空冷發(fā)電廠冷卻系統(tǒng)及其熱力特性分析

李 楊

(同煤塔山第二發(fā)電有限責(zé)任公司，大同 037001)

0 引 言

空冷發(fā)電廠冷卻系統(tǒng)是通過空氣參數(shù)的控制，去除在設(shè)備運(yùn)行過程中產(chǎn)生的熱量，其涉及多種設(shè)備的協(xié)同運(yùn)行，包括冷卻液傳輸系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、通風(fēng)管道等。此外在技術(shù)體系升級過程，要通過對熱力特性參數(shù)的研究，制定可靠的優(yōu)化方案。

1 空冷發(fā)電廠冷卻系統(tǒng)建設(shè)方式

1.1 設(shè)備構(gòu)成

空冷系統(tǒng)的設(shè)備構(gòu)成較為復(fù)雜，從整體上可以分配為3類，其一是散熱裝置，在各類設(shè)備的運(yùn)行過程中會(huì)向其中加入翅片結(jié)構(gòu)，讓產(chǎn)生的熱量能夠被第一時(shí)間傳出，其二是冷卻風(fēng)機(jī)設(shè)備，要能夠向被冷卻的設(shè)施施加足夠的冷卻空氣，其三是相關(guān)管道設(shè)施，管道設(shè)施包括電力管道、液體管道等，比如某工程項(xiàng)目中，某翅片的特征尺寸在順流和逆流情況下為219×17，材質(zhì)都為CS/AI，與之相連的管道尺寸為219×57，順流狀態(tài)下的翅片管根數(shù)為21312，逆流狀態(tài)下為3552，順流狀態(tài)下的風(fēng)機(jī)臺數(shù)為32臺，逆流狀態(tài)下為24臺，風(fēng)機(jī)的直徑、轉(zhuǎn)速和風(fēng)量都具有差別。

1.2 測量工作

在測量工作中要研究被檢測區(qū)域的實(shí)際冷卻效果，另外要確保各類設(shè)備的尺寸參數(shù)符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，從設(shè)備的空間角度協(xié)同方式研究設(shè)計(jì)過程中可獲得的數(shù)據(jù)。比如在某工程項(xiàng)目中，通過測量發(fā)現(xiàn)進(jìn)風(fēng)口在順流情況下的進(jìn)風(fēng)口高度為42.73米，逆流狀態(tài)下也為42.73米，順流狀態(tài)下的管束數(shù)量為576根，逆流則為96根，在獲取所有參數(shù)的情況上，研究被冷卻設(shè)備的溫度保持成效。

1.3 參數(shù)核算

在參數(shù)的核算過程，根據(jù)已經(jīng)建立的熱力學(xué)公式和其他計(jì)算方式，探討該系統(tǒng)運(yùn)行指標(biāo)。比如在文中分析的工程項(xiàng)目中，就通過對于進(jìn)風(fēng)口高度、翅片數(shù)量相關(guān)管道的協(xié)同運(yùn)行關(guān)系，研究向冷卻區(qū)域通入的空氣總量，研究該系統(tǒng)的總散熱量，之后對其進(jìn)行計(jì)算[1]。在各類參數(shù)的加入過程，要根據(jù)該系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)，把各類數(shù)據(jù)帶入到已經(jīng)建成的分析方程中，在獲得了計(jì)算結(jié)果之后，預(yù)測該系統(tǒng)當(dāng)前的工作水平是否能夠滿足具體的工作要求，發(fā)現(xiàn)不能達(dá)到運(yùn)行參數(shù)和散熱指標(biāo)時(shí)，可斷定該系統(tǒng)需要經(jīng)過進(jìn)一步的優(yōu)化。

1.4 設(shè)備安裝

在設(shè)備的具體安裝階段，要防止各類設(shè)備之間出現(xiàn)氣密度不足問題，當(dāng)確定氣密度不能保持安全運(yùn)行指標(biāo)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致該冷卻系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行質(zhì)量嚴(yán)重不足。從實(shí)際取得的工作成效上來看，一方面要確保各類設(shè)備的使用過程可以符合設(shè)計(jì)指標(biāo)，尤其是針對管材、風(fēng)機(jī)和電力設(shè)施等，其工作參數(shù)要可以適配各項(xiàng)構(gòu)件，此外也要研究風(fēng)機(jī)的運(yùn)行功率，需要和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)完全相同。在設(shè)備安裝工作完成之后，則需要研究該設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，可以通過試運(yùn)行的方法檢查是否存在氣密度不足問題，當(dāng)確定該問題確實(shí)存在時(shí)，則需要第一時(shí)間排除風(fēng)險(xiǎn)。

2 空冷發(fā)電廠冷卻系統(tǒng)熱力特性分析

2.1 試驗(yàn)內(nèi)容確定在試驗(yàn)內(nèi)容的確定階段，要根據(jù)該系統(tǒng)的環(huán)境溫度、需要保持的溫度標(biāo)準(zhǔn)、風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速以及功率，綜合探討整個(gè)冷卻系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，所以在之前提及的各類參數(shù)都是實(shí)際的檢測項(xiàng)目。比如在某工程項(xiàng)目中，環(huán)境的空氣溫度為15 ℃，氣壓為895.7 hPa，空氣分配管頂端一米處標(biāo)高，空氣流速為4 m/s，對于其他的各種參數(shù)都需要經(jīng)過驗(yàn)證和工作方案，另外在設(shè)計(jì)過程中也確定了相應(yīng)的組合件，比如某吊裝設(shè)備如下：

圖1 設(shè)備吊裝桿結(jié)構(gòu)

另外在風(fēng)機(jī)的運(yùn)行過程中，若處于長期運(yùn)行狀態(tài)下，最大轉(zhuǎn)速不可高于正常運(yùn)行轉(zhuǎn)速的108%，出風(fēng)口處的平均背壓不得高于10.4 kPa，另外也要考慮在環(huán)境溫度較高情況下該系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，比如夏季環(huán)境溫度為32.8 ℃，則要考慮空間環(huán)境的溫度參數(shù)。對于限定性指標(biāo)，主要是分析在額定電壓情況下，最終的運(yùn)行轉(zhuǎn)速不可高過額定轉(zhuǎn)速的110%，平均背壓不得高于24.8 kPa，另外也可以根據(jù)該系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)研究電能消耗量。

2.2 測量參數(shù)獲取

在測量參數(shù)的獲取過程，一方面可以使用當(dāng)前該區(qū)域中設(shè)置的各類溫度傳感裝置，研究環(huán)境溫度、設(shè)備的運(yùn)行溫度以及相關(guān)管道的溫度，另一方面也需要分析該區(qū)域產(chǎn)生的空氣流量，尤其是針對風(fēng)機(jī)出風(fēng)口的空氣流量，要嚴(yán)格按照該系統(tǒng)的運(yùn)行指標(biāo)確定。

比如在某工程項(xiàng)目中，分析的環(huán)境溫度有四種工況，即THA工況、TRL工況、T-MCR工況和VWO工況，這四種工況下，環(huán)境溫度分別為15.5、32.8、15和12.2 ℃，另外針對汽輪機(jī)的輸出功率，也可以經(jīng)過實(shí)際參數(shù)的取得進(jìn)行測量，需要獲取的參數(shù)包括環(huán)境溫度、管道出風(fēng)口的空氣流量、汽輪機(jī)的輸出功率、汽輪機(jī)的排氣焓等，要求所有參數(shù)都需要具備極高的精度保持效果，此外在后續(xù)的核算過程，采用這類參數(shù)獲得核算結(jié)果，以綜合探討最終取得的設(shè)計(jì)指標(biāo)是否能夠滿足該系統(tǒng)的風(fēng)冷運(yùn)行要求。

2.3 測量信息評價(jià)

在測量信息的評價(jià)過程，需要按照相關(guān)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和工作制度，獲得修正后運(yùn)行參數(shù)的計(jì)算依據(jù)，包括空冷凝汽器的性能曲線、相應(yīng)的修正公式、性能曲線等，之后把所有曲線都納入綜合分析范疇。另外針對汽輪機(jī)的排氣壓力、系統(tǒng)的運(yùn)行管道流量、相關(guān)性能曲線上的輔助性參數(shù)等，都需要按照已經(jīng)制定的修正公式完成修正工作[2]。

比如對于測量風(fēng)速，需要將其換算成空冷凝汽器的上邊緣處風(fēng)速，具體的轉(zhuǎn)化公式為：

其中，Ww為凝汽器上邊緣處的風(fēng)力參數(shù)；WM為試驗(yàn)工況下的風(fēng)速參數(shù)；Hw為空冷凝汽器上邊緣高度為1米狀態(tài)下的風(fēng)速參數(shù)；HM為取得實(shí)際風(fēng)速參數(shù)的具體高度，通過對該公式的使用，可以分析凝汽器各個(gè)高度區(qū)間情況下的風(fēng)速參數(shù)，并且按照該系統(tǒng)的實(shí)際冷卻要求和工作參數(shù)，分析不同高度區(qū)間上的具體作用表現(xiàn)。

2.4 系統(tǒng)升級方法

在獲得了風(fēng)機(jī)、管道等設(shè)備的功率數(shù)據(jù)和參數(shù)之后，充分研究初始狀態(tài)下的測量分析結(jié)果，并且和最終獲得的結(jié)果進(jìn)行系統(tǒng)性的對比，而對比的方法是，一方面研究原有工作體系下，各個(gè)管道通風(fēng)口產(chǎn)生的空氣流量是否能夠攜帶足夠的熱量，從而讓散熱系統(tǒng)和被散熱處理設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定度提高，尤其是在環(huán)境溫度較高的情況下，分析需要降低的溫度參數(shù)是否會(huì)對通風(fēng)設(shè)備的運(yùn)行效率造成不利影響。而在發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)不能滿足溫度維持或者降低的溫度總量標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，則需要通過對風(fēng)速的調(diào)整工作，確定整個(gè)系統(tǒng)的后續(xù)優(yōu)化方案，尤其是針對風(fēng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)、與風(fēng)機(jī)連接管道的直徑參數(shù)、各類通風(fēng)口的高度參數(shù)等，并按照最終獲得的分析結(jié)果完成針對整個(gè)設(shè)備系統(tǒng)的優(yōu)化任務(wù)。結(jié)論：綜上所述，風(fēng)冷發(fā)電廠冷卻系統(tǒng)的建設(shè)過程中，要根據(jù)需要降低溫度的參數(shù)和整個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)建因素，在獲得相關(guān)結(jié)果之后對其進(jìn)行處理和計(jì)算，以研究冷卻設(shè)備的運(yùn)行負(fù)荷是否能夠維持穩(wěn)定，并且達(dá)到溫度的控制要求。在熱力特性的分析階段，要根據(jù)獲得的轉(zhuǎn)換公式和修正公式，研究現(xiàn)有的設(shè)計(jì)方案是否能夠達(dá)到工作指標(biāo)的要求，之后采用合理的方法替換不能維持穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的設(shè)備。