﹂g接空冷系統(tǒng)的影響，尋找提高間接空冷系統(tǒng)冷卻性能的途徑，對(duì)火力發(fā)電廠具有重要的工程價(jià)值和理論意義。本文通過模擬分析大風(fēng)及高溫天氣對(duì)某4×350WM凝汽式燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組間接空冷系統(tǒng)的影響，提出加裝擋風(fēng)墻的改造方案，以降低環(huán)境因素對(duì)間接空冷系統(tǒng)的影響。

1 機(jī)組介紹

本文研究機(jī)組為，由甘肅省酒鋼鐵集團(tuán)投資建設(shè)電廠項(xiàng)目，廠址位于甘肅省嘉峪關(guān)市嘉北工業(yè)園區(qū)，機(jī)組建設(shè)為4×350 MW汽輪發(fā)電機(jī)組，主機(jī)采用間接空冷系統(tǒng)，且一機(jī)一塔。

2 問題數(shù)據(jù)采集及問題原因分析

運(yùn)行現(xiàn)狀：該電廠于2014年初1#機(jī)組投運(yùn)，年中2#機(jī)組投運(yùn)，年底3#、4#機(jī)組建成投產(chǎn)。機(jī)組新建成后初期，各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)均正常，在相同的機(jī)組工況和自然環(huán)境條件下，機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)能夠基本保持統(tǒng)一，但隨著環(huán)境溫度的上升、環(huán)境風(fēng)速的升高，3#、4#機(jī)的背壓在相同的氣候條件下，相對(duì)于1#、2#機(jī)組的運(yùn)行情況出現(xiàn)了異常情況，其中3#機(jī)組背壓升高情況尤為突出。在相同機(jī)組運(yùn)行工況下，2015年5月8日16:53時(shí)，3#機(jī)組的背壓較1#機(jī)組偏差最高達(dá)到了16 kPa。1#機(jī)組背壓15.32 kPa，3#機(jī)組背壓達(dá)32.869 kPa，設(shè)計(jì)要求28 kPa。見圖1。

3 問題分析及處理

因在相同工況下，1#機(jī)組與3#機(jī)組背壓偏差較大，且3#機(jī)組已超出設(shè)計(jì)要求，故利用電廠SIS系統(tǒng)，抽調(diào)不同環(huán)境因素下，分析造成機(jī)組背壓偏差、超標(biāo)的原因。

圖1 機(jī)組運(yùn)行時(shí)參數(shù)對(duì)比

環(huán)境 1：2015 4月 4日，機(jī)組負(fù)荷 300～320 MW，環(huán)境溫度5～17℃，環(huán)境風(fēng)速 ＜3 m/s。圖2為1#機(jī)組參數(shù)，圖3為3#機(jī)組參數(shù)。

圖2 4月4日1#機(jī)組參數(shù)

圖3 4月4日3#機(jī)組參數(shù)

結(jié)論：相同負(fù)荷下，環(huán)境風(fēng)速＜3 m/s，環(huán)境溫度＜17℃時(shí)，1#、3#機(jī)組背壓基本無偏差。

環(huán)境2：2015年5月5日,機(jī)組負(fù)荷300～320 MW，環(huán)境溫度＞17℃，環(huán)境風(fēng)速 ＜3 m/s，機(jī)組運(yùn)行參數(shù)。圖4為1#機(jī)組參數(shù)，圖5為3#機(jī)組參數(shù)。

結(jié)論：機(jī)組相同負(fù)荷情況下，環(huán)境因素中，風(fēng)速≤3 m/s，環(huán)境溫度≥17 ℃時(shí)，1#、3#機(jī)組背壓偏差不大。

圖4 5月5日1#機(jī)組參數(shù)

圖5 5月5日3#機(jī)組參數(shù)

從以上圖片記錄的參數(shù)分析，相同負(fù)荷工況、環(huán)境風(fēng)速均小于3 m/s時(shí)，造成機(jī)組背壓偏差、超標(biāo)的原因與負(fù)荷、溫度無關(guān)。

環(huán)境3：2015年 5月8日,機(jī)組負(fù)荷300～320 MW，環(huán)境溫度＞17℃，環(huán)境風(fēng)速 ＞3 m/s，機(jī)組運(yùn)行參數(shù)。圖6為1#機(jī)組參數(shù)，圖7為3#機(jī)組參數(shù)。

結(jié)論：不同機(jī)組在相同負(fù)荷下，環(huán)境風(fēng)速＞3 m/s，環(huán)境溫度＞17 ℃時(shí)，1#、3#機(jī)組背壓偏差較大，甚至3#機(jī)組某時(shí)段的各項(xiàng)參數(shù)已無法顯示，但是從3#機(jī)組參數(shù)圖的Y軸可以判斷出，3#機(jī)組的背壓較1#機(jī)組已高處1個(gè)刻度標(biāo)識(shí)。

圖6 5月8日1#機(jī)組參數(shù)

圖7 5月8日3#機(jī)組參數(shù)

原因分析：

通過以上3種情況對(duì)比，綜合分析運(yùn)行參數(shù)及環(huán)境溫度、風(fēng)速、風(fēng)向等參數(shù)的研究分析，造成機(jī)組運(yùn)行參數(shù)-背壓-異常升高的主要原因有以下2個(gè)方面：

（1）通過對(duì)不同機(jī)組相同時(shí)間內(nèi)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行對(duì)比得出，當(dāng)環(huán)境溫度到達(dá)高溫，即30℃上下時(shí)，機(jī)組背壓可達(dá)25～28 kPa。原因?yàn)椋弘S著環(huán)境溫度的升高，間冷空冷系統(tǒng)的換熱能力受溫度的影響，造成機(jī)組背壓上升，效率下降，帶負(fù)荷能力下降。

注：環(huán)境溫度為間冷塔實(shí)測(cè)溫度

(2)經(jīng)過機(jī)組投產(chǎn)后，在負(fù)荷高，風(fēng)速、風(fēng)向、環(huán)境溫度不停變動(dòng)的情況下，對(duì)機(jī)組背壓參數(shù)進(jìn)行分析，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到3級(jí)以上時(shí)，自然環(huán)境因素對(duì)間接空冷系統(tǒng)的正常運(yùn)行是有影響的，會(huì)降低間冷散熱器的散熱能力。當(dāng)風(fēng)帶泥沙時(shí)，穿過三角形底部時(shí)冷卻間接冷卻塔，塔內(nèi)和塔外的氣流混亂，存在渦流；并且，塔頂?shù)某隽魇艿綒鈮旱挠绊懀棺枇υ黾樱魅趿丝绽渌乃w抽風(fēng)能力，使機(jī)組背壓異常升高。通過現(xiàn)場(chǎng)間冷塔地理位置布置、數(shù)據(jù)測(cè)試結(jié)果表明，3#、4#機(jī)組間冷塔位于廠房迎風(fēng)面，在高或滿負(fù)荷下，環(huán)境風(fēng)速＞3 m/s,，環(huán)境溫度＞17℃時(shí)，機(jī)組背壓的受到的影響尤為明顯，見表1。

表1 運(yùn)行參數(shù)及環(huán)境因素記錄

總結(jié)：大風(fēng)及高溫天氣影響間冷塔的換熱效率，進(jìn)而影響機(jī)組的背壓，造成機(jī)組負(fù)荷下降。其中風(fēng)速對(duì)背壓的影響較大。

圖8 改造方案

問題處理：為了減小自然風(fēng)對(duì)空冷塔性能的影響，需對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行防風(fēng)改造。根據(jù)國(guó)內(nèi)對(duì)空冷系統(tǒng)的研究，一般的改造方案分為內(nèi)部十字擋風(fēng)墻、外部擋風(fēng)墻和二者結(jié)合。本文論述廠址的空冷塔內(nèi)中心建有地下泵房，內(nèi)部十字擋風(fēng)墻方案不適用。因此，建議加裝外部擋風(fēng)墻，建議改造方案如下，見圖8。

4片外部擋風(fēng)墻，位置為3/7、4/8；

6 片外部擋風(fēng)墻，位置為 3/7、4/8、5/6；

6 片外部擋風(fēng)墻，位置為 3/7、4/8、1/5、2/6。塔外翅墻平面垂直于主導(dǎo)風(fēng)向。

改造結(jié)果：間冷塔擋風(fēng)墻施工完成后，對(duì)比2015年與2016年相同月份日期內(nèi)的同時(shí)間區(qū)間的3#機(jī)組主要運(yùn)行參數(shù)，如表2、表3。

表2 未安裝擋風(fēng)墻3#機(jī)組運(yùn)行參數(shù)

表3 安裝擋風(fēng)墻3#機(jī)組運(yùn)行參數(shù)

從表2、表3數(shù)據(jù)中可以看出，在擋風(fēng)墻安裝前后，平均風(fēng)速均在3 m/s以上，環(huán)境溫度均大于17℃，機(jī)組負(fù)荷基本相同的情況，3#機(jī)組的背壓降低至20 kPa以下，進(jìn)回水溫度由10℃以下升高至10℃以上，換熱效率增加，機(jī)組背壓降低。

同時(shí)為保證機(jī)組的滿發(fā)運(yùn)行，需配合以下措施：

（1）在高溫及大風(fēng)天氣來臨前，需提前對(duì)間冷塔扇區(qū)散熱器進(jìn)行沖洗，除去散熱器表面浮灰與雜物。在高溫及大風(fēng)天氣中，不間斷進(jìn)行沖洗，降低散熱器表面溫度。

（2）在高溫及大風(fēng)天氣中，對(duì)散熱器的百葉窗進(jìn)行雜物清理，防止百葉窗因雜物卡澀造成開度不足。

（3）當(dāng)運(yùn)行機(jī)組背壓異常上升時(shí)，值班人員應(yīng)查看備用真空泵連鎖是否正常投入。

（4）當(dāng)背壓升高且無法控制時(shí)，應(yīng)合理降低機(jī)組負(fù)荷。

4 應(yīng)用推廣

本文通過對(duì)針對(duì)電廠的實(shí)際環(huán)境和運(yùn)行情況，對(duì)該廠的間接空冷系統(tǒng)的空冷塔和散熱器在大風(fēng)及高溫氣候下的運(yùn)行情況進(jìn)行了數(shù)據(jù)收集，對(duì)不同環(huán)境風(fēng)速、溫度和機(jī)組不同工況下的空冷塔運(yùn)行特性進(jìn)行了對(duì)比，并分析原因。針對(duì)空冷塔內(nèi)外的流場(chǎng)分布，提出了增加外部擋風(fēng)墻方案，并予以實(shí)施，對(duì)比改造前后的數(shù)據(jù)，改善效果較為明顯，提高了空冷塔運(yùn)行性能，做出了有益的嘗試，為同類型電廠解決此類問題提供了實(shí)際依據(jù)參考。

5 結(jié)論

結(jié)合我廠機(jī)組所在區(qū)域的主要?dú)夂蛱卣髋c電站運(yùn)行方式，從經(jīng)濟(jì)性方面講，選用了在機(jī)組塔外安裝不定數(shù)量的擋風(fēng)墻作為機(jī)組改進(jìn)方案。結(jié)果證明，加裝6扇擋風(fēng)墻均能大幅度提高空冷塔散熱器的通風(fēng)量與換熱量。改造后的空冷塔周圍的靜壓受到擋風(fēng)墻的抑制，塔外靜壓趨于均勻，且高于塔內(nèi)，促進(jìn)了塔內(nèi)外的空氣流動(dòng)；塔外的橫向風(fēng)受到擋風(fēng)墻的阻礙，風(fēng)速減小，一周風(fēng)速也趨于均勻，提高了通風(fēng)量；因靜壓與風(fēng)速的變化，使塔內(nèi)的溫度穩(wěn)定，保證了塔內(nèi)空氣的出流，提高了間接空冷系統(tǒng)的通風(fēng)量與換熱效率。改造后，機(jī)組的凝結(jié)水溫度、冷卻水入口、出口溫度、塔內(nèi)溫度數(shù)據(jù)均有明顯的降低，實(shí)際結(jié)果中，背壓降幅為10.2 kPa、8.75 kPa，改造比較成功。