直接空冷機組空冷島的優化模擬計算

陳雅麗 蘇華鶯

1.大同電力高級技工學校 山西 太原 030000；2.山西電力職業技術學院 山西 太原 030000

當今社會,能源和環境已經成為兩個大問題,我國也越發重視能源發展,開始調整能源結果,降低石化能源應用率,其中,用石化能源發電的比例已經下降到65%。根據調查發現,我國的電力和能源結構效果明顯,特別是水電、風電等。但是,電力能源結構調整使,火電比重盡管下降,但是仍處于主導位置,其所產生的冷卻水污染問題仍然比較嚴重,這是本文所要研究的問題。

一、直接空冷系統概述

(一)直接空冷系統結構。直接空冷就是汽輪機膨脹過的排汽直接通過鼓風機送入的環境氣體來降溫,連接管道將排汽送至空冷凝汽器中,凝汽器通常不會安裝在室內,冷卻而成的液態水會由水泵送至省煤器等換熱器中加熱提高初始溫度,然后進入水冷壁重新循環利用。由汽輪機組構成的直接空冷系統包括空氣冷凝器、輸送管路、空氣冷凝裝置和散熱翅片管束、冷凝介質聯箱、風機、裝置平臺和支架、真空制造裝置、散熱管束清洗裝置和設備、噴淋冷卻設備[1]。

(二)空冷凝汽器和空冷風機。空冷凝氣器是一種換熱器,其目的就是為了加強換熱,本研究應用的換熱器是翅片管束式換熱器。空氣冷凝器受到的影響因素比較多,不同季節需要做出相應的選擇,這樣才能夠提高其性能。

直接空冷系統中冷卻介質為環境風,由風機輸送,這就是空冷風機的作用。

二、直接控冷系統最佳運行背壓計算

(一)計算案例。本文以600MW直接空冷系統為計算案例,利用Visual Basic 6.0軟件,計算各種工況下的汽輪機最佳運行背壓,其公式為：

1.微增功率計算。本文結合600WM直接控冷系統特性,選擇的計算方法使等效熱降法。該方法就是用回熱系統熱力平衡為原理進行計算的一種方法,其相較于其他方法而已,能夠分析整個熱力系統,將重點放在整體發生的局部變化,進而分析出由于局部變化而導致的空冷機組整體變化[2]。

對于純凝式機組,其單位質量蒸汽為：H=h0-hc(2)。而對于回熱機組,單位質量蒸汽通過機組葉片做功為：

若是機組背壓發生變化,機組排氣焓值就會產生變化,其單位質量蒸汽做功改變值為ΔH01=αn(h′c-hc)(4),其中αn為蒸汽流入凝汽器的份額,h′c為機組變工況時排氣焓,kJ/kg,hc為機組額定工況時排氣焓,kJ/kg。

2.風機功耗計算。所研究風機和某定性同類或尺寸成比例情況下,根據相似定理計算得到,環境溫度出現變化,不同轉速下風機功耗計算方法為：

(二)最佳運行背壓計算

1.350MW工況下：環境氣溫22.53℃,汽輪機運行負荷350.2MW,排汽壓力10.28k Pa,總凝汽量197.47kg/s。通過運算可知,該運行工況下汽輪機最佳背壓是12.076kPa,此刻的迎面風速1.83m/s,是設計運行工況條件下風速的90.95%(即1.83/2.012)。

2.400 MW工況下：環境溫度25.73℃,汽輪機實際負荷399.07MW,工作背壓16.04kPa,總凝汽量240.37kg/s。計算可得機組最佳背壓14.868kPa,迎面風速2.08m/s,是設計運行工況條件下風速的103.3%[4]。

3.500MW工況下：環境溫度27.47℃,汽輪機實際負荷501.17 MW,工作背壓是21.63kPa,總凝汽量283.24kg/s。經過運算可知,最佳背壓18.987kPa,迎面風速2.495m/s,是設計運行工況條件下風速的124%。

(4)550WM工況下：環境溫度25.85℃,汽輪機實際負荷551.08 MW,工作背壓23.13kPa,總凝汽量311.83kg/s。經過運算可知,最佳背壓17.985kPa,迎面風速2.46m/s,占設計運行工況條件下風速的122.26%。

85% THA負荷工況下,在環境溫度低于21℃時,直接空冷機組的最佳排汽壓力與環境溫度呈線性關系,最佳背壓隨環境溫度的上升而增加,而當環境溫度高于21℃時,汽輪機的最佳便基本不再隨環境溫度改變。隨著環境溫度升高,風機的最佳工作頻率同樣會逐漸上升,然而因為軸流式風機的負荷運行區間于30%到110%內,因此一旦其頻率上升至55 Hz后,則無法僅僅依靠改變送入的風量來調節汽輪機的排汽壓力,而且此時如果周圍溫度不斷繼續上升亦或是機組的負荷再一次增加,汽輪機的排汽壓力則立即增大,為防止事故發生、使機組能夠穩定工作,可能要通過啟用噴水降溫或者使機組的負荷減小下來[5]。

當環境溫度以及機組的凝汽流量保持不變情況下,通過使當前背壓變化,分析其給汽輪機最佳背壓確定帶來的影響,根據程序計算得出的結果繪制曲線即為圖4-19。能夠發現,直接空冷系統的功率改變的數值是由當前背壓決定的,但是當前背壓無論為何值,機組的最佳背壓仍然不會改變,因此當前背壓對機組最佳背壓基本上不會帶來作用。

圖1 85%的運行工況下，環境溫度對機組最佳背壓的影響結束語

本文主要研究了直接控冷系統,并將600MW直接空冷系統為計算對象,通過Visual Basic程序進行計算,最終發現機組的最佳背壓受環境溫度作用較大,隨著環境溫度的增加而上升。