消除自然風對直接空冷機組不利影響的措施

陳冬亮

【摘? 要】近幾年來我國直接空冷技術發展比較快，很多電廠都存在受自然不利風向干擾導致影響機組出力及安全的情況，本文針對自然不利風向對直接空冷機組的影響可采取的措施做一簡單介紹。

【關鍵詞】直接空冷機組;自然風;熱風回流;背壓

一、直接空冷機組

直接空冷系統的流程如圖 1 所示。汽輪機排汽通過粗大的排汽管道送到室外的空冷凝汽器內，軸流冷卻風機使空氣流過散熱器外表面，將排汽冷凝成水，，凝結水再經泵送回至汽輪機的回熱系統。空冷凝汽器分為主凝汽器和分凝汽器兩部分。主凝器多設計成汽水順流式，它是空冷凝汽器的主體;分凝器則設計成汽水逆流式可形成空冷凝汽器的抽空氣區。

真空抽氣系統是直接空冷的關鍵。在汽輪機啟動和正常運行時，要使汽輪機低壓缸尾部、空冷凝汽器、排汽管道及凝結水箱等設備內部形成真空。對于空冷機組通常采用的抽空氣設備是水環真空泵。空冷凝汽器所有元件和排汽管道均采用兩層焊接結構，焊接質量要求十分嚴格，以保證整個空冷系統的嚴密性。直接空冷系統中空冷凝汽器的布置與風向、風速及發電廠主廠房朝向都有密切關系。大型機組的空冷凝汽器通常在緊靠汽機房A列柱外側與主廠房平行的縱向平臺上布置，若干單元組其總長度與主廠房長度基本一致。每個單元組由多個主凝器與一個（或多個）分凝器組成“人”字形排列結構并在每個單元下部設置一臺大直徑軸流式風機。

環境中的冷空氣被軸流風機加壓后橫向吹向空冷散熱器，吸收了熱量的冷空氣變成熱空氣后經空冷散熱器散發到環境中。其中，由于真空系統不嚴密處漏入的空氣和汽輪機排汽中的不凝氣體被抽真空設備由空冷散熱器的逆流管束的頂部抽出。

二、直接空冷系統的熱風再循環的形成

空冷凝器是直接空冷機組冷卻系統的主要裝置，它安裝在室外直接暴露在空氣中，利用周圍的空氣作為冷卻介質來進行冷卻，同時，通過軸流風機的強迫對流來加強冷卻效果。所以，空冷凝器周圍的自然環境狀況必然會對空冷凝器的正常運行產生很大影響。空冷凝器周圍的環境狀況除了取決于當地的氣候條件外，還與空冷凝器周圍的建筑物，特別是主廠房和電廠的總圖布置密切相關。同時，空冷凝器的效率還與其本身的結構技術參數相關，例如，空冷凝器平臺支架的高度、擋風墻高度、空冷凝器單元排列等。因此，除了當地自然風氣候本身的特點外，環境狀況對空冷凝器換熱效率影響的因素很多，且這些因素是相互關聯的而且是相當復雜的。從在現場宏觀的角度來看，自然風影響空冷凝器效率的大小，可以用由于自然風的影響使得已經排放出去的熱空氣被卷吸并重新返回到空冷凝器新鮮空氣入口處的體積占新鮮空氣的比例來度量。例如，當自然風正對電廠的鍋爐房和汽機房方向吹來時，會在其背面形成一個巨大的尾流區。在此尾流區中的氣流非常紊亂，相當部分是從上到下的倒流。正是這種倒流使得空冷凝器已排放的熱空氣重新又返回到進風口而嚴重影響到空冷凝器的工作效率。我們將熱空氣重新又返回到進風口所占空氣體積的百分比定義為（熱）回流率。對空冷凝器已排放的熱空氣重新又返回到空冷風機進風口的現象稱為熱風再循環。

電廠運行時，冷空氣通過散熱器排出的熱氣上升，呈現羽流狀。當大風吹向空冷平臺散熱器，羽流狀況被破壞而出現熱風再回流。熱氣上升氣流被風壓下至鋼平臺以下，這樣的熱風又被風機吸入，形成熱風再循環。當不利風向出現時，對空冷系統的影響表現在以下三個方面：一是散熱器出口熱空氣被自然風壓住熱量不能順利地散發到環境中，使空冷凝器置身于環境溫度比較高的區域，換熱溫差減小，效率降低;二是由于自然風快速吹過空冷風機入口，風機消耗相同的功率下吸入的空氣量大幅度減少，由于冷卻介質的減少導致空冷凝器換熱效果下降，效率降低;三是造成大量的熱空氣被空冷風機吸入，導致冷卻介質溫度升高，冷卻效率下降。

三、消除自然風影響措施

對于空冷系統如何消除自然風的影響可從以下幾方面入手：

（1）在空冷平臺布置一定高度的擋風墻。擋風墻可以在冬季避免寒冷的大風對空冷散熱器的吹刷，對散熱器的防凍具有一定的幫助;同時在夏季可以阻擋一部分熱風再循環。擋風墻是目前是空冷系統為了減少自然風的影響而采取的普遍措施。

（2）利用數模發現并減少不利風向的影響。利用數字模型和物理模型來模擬空冷系統所處地區的氣象場，找出對空冷系統影響比較嚴重的風向，在設計時給予消除。

（3）合理選擇空冷系統空氣供應設備。目前一般情況在空冷系統設計時，將空冷風機配置的電動機容量選擇比較大，以便在自然風速增大后利用提高風機轉速進而提高散熱器出口風速和風機供風量來減小不利風向的影響。

（4）在空冷系統設計時，詳細觀測與分析空冷系統所在地的氣象資料，給系統設計提供更加科學、合理的氣象數據，防止設計參數出現大的偏差而影響系統的布置和設備配置。

（5）在空冷系統設備安裝時，應盡量減少空冷平臺的漏風量，以減少熱風回流量。

（6）在空冷機組設計時，通過對氣象資料的分析以及數模或風洞試驗，找出環境參數變化時機組運行背壓的變化趨勢，制定機組運行背壓與自然風向、風速的關系曲線，作為機組運行曲線的修正，使得運行人員能夠根據該曲線提前預知自然風對機組的影響，并提前進行調節，防止發生不利風向導致機組停運的事故。

（7）軸流風機采用變頻調速方式驅動，增加風機所配置電動機的容量，在夏季炎熱季節及風向變化時，風機轉速增加10%，通風量增加，迎面風速提高，從而提高冷卻系統的散熱能力。

（8）空冷凝汽器設置高壓沖洗水系統，在每年夏季來臨之前，利用高壓除鹽水清洗空冷器的外表面，去除附著在其上的污垢和塵埃，減少熱阻，保持良好的傳熱效果。

四、結束語

自然風對空冷系統的影響問題是一個比較綜合性的問題，而且對機組的影響也是非常嚴重的。在大唐托克托等電廠就已經發生過大風導致機組停運的事故，因此，對上述問題進行研究分析是非常必要的。當遇到自然風對機組安全穩定造成影響時，我們要及時的分析原因并制定措施，消除自然風對機組的影響，保證機組安全穩定運行。

（作者單位：內蒙古錦聯鋁材有限公司）