直接空冷機組空冷島的優(yōu)化模擬計算

陳雅麗 蘇華鶯

1.大同電力高級技工學(xué)校 山西 太原 030000；2.山西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 山西 太原 030000

當今社會,能源和環(huán)境已經(jīng)成為兩個大問題,我國也越發(fā)重視能源發(fā)展,開始調(diào)整能源結(jié)果,降低石化能源應(yīng)用率,其中,用石化能源發(fā)電的比例已經(jīng)下降到65%。根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn),我國的電力和能源結(jié)構(gòu)效果明顯,特別是水電、風(fēng)電等。但是,電力能源結(jié)構(gòu)調(diào)整使,火電比重盡管下降,但是仍處于主導(dǎo)位置,其所產(chǎn)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(tǒng)概述

(一)直接空冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。直接空冷就是汽輪機膨脹過的排汽直接通過鼓風(fēng)機送入的環(huán)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(nèi),冷卻而成的液態(tài)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(huán)利用。由汽輪機組構(gòu)成的直接空冷系統(tǒng)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(zhì)聯(lián)箱、風(fēng)機、裝置平臺和支架、真空制造裝置、散熱管束清洗裝置和設(shè)備、噴淋冷卻設(shè)備[1]。

(二)空冷凝汽器和空冷風(fēng)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(yīng)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(jié)需要做出相應(yīng)的選擇,這樣才能夠提高其性能。

直接空冷系統(tǒng)中冷卻介質(zhì)為環(huán)境風(fēng),由風(fēng)機輸送,這就是空冷風(fēng)機的作用。

二、直接控冷系統(tǒng)最佳運行背壓計算

(一)計算案例。本文以600MW直接空冷系統(tǒng)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(jié)合600WM直接控冷系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng),將重點放在整體發(fā)生的局部變化,進而分析出由于局部變化而導(dǎo)致的空冷機組整體變化[2]。

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

若是機組背壓發(fā)生變化,機組排氣焓值就會產(chǎn)生變化,其單位質(zhì)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(fēng)機功耗計算。所研究風(fēng)機和某定性同類或尺寸成比例情況下,根據(jù)相似定理計算得到,環(huán)境溫度出現(xiàn)變化,不同轉(zhuǎn)速下風(fēng)機功耗計算方法為：

(二)最佳運行背壓計算

1.350MW工況下：環(huán)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(fēng)速1.83m/s,是設(shè)計運行工況條件下風(fēng)速的90.95%(即1.83/2.012)。

2.400 MW工況下：環(huán)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(fēng)速2.08m/s,是設(shè)計運行工況條件下風(fēng)速的103.3%[4]。

3.500MW工況下：環(huán)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(jīng)過運算可知,最佳背壓18.987kPa,迎面風(fēng)速2.495m/s,是設(shè)計運行工況條件下風(fēng)速的124%。

(4)550WM工況下：環(huán)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(jīng)過運算可知,最佳背壓17.985kPa,迎面風(fēng)速2.46m/s,占設(shè)計運行工況條件下風(fēng)速的122.26%。

85% THA負荷工況下,在環(huán)境溫度低于21℃時,直接空冷機組的最佳排汽壓力與環(huán)境溫度呈線性關(guān)系,最佳背壓隨環(huán)境溫度的上升而增加,而當環(huán)境溫度高于21℃時,汽輪機的最佳便基本不再隨環(huán)境溫度改變。隨著環(huán)境溫度升高,風(fēng)機的最佳工作頻率同樣會逐漸上升,然而因為軸流式風(fēng)機的負荷運行區(qū)間于30%到110%內(nèi),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(fēng)量來調(diào)節(jié)汽輪機的排汽壓力,而且此時如果周圍溫度不斷繼續(xù)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(fā)生、使機組能夠穩(wěn)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(huán)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(jù)程序計算得出的結(jié)果繪制曲線即為圖4-19。能夠發(fā)現(xiàn),直接空冷系統(tǒng)的功率改變的數(shù)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(huán)境溫度對機組最佳背壓的影響結(jié)束語

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