直接空冷機組夏季度夏措施及發展趨勢

王金平，安連鎖

（1.華北電力大學動力工程系，河北 保定 071003；2.山東電力集團公司，山東 濟南 250001）

直接空冷機組夏季度夏措施及發展趨勢

王金平1，2，安連鎖1

（1.華北電力大學動力工程系，河北 保定 071003；2.山東電力集團公司，山東 濟南 250001）

直接空冷機組具有節水的優點，在我國北方地區得到了廣泛的應用。分析直接空冷機組夏季運行存在的主要問題，提出度夏措施及可行性的解決方案。結果表明，高溫環境、自然大風、凝汽器管束臟污、真空泵工作水溫偏高是影響直接空冷機組夏季運行背壓高的主要因素。設置噴淋裝置、延伸擋風墻、加裝導流裝置和防風網、提高散熱器的沖洗質量是保證直接空冷機組夏季高溫季節安全經濟運行的重要措施。

直接空冷；背壓；噴淋；防風網

0 引言

直接空冷機組具有節水的優點，在我國“富煤貧水”地區得到了廣泛的應用［1］。在我國山西、陜西、內蒙等地投運的火力發電機組，大部分都是直接空冷機組。然而，直接空冷機組夏季運行時面臨較多問題，嚴重影響了機組的安全和經濟運行，不論在國外還是在國內迄今仍未找到有效的解決途徑。

1 直接空冷機組夏季運行存在的主要問題

1.1 夏季環境溫度高

直接空冷機組的背壓受環境溫度的影響非常大。空冷凝汽器壓力所對應的飽和溫度tn可按（1）式計算［2］。

式中：Qn為管內蒸汽凝結放熱量，kW；Ga為空氣流量，kg/s；cp為干空氣定壓比熱，kJ/（kg·℃）；Dn為汽輪機排汽量，kg/s；hsn為空冷凝汽器的凝結水焓，kJ/ kg；hn為汽輪機排汽焓，kJ/kg；SF為換熱器迎風面積，m2；vNF為迎面風速，m/s；ρa為空氣密度，kg/m3；ε為換熱器效能；ta1為環境溫度；NTU為傳熱單元數；

根據式（1），可知在其他因素不變的情況下，環境溫度升高1℃，空冷凝汽器壓力所對應的飽和溫度tn也會升高近1℃，從而引起凝汽器壓力的升高。經過計算，對于300 MW的直接空冷機組，環境溫度為10℃時，空氣溫度每升高1℃，凝汽器壓力升高0.5 kPa；環境溫度為35℃時，空氣溫度每升高1℃，凝汽器壓力升高1.2 kPa。即，環境溫度越高，對空冷凝汽器壓力的影響也越大。

因此，直接空冷機組在夏季經常出現由于環境溫度過高而限負荷的問題。

1.2 自然大風的影響

自然大風對空冷機組的影響是一個世界性難題。大風對直接空冷機組背壓影響非常大，在夏季高溫時段機組背壓本來就高，如果再受到自然大風的影響，必然對機組的運行產生嚴重后果［3］。

出現自然大風時，一方面空冷風機的吸風量不足，導致冷卻介質的質量流量減少；另一方面會出現熱風再循環，即空冷凝汽器排出的熱氣流，在某種特定的條件下被風機吸入，提高了進入空冷凝汽器的冷空氣溫度，導致空冷器冷卻能力下降。空冷島運行時，散熱器排出的熱氣上升，呈現羽流狀況。當大風從爐后吹向平臺散熱器，風速過高時羽流狀況要被破壞而出現熱風再回流現象。雖然在空冷島增設了擋風墻來降低熱風再循環的影響，但是根據運行經驗，擋風墻還是不能完全克服熱風再循環對機組背壓的影響。

1.3 空冷凝汽器易臟污

在我國，直接空冷機組周圍環境較為惡劣。風沙大、污染較為嚴重，加之夏季電廠周邊煤粉、樹木的飛絮、昆蟲等在迎風面形成一層氈狀附著物，使空冷凝汽器翅片管的翅片間隙減小，甚至堵塞空冷換熱風道，嚴重影響了空冷凝汽器的通風能力，造成空冷金屬翅片傳熱系數下降，導致機組背壓升高最終影響機組的熱經濟性［4］。

1.4 真空泵工作水溫偏高

通常，當真空泵工作水溫超過30℃時，每升高5℃，真空泵入口的壓力就提高近2 kPa，從而使真空泵的抽吸能力下降，造成空冷凝汽器內空氣的聚積，對真空的影響相當大。這主要是因為當工作水溫升高到一定程度后，在高度真空的真空泵殼內，部分工作水會發生汽化，體積突然膨大，從而使抽吸能力下降［5］。

2 直接空冷機組度夏的主要措施

2.1 加裝噴淋裝置

由于機組的背壓很大程度上取決于進入空冷凝汽器空氣的干球溫度，因此降低入口空氣溫度能夠解決直接空冷機組夏季出力受阻問題，從而提高機組的經濟性和安全性。為此，可在風機上部增設除鹽水噴淋裝置，如圖1所示。

圖1 除鹽水噴淋裝置

水經過噴嘴霧化形成一定粒徑的霧滴，霧滴在運動過程中與空氣充分混合并迅速蒸發。由于水的汽化潛熱較大，水蒸發時會吸收空氣中大量熱量，從而降低空氣的干球溫度。將降溫后濕空氣送到空冷散熱器，從而提高了空冷島的換熱能力［6］。為了使空冷器避免因噴水水質問題而產生結垢現象，噴淋用水一般采用除鹽水。為了節約除鹽水，噴淋裝置可以選擇單列、兩列、或三列同時運行，也可選擇單列或兩列循環切換運行。

以300 MW直接空冷機組為例，在環境溫度為34℃時，投入噴淋裝置后可使背壓降低約6 kPa。按背壓降低1 kPa影響供電標準煤耗率2 g計算，可使供電標準煤耗率降低12 g/kW·h，按每噸標準煤800元、噴淋系統年投入運行500 h計算，每年節約運行成本144萬元。按除鹽水成本為20元/t、消耗除鹽水40 t/h計算，拋去除鹽水的成本后，每年可以節余104萬元，經濟效益顯著。

2.2 延伸擋風墻

延伸擋風墻是防止熱風回流的有效措施之一。當空氣流經鍋爐房和汽機房等鈍體建筑物時，會在其下風一側產生若干漩渦，漩渦中的氣壓低于其周圍空氣的氣壓，因此不合理的空冷平臺高度，會使得空冷平臺的進氣口處于尾渦中，而出氣口位于尾渦外，進出氣口的壓差相當于一個向下抽氣的風機，降低了空冷平臺的機械通風能力。不合理的平臺高度設計也會使得空冷平臺的出風口位于垂直漩渦的順流部分，而進風口位于垂直漩渦的回流部分，從而導致熱風再循環［7］。因此，延伸擋風墻高度，不僅可以延長熱風流程，而且能夠降低漩渦的影響，如圖2所示。

圖2 延伸擋風墻示意圖

2.3 加裝導流裝置

由于很多的風機布置在一起，所需冷卻用的風量很大，空冷凝汽器四周邊的進風已形成了一定的風速，平行方向的風力在垂直方向的風機吸入口起了不良作用，使周邊的風機排氣能力下降，使該風機對應的換熱管束的換熱效率下降。當自然風的風力增大時，在風機的吸風作用和自然風力相加后，空冷凝汽器周邊的風速更高，會造成周邊風機吸入口形成負壓，風機的效率下降，嚴重時會造成空冷凝汽器外圍空冷單元空氣倒灌現象，使該空冷單元停止工作，并形成熱風回流現象，使整個空冷凝汽器的換熱效率下降，使凝汽壓力上升，降低發電量，自然風速高時會影響機組的安全運行。對于上述問題可以加裝一種進風導流裝置［8］，即在擋風墻下方的鋼結構平臺的外圍豎向向下布置有進風導流裝置，用于改變空氣進入空冷凝汽器外圍風機吸入口的方向，使有害的自然風變為有用的自然風，提高空冷凝汽器的性能，確保電站安全運行，同時大大降低成本和運行費用，如圖3所示。

圖3 進風導流裝置

2.4 提高空冷散熱器的沖洗質量

針對空冷島周圍環境差、空冷島設計高度及翅片管束設計結構不易清洗的現狀，直接空冷電廠應制定具體的清洗措施，責任落實到人，建立科學合理的獎懲制度，提高散熱器的沖洗質量。

2.5 降低真空泵工作水溫

換熱器換熱效果差是引起工作水溫偏高的主要原因之一。引起換熱器換熱效果差的可能原因有：冷卻水溫過高、冷卻水量小、冷卻面積不足、換熱面污垢較多。因此，降低真空泵的工作水溫應從改造工業冷卻水管路增加冷卻水量、增加換熱冷卻器的換熱面積、清洗換熱面污垢、適當的進行放水、換水等方面入手。

3 直接空冷機組度夏措施的發展趨勢

近年來，防風網被逐漸應用到直接空冷機組中。防風網又稱防風柵、防風障，是一種疏透（多孔）的障礙物，可在其背風面形成一個低風速區，降低來流風速并減弱大氣湍流中的旋渦結構，達到抑制揚塵的目的。防風網最初是人類設障抵御風沙侵襲的有效手段，現多用于減少煤堆、灰堆和沙堆向空氣中排放塵埃。有資料表明，當自然大風流經防風網的迎風側時，流速會下降50%～80%以上，從而起到很好的防風效果。設置防風網以達到控制局域風環境是一項多學科相互交叉的新型技術，涉及到流體動力學、環境科學及材料力學等多個領域［9-10］。

防風網可以設置在空冷島擋風墻下延方向，如圖4所示。國內有直接空冷機組已經用上了防風網，例如漳山電廠、豐鎮京隆電廠等。由于防風網的設置，增加了風機吸入口的阻力，其對不同風速下空冷島防風性能和風機性能的影響還有待進一步的研究。

圖4 防風網布置圖

4 結論

高溫環境、自然大風、凝汽器管束臟污、真空泵工作水溫偏高是影響直接空冷機組夏季運行背壓高的主要因素。

設置噴淋裝置、延伸擋風墻、加裝導流裝置、提高散熱器的沖洗質量是保證直接空冷機組夏季高溫季節安全經濟運行的重要措施。

加裝防風網為直接空冷機組安全度夏提供了一條新的思路。

［1］馬義偉.發電廠空冷技術的現狀與進展［J］.電力設備，2006，7（3）：5-7.

［2］周蘭欣，楊靖，楊祥良.300MW直接空冷機組變工況特性［J］.中國電機工程學報，2007，27（17）：78-82.

［3］張新海.我國空冷機組運行情況的分析及建議［J］.山西電力，2009（1）：113-116.

［4］楊立軍，杜小澤，楊勇平，等.直接空冷機組空冷系統運行問題分析及對策［J］.現代電力，2006，23（2）：52-55.

［5］周蘭欣，付文鋒，白中華，等.抽氣器出力不足對凝汽器真空的影響［J］.汽輪機技術，2008（1）：46-48.

［6］王松嶺，趙文升，劉陽，等.直接空冷機組霧化增濕系統的數值研究［J］.中國電機工程學報，2008，28（29）：28-33.

［7］Peiqing Liu，Huishen Duan，Wanli Zhao.Numerical investigation of hot air recirculation of air-cooled condensers at a large power plant ［J］.Applied Thermal Engineering，29（2009），1927-1934.

［8］江榮方，王酣愚..加裝進風導流裝置的電站直接空冷凝汽器［P］.發明專利，2006.

［9］PARK CW，LEE SJ.Experimental study on surface pressureand flow structure around a triangular prism located behind aporous fence［J］.J Wind Eng Ind Aerodyn，2003，91:165-184.

［10］LEE SJ，PARK KC，PARK CW.Wind tunnel observations about the shelter effect of porous fences on the sand particle movements［J］.Atmos Environ，2002，36:1453-1463.

Measures and Development of Summer Operation of Directed Air Cooling Unit

Directed air cooling unit is built widely in north area of China because of saving water.The main problems of directed air cooling unit in summer operation were analyzed，and corresponding measures were also given.The results show that high air inlet temperature，strong wind，tube dirty and high water temperature of vacuum pump are main factors influencing back pressure.Installing spraying system，extending windbreak wall and installing guide vane or windbreak net are important measures to insure safe and economic operation of directed air cooling unit in summer season.

directed air cooling;back pressure;spraying;windbreak net

book=45,ebook=23

TK264.1

B

1007－9904（2010）04－45－04

2010－04－17