直接空冷凝汽器冷端影響因素分析

婁曉靜，趙云凱，武義忠

(1.中北大學 朔州校區，山西 朔州 036000； 2.山西平朔煤矸石發電有限責任公司，山西 朔州 036800；3.中煤平朔集團有限公司,山西 朔州 036000)

直接空冷凝汽器冷端影響因素分析

婁曉靜1，趙云凱2，武義忠3

(1.中北大學 朔州校區，山西 朔州 036000； 2.山西平朔煤矸石發電有限責任公司，山西 朔州 036800；3.中煤平朔集團有限公司,山西 朔州 036000)

文中從初始溫差、排汽壓力、凝結水溫度、風溫變化等方面對汽輪機凝汽器的冷端特性進行了分析，從分析可以得出機組在初始溫差低、積灰系數小、風溫變化小、排汽壓力小時，凝汽器運行效率較大，對今后凝汽器的選用及運行具有一定的指導意義。

直接空冷；凝汽器；影響因素

0 引 言

我國水資源十分匱乏，供需矛盾日益激烈，節水已成為我國經濟可持續發展戰略的重要實施內容之一[1]。空冷技術在富煤缺水地區可以有效地達到節水目的[2]。在各種空冷技術中，直接空冷技術直接利用冷空氣對汽輪機排汽進行冷卻，具有防凍、節水、電廠整體占地面積小等優點，因此適合缺水地區使用[3]。

直接空冷機組運行過程中，它的凝汽器冷端性能對于整體機組的正常運行有重要影響[4]。文中從初始溫差、排汽壓力、凝結水溫度、風溫變化四方面對直接空冷凝汽器的冷端特性進行了分析。

1 初始溫差 (ITD)

初始溫差表示進入空冷散熱器的介質溫度和大氣干球溫度之差[5]。初始溫差(ITD)確定后，就可在設計溫度的前提下，選擇機組背壓[6]，機組背壓越高，則空冷系統初投資越低，因此，初始溫差的選擇是對于空冷系統投資與效益的合理匹配。空冷凝汽器傳熱方程式為：

(1)

式中：K為總傳熱系數；F為總傳熱面積。

總傳熱面積隨著ITD值的大小而變。環境溫度在小幅度范圍波動情況下，ITD越大，總傳熱面積越大，汽輪機背壓此時較低，此時汽輪機雖然放熱量較大，但汽輪機熱效率低，初投資費用較高；ITD值越低，總傳熱面積越小，此時投資費用將減小，但電廠煤耗率提高，機組運行費用增大。

2 排汽壓力

排汽壓力(pc)是汽輪機的終端參數，它受凝汽器結構、汽輪機低壓缸和循環水系統的影響，屬于汽輪機的冷端系統，其大小直接影響到整個電廠的經濟性。凝汽器入口蒸汽溫度和水蒸汽的焓熵一一對應，在排汽溫度已知時，可查其對應的飽和排汽壓力，在這基礎上加上管道壓降就是排汽壓力。排汽壓力的計算公式如下：

(2)

式中：Ta1為空冷凝汽器入口空氣溫度，℃；Δt為空氣在空冷凝汽器中的溫升，℃；δt為傳熱端差δt=ts-tw2，℃。

凝汽器在運行過程中，不可避免的會進入空氣，產生壓力，導致凝汽器各處的壓力比不完全相同。因此要主動的控制抽氣設備的正常運行，使其運行在主凝結區域，使空氣所占份額減少。使得凝汽器的排汽壓力在溫度的工作范圍內。因為排汽壓力越大，排汽溫度越高，需要的凝汽器面積越大，汽輪機運行效率越低。

3 凝汽器積灰

凝汽器中總傳熱系數計算公式為：

(3)

式中：hi為管內換熱系數；β為翅片管的肋化系數；δ為翅片管道厚度；λ為翅片管導熱系數；η0為翅片管肋壁總效率；h0為管外換熱系數。

而積灰后翅片管傳熱系數為：

(4)

式中：c為積灰系數；λd為灰塵導熱系數。

結合公式(3)、(4)可以知道，在凝汽器的結構參數確定之后，c值越大，即積灰越多，則積灰后傳熱系數越小，凝汽器放熱性能越差。

因此，我們在機組的運行過程中，應該主要從以下兩方面來防止汽輪機凝汽器積灰對散熱的影響，第一：可采用改變風機轉速對積灰及時進行清理，第二：在一定的周期內要進行凝汽器清洗，沖刷掉其上邊掉落的灰塵，保持凝汽器的表面清潔。

4 風溫變化

空冷凝汽器通過將環境中的氣體直接用來冷

卻汽輪機排除來的乏汽，達到降溫乏汽的目的，用來冷卻乏汽的氣體吸收乏汽熱量后氣體溫度會明顯上升。風溫變化可表示為：

(5)

式中：ta2為凝汽器出口空氣溫度，℃;ta1為凝汽器入口空氣溫度，℃。

凝汽器的傳熱端差表達式如下：

(6)

式中：F為散熱器的傳熱面積，m2；L為風量，kg /s；cp為某溫度下冷卻空氣的比熱，J/(kg·K)；k為總的傳熱系數，w/(m2·K)。

把式(6)代入式(2)可得：

(7)

通過對式(7)進行分析可以知道，排汽壓力隨著風溫的變化Δt而發生改變，而Δt是空冷凝汽器的重要設計參數，Δt增加，排汽壓力隨之升高，帶來的運行操作是風機轉速的加大，這樣導致凝汽器運行在非經濟工況下，不能達到節能降耗的目的。

5 結束語

文中通過簡單分析初始溫差、排汽壓力、凝汽器積灰和風溫變化對直接空冷機組的凝汽器冷端特性的影響，得出機組在初始溫差低、排汽壓力、積灰系數小、風溫變化小時，凝汽器運行效率較大。這對電站汽輪機的運行指導具有一定的借鑒意義。

[1] 付玉玲．直接空冷系統初始溫差值的優化分析[D]．北京：華北電力大學，2006.

[2] 趙 斌，劉 玲，張文兵.汽輪機冷端優化的研究[J].熱力透平，2007(3):19-23.

[3] 趙洪濱，曹 嶺.直接空冷凝汽器理論最佳背壓的研究[J].工程熱物理學報，2009(11):1834-1836.

[4] 楊立軍，杜小澤，楊勇平，等.直接空冷系統軸流風機群運行特性分析[J]. 中國電機工程學報，2009，29(20)：1-5.

[5] 趙之東，楊豐利．直接空冷凝汽器的發展和現狀[J]．華北電力技術，2004(5)：44-50.

[6] 楊立軍，杜小澤，楊勇平.風機群分區調節對空冷島傳熱特性的影響[J].工程熱物理學報，2010，31(1):146-148.

Analysis on the Influence Factors of Cold Side of Direct Air Cooling Condenser

LOU Xiao-jing1, ZHAO Yun-kai2, WU Yi-zhong3

(1.North Central University Shuozhou Campus, Shuozhou 036000 Shanxi Province,China；2.Shanxi Pingshuo coal gangue power generation limited liability company, Shuozhou 036800；3.Pingshuo Group Co. Ltd. Shuozhou 036000)

In this paper, the cold end characteristics of steam turbine condenser are analyzed from the aspects of initial temperature difference, steam pressure, condensation water temperature and air temperature, and the operating efficiency is relatively low.

direct air cooling； condenser； influencing factors

10.3969/j.issn.1009-3230.2015.12.013

2015-11-05

2015-11-28

婁曉靜(1988-)，女，中北大學朔州校區教師，專業：能源與動力工程，研究方向：發電廠運行技術。

TU831.3

B

1009-3230(2015)12-0040-02