環境風對直接空冷凝汽器換熱性能的影響分析

仲雷

(西北電力設計院,陜西西安 710075)

環境風對直接空冷凝汽器換熱性能的影響分析

仲雷

(西北電力設計院,陜西西安 710075)

環境風對直接空冷凝汽器的換熱性能具有重要影響。對直接空冷系統進行了簡要介紹,與常規濕冷 機組相比,直接空冷機組用水量少,且背壓偏高;分析了環境風對直接空冷凝汽器換熱性能影響的機理,指出熱風回流和風機性能下降是環境風造成空冷凝汽器換熱性能下降的兩個主要原因;最后對改善環境風影響的措施進行了介紹。

直接空冷系統 環境風 改善措施

在我國的富煤缺水地區，直接空冷機組以其節水性能得到了快速的發展。直接空冷技術將環境空氣作為冷卻介質對做完功的蒸汽進行冷卻，極大的減少了電廠運行中水的消耗。與濕冷機組相比，同級別的空冷機組能夠減少用水量65%左右[1]。但是空冷機組極易受到環境風的影響，大風天氣，環境風的影響使得空冷凝汽器的換熱效率降低，進而導致機組背壓升高，發電效率降低，當風速很大時，空冷島強熱風回流還會造成機組停機。因此，為了保證汽輪機組的安全運行，提高機組的運行效率，研究環境風對直接空冷凝汽器性能影響的成因和改善措施，使得空冷技術不斷發揮巨大潛力具有重要的意義。

1 直接空冷系統簡介

直接空冷系統，又稱空氣冷凝系統，是指汽輪機的排汽直接用空氣來冷凝，空氣與蒸汽間進行熱交換的封閉系統，蒸汽從汽輪機末級排出后經排汽管道送至空冷凝汽器，由空氣進行冷卻，所得凝結水由凝結水泵引出，進入回熱系統進行加熱。直接空冷凝汽器是空冷系統的核心部件，由布置成“人”字型的并列換熱器管束組成。目前應用較廣的是單排矩形和蛇形翅片管換熱器，其散熱效果較好且具有很好的防凍能力。

直接空冷機組與常規濕冷機組相比，有以下特點。

(1)用水量少。直接空冷機組的冷卻介質為環境空氣，用水量非常少。而濕冷機組通過水作為中間介質進行換熱，換熱后的水在冷卻塔內進行冷卻，使得大量的汽水混合物擴散到大氣中，造成了水資源的浪費。

(2)機組背壓高，發電煤耗高?？绽錂C組的發電標準煤耗率比同型濕冷機組高。因為空冷機組背壓受環境溫度影響較大，一年四季以及白天和晚上的溫差變化范圍大，導致機組的運行背壓變化也大[2]。

2 環境風對直接空冷凝汽器換熱性能的影響

直接空冷機組通過外界的空氣作為冷卻介質對汽輪機的排汽進行冷卻，因為空冷凝汽器是暴露在空氣中的所以極易受到環境風的影響。環境風對直接空冷機組換熱的影響主要體現在兩方面，一是引起熱風回流。二是導致風機性能下降。

熱風回流是指因為風機的抽吸作用使得換熱器出口部分熱空氣被風機重新吸入而導致換熱器冷卻空氣溫度升高的現象。當外界存在環境風時往往會造成熱風回流現象的出現。熱風回流一般產生于位于空冷島邊緣位置空冷單元。當有環境風作用時，位于邊緣位置的空冷單元的風機入口處會形成一個低壓區域，空冷單元內換熱后的熱空氣在換熱器的出口處會受到低壓區的吸引，導致熱空氣重新流回換熱器的入口處，進而導致換熱器進口空氣溫度的升高。當換熱器進口溫度升高時，會導致空冷凝汽器的換熱性能降低，使得空冷凝汽器的整體換熱性能下降，造成機組背壓升高，影響機組的安全經濟運行。

風機性能下降也由兩方面影響構成。一方面，在有環境風影響時，風機入口氣流角度會發生偏斜，從而導致風機入口氣流分布不均勻，導致風機進氣量減少。另一方面，受環境風的影響，空冷單元入口處會形成低壓區，低壓區會降低風機的出力，導致風機進氣量減少。

3 改善環境風對直接空冷凝汽器換熱性能影響的措施

近年來，學者們通過對環境風影響機理的研究并借鑒其他工程上的方法，提出了許多改善環境風影響的措施。這些方法包括：在空冷島擋風墻的下部位置安裝下擋風墻；在空冷島擋風墻的下部位置安裝導流裝置；在空冷島擋風墻的下部位置安裝防風網[3]。

其中防風網是一種特殊的多孔屏障，它可以改變流場的溫度分布、透氣率和環境風速等參數。防風網對流場的改善主要體現在兩個方面[4]。

(1)防風網通過對來流的阻礙作用，以及網狀結構本身的摩擦作用，造成來流能量損失，使得網后平均風速明顯降低，壓力升高。

(2)防風網的多孔結構，對來流中的大尺度渦旋有過濾的作用，可以降低網后的湍流度，從而降低脈動風速，使得網后的風速更加均勻。

防風網的布置高度和開孔率是影響防風網防風效果的重要因素。另外，防風網的安裝位置也會影響防風網的防風效果。防風網高度一定時，其遮蔽效果是一定的，超過該遮蔽范圍后，風速將回到初始狀態。所以可以通過增加防風網的遮蔽范圍來提高防風網整體的防風效果。

4 結語

本文主要對環境風對直接空冷凝汽器換熱性的影響進行了分析。首先對直接空冷系統進行了簡要介紹，與常規濕冷機組相比，直接空冷機組用水量少，且背壓偏高。其次，分析了環境風對直接空冷凝汽器換熱性能影響的機理，指出熱風回流和風機性能下降是環境風造成空冷凝汽器換熱性能下降的兩個主要原因，最后對改善環境風影響的措施進行了介紹，主要介紹了防風網在改善環境風對空冷凝汽器換熱性能影響上的應用。

[1]丁爾謀.發電廠空冷技術[M].水利電力出版社,1992.

[2]段會申,沛清,趙萬里.電廠直接空冷系統熱風回流的數值研究[J].動力工程,2008,28(3):395-399.

[3]周蘭欣,李建波,李衛華 等.直接空機組凝汽器加裝下擋風墻的數值模[J].動力工程,2008,28(5):744-747.

[4]戴振會,孫奉仲,王宏國.國內外直接空冷系統的發展及現狀[J].電站系統工程,2009,25(3):1-4.

仲雷(1983—),男,山東鄒城人,碩士,工程師,主要從事火力發電站設計工作。