直接空冷汽輪機背壓節能優化的潛力研究

摘 要：隨著我國空冷技術的快速發展，直接空冷機組的投入運行越來越普及。直接空冷機組在適宜背壓下運行，可以有效的提高汽輪機的熱效率，從而給企業、工廠運行起到節能增效的作用。目前，我國大多數直接空冷汽輪機運行背壓偏高，而且容易受到環境的溫度影響，尤其在夏季高溫大風期間極易出現背壓過高，汽輪機帶不滿負荷被迫降負荷的情況，高背壓運行嚴重威脅機組的安全、經濟運行。直接空冷汽輪機通過優化風機運行方式，可以得到直接空冷機組最佳背壓范圍，從而實現節能優化的目的。本文在此基礎上，展開直接空冷汽輪機背壓節能優化的潛力研究，以期為進一步挖掘機組節能潛力提供有益的指導。

關鍵詞：直接空冷汽輪機;背壓節能優化;潛力研究

隨著直接空冷系統在我國發電廠體系中越來越廣泛應用，空冷機組采用空氣作為冷卻介質，不僅可以應用于水源充沛的地區，還可以應用于水資源匱乏地區，大大減少水資源消耗、促進水資源可持續利用。根據數據調查顯示，相同容量的空冷機組比濕冷機組僅在冷卻系統本身就能節水97%以上，全廠性節水可高達65%以上，成為目前火力發電廠節水量最多的一項技術，從而提高了直接空冷汽輪機組的實效性、經濟性。

1 直接空冷汽輪機組簡介

1.1 直接空冷汽輪機組簡介

目前，空冷技術分為直接空冷和間接空冷，在全世界已建成的空冷機組中，直接空冷技術約占60%，而間接空冷技術占40%，直接空冷汽輪機系統要比間接空冷系統更龐大，結構更加復雜。直接空冷技術是一種利用環境中空氣對汽輪機組中的乏汽進行冷卻循環的技術。直接空冷技術整個系統的核心就是空氣冷凝器，通過軸流風機作用，使空氣流經散熱器外表面，散熱器管束內的排汽受到冷空氣作用凝結成水滴，經過內部泵的作用將凝結水輸送回熱系統，再經過抽汽加熱后，給鍋爐提供水循環利用[1]。圖1所示直接空冷系統結構簡圖?？諝饫淠鞯倪\行效果將直接影響直接空冷汽輪機的效率，因此，機組在運行過程中，工作人員要時刻注意空氣冷凝器的工作狀態，確保直接空冷汽輪機系統有序、高效運行。

1.2 直接空冷機組特點

直接空冷系一般是在高背壓方式下運行，運行過程中會受到溫度、大氣壓以及風力風向的嚴重影響，變化幅度變大，安全系數較小[2]。如果環境溫度過高，空冷散熱器表面的空氣溫度就會隨之升高，大大降低冷卻效果，導致機組背壓過高，影響汽輪機組的正常運行，在夏季的影響最為突出。另外，流經冷凝器的空氣流量（流速）也會對機組運行系數產生一定的影響，如下圖。

因此，直接空冷機組運行過程中，存在最佳的風機運行頻率使得機組功率增量與空冷風機耗功增量的差值最大，此時機組運行經濟性最佳。工作人員需要積極優化調整結構，維持機組運行最佳背壓，保證機組的平穩運行。

2 影響直接空冷機組背壓節能增效的因素

2.1 汽輪機背壓偏離標準值

調查數據統計顯示，目前，在我國運行的直接空冷機系統，大部分空冷機組背壓較設計水平偏高，只有少數在高溫條件運行時負荷工況背壓可以達到設計參數的標準，導致廠內各空冷機組年平均供電煤耗增加，造成能源的浪費。從以下三個主要方面分析背壓偏離設計值的影響因素。

2.1.1 空冷散熱器運行性能較差

管束內的蒸汽冷凝熱阻、管壁導熱熱阻、空氣側的對流換熱熱阻以及臟污熱阻串聯組成直接空冷系統傳熱熱阻。汽輪機長期運行過程中，扇片、系統很容易粘藏上臟污、灰塵，

使得臟污熱阻增加，減少了時管束的通流面積，導致系統的通風量下降，從而大大降低了空氣側的換熱能力[3]。另外，工作人員在安裝汽輪機組過程中，忽視冷卻單元隔墻與管束之間間隙要求，導致空冷散熱器出現漏風現象，而冬季溫度過低，運行管束結凍，也會導致空冷翅片管間間隙變大。以上常見的問題，都會導致汽輪機背壓值偏析標準設計值。

2.1.2 空冷系統設計容量不合理

部門直接空冷系統在設計過程中，忽視了實際情況以及環境因素的影響，例如，極端氣候環境、散熱器灰塵臟污、排汽熱負荷增加等，導致空冷系統容量設計偏小，缺乏科學合理性，導致系統在運行過程中，汽輪機背壓高出設計標準值[4]，進而造成能源的不必要消耗。

2.1.3 真空系統嚴密性較差

大多數電廠在長期運行管理過程中，已經開始高度重視系統真空的嚴密性，但是由于長期使用，部分系統的真空嚴密性還是較差。一旦真空系統嚴密性出現問題時，會導致逆流區空氣分壓力增加，進而造成系統內溫度降低，冷凝熱阻增加[5]，從而大大降低了蒸汽側換熱能力。

2.2 高溫時段機組出力受限

由于直接空冷汽輪機組自身的結構性質，絕大多數電廠針對空冷機組背壓高的問題，導致其在極端炎熱氣候條件下會出現機組出力受限5%～10%的情況。

3 直接空冷機組節能增效改造的基本原則

背壓與空冷機組的安全、經濟運行水平息息相關，一旦排汽壓力偏離目標值時，就會給運行系統運行帶來發面影響，并且增大了資源的消耗。通過調整最佳運行參數以及適宜的環境因素，可以使得直接空冷汽輪機背壓值達到的最優。因此，相關管理人員必須要高度重視汽輪機組規范、合理的背壓值，有力保障系統的經濟運行，并且可以用來監督和規范電廠的系統能耗。在實行節能增效的改造過程中，首先，全面診斷主機及空冷系統的實際運行性能，挖掘現有設備的自身能力，加強運行維護管理、提高設備高效運行水平;另外，制定科學合理的標準，從系統結構設計、排汽熱負荷、扇葉臟污程度、冷卻空氣的均勻性等多個方面[6]，研究探討提高和改善空冷運行性能的主要方式，采用先進的科學技術隨系統進行調整改，實現直接空冷系統背壓節能增效的目的，減少不必要的能源、資源消耗，最終發揮工廠企業的經濟效益的最大化。

4 結語

綜上所述，直接空冷機組在運行過程中受到自身結構限制，易受到溫度以及風力以及其他環境因素影響，導致汽輪機組運行背壓高、出力受限，因此，相關部門實行節能增效技術改造直接空冷系統，提高運行維護管理水平。在進行直接空冷汽輪機背壓優化節能改造時，提高直接空冷系統的運行性能和效率，極大程度上降低運行能耗，促進工廠長遠健康發展。

參考文獻：

[1]高建強，肖雄.某300MW直接空冷機組風機運行調整研究[J].汽輪機技術，2017，59（3）：221-223.

[2]劉文華，李高潮，閆永強等.600MW機組直接空冷系統動態特性研究[J].熱力發電，2014，43（3）：76-78.

[3]石維柱.直接空冷機組優化運行關鍵技術研究[D].北京：華北電力大學，2010.

[4]范永勝，袁丁，靖長財等.超臨界600MW直接空冷機組能耗診斷及節能措施[J].熱力發電，2013，42（05）：7-10+14.

[5]張學海.600MW直接空冷機組背壓修正曲線及經濟運行背壓研究[J].中國電機工程學報，2017，39（3）：1-4.

[6]郝潤田.國產600MW超臨界直接空冷機組背壓運行優化分析[J].汽輪機技術，2016，58（4）：283-286.

作者簡介：

薛靜明（1978- ），山西翼城人，本科，熱動助理工程師。