環(huán)境風(fēng)對直接空冷凝汽器換熱性能的影響分析

仲雷

(西北電力設(shè)計院,陜西西安 710075)

環(huán)境風(fēng)對直接空冷凝汽器換熱性能的影響分析

仲雷

(西北電力設(shè)計院,陜西西安 710075)

環(huán)境風(fēng)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(tǒng)進(jìn)行了簡要介紹,與常規(guī)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(huán)境風(fēng)對直接空冷凝汽器換熱性能影響的機理,指出熱風(fēng)回流和風(fēng)機性能下降是環(huán)境風(fēng)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(huán)境風(fēng)影響的措施進(jìn)行了介紹。

直接空冷系統(tǒng) 環(huán)境風(fēng) 改善措施

在我國的富煤缺水地區(qū)，直接空冷機組以其節(jié)水性能得到了快速的發(fā)展。直接空冷技術(shù)將環(huán)境空氣作為冷卻介質(zhì)對做完功的蒸汽進(jìn)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(huán)境風(fēng)的影響，大風(fēng)天氣，環(huán)境風(fēng)的影響使得空冷凝汽器的換熱效率降低，進(jìn)而導(dǎo)致機組背壓升高，發(fā)電效率降低，當(dāng)風(fēng)速很大時，空冷島強熱風(fēng)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(huán)境風(fēng)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(shù)不斷發(fā)揮巨大潛力具有重要的意義。

1 直接空冷系統(tǒng)簡介

直接空冷系統(tǒng)，又稱空氣冷凝系統(tǒng)，是指汽輪機的排汽直接用空氣來冷凝，空氣與蒸汽間進(jìn)行熱交換的封閉系統(tǒng)，蒸汽從汽輪機末級排出后經(jīng)排汽管道送至空冷凝汽器，由空氣進(jìn)行冷卻，所得凝結(jié)水由凝結(jié)水泵引出，進(jìn)入回?zé)嵯到y(tǒng)進(jìn)行加熱。直接空冷凝汽器是空冷系統(tǒng)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(yīng)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(guī)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(zhì)為環(huán)境空氣，用水量非常少。而濕冷機組通過水作為中間介質(zhì)進(jìn)行換熱，換熱后的水在冷卻塔內(nèi)進(jìn)行冷卻，使得大量的汽水混合物擴(kuò)散到大氣中，造成了水資源的浪費。

(2)機組背壓高，發(fā)電煤耗高?？绽錂C組的發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率比同型濕冷機組高。因為空冷機組背壓受環(huán)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(dǎo)致機組的運行背壓變化也大[2]。

2 環(huán)境風(fēng)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(zhì)對汽輪機的排汽進(jìn)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(huán)境風(fēng)的影響。環(huán)境風(fēng)對直接空冷機組換熱的影響主要體現(xiàn)在兩方面，一是引起熱風(fēng)回流。二是導(dǎo)致風(fēng)機性能下降。

熱風(fēng)回流是指因為風(fēng)機的抽吸作用使得換熱器出口部分熱空氣被風(fēng)機重新吸入而導(dǎo)致?lián)Q熱器冷卻空氣溫度升高的現(xiàn)象。當(dāng)外界存在環(huán)境風(fēng)時往往會造成熱風(fēng)回流現(xiàn)象的出現(xiàn)。熱風(fēng)回流一般產(chǎn)生于位于空冷島邊緣位置空冷單元。當(dāng)有環(huán)境風(fēng)作用時，位于邊緣位置的空冷單元的風(fēng)機入口處會形成一個低壓區(qū)域，空冷單元內(nèi)換熱后的熱空氣在換熱器的出口處會受到低壓區(qū)的吸引，導(dǎo)致熱空氣重新流回?fù)Q熱器的入口處，進(jìn)而導(dǎo)致?lián)Q熱器進(jìn)口空氣溫度的升高。當(dāng)換熱器進(jìn)口溫度升高時，會導(dǎo)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(jīng)濟(jì)運行。

風(fēng)機性能下降也由兩方面影響構(gòu)成。一方面，在有環(huán)境風(fēng)影響時，風(fēng)機入口氣流角度會發(fā)生偏斜，從而導(dǎo)致風(fēng)機入口氣流分布不均勻，導(dǎo)致風(fēng)機進(jìn)氣量減少。另一方面，受環(huán)境風(fēng)的影響，空冷單元入口處會形成低壓區(qū)，低壓區(qū)會降低風(fēng)機的出力，導(dǎo)致風(fēng)機進(jìn)氣量減少。

3 改善環(huán)境風(fēng)對直接空冷凝汽器換熱性能影響的措施

近年來，學(xué)者們通過對環(huán)境風(fēng)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(huán)境風(fēng)影響的措施。這些方法包括：在空冷島擋風(fēng)墻的下部位置安裝下?lián)躏L(fēng)墻；在空冷島擋風(fēng)墻的下部位置安裝導(dǎo)流裝置；在空冷島擋風(fēng)墻的下部位置安裝防風(fēng)網(wǎng)[3]。

其中防風(fēng)網(wǎng)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(huán)境風(fēng)速等參數(shù)。防風(fēng)網(wǎng)對流場的改善主要體現(xiàn)在兩個方面[4]。

(1)防風(fēng)網(wǎng)通過對來流的阻礙作用，以及網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)本身的摩擦作用，造成來流能量損失，使得網(wǎng)后平均風(fēng)速明顯降低，壓力升高。

(2)防風(fēng)網(wǎng)的多孔結(jié)構(gòu)，對來流中的大尺度渦旋有過濾的作用，可以降低網(wǎng)后的湍流度，從而降低脈動風(fēng)速，使得網(wǎng)后的風(fēng)速更加均勻。

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

4 結(jié)語

本文主要對環(huán)境風(fēng)對直接空冷凝汽器換熱性的影響進(jìn)行了分析。首先對直接空冷系統(tǒng)進(jìn)行了簡要介紹，與常規(guī)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(huán)境風(fēng)對直接空冷凝汽器換熱性能影響的機理，指出熱風(fēng)回流和風(fēng)機性能下降是環(huán)境風(fēng)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(huán)境風(fēng)影響的措施進(jìn)行了介紹，主要介紹了防風(fēng)網(wǎng)在改善環(huán)境風(fēng)對空冷凝汽器換熱性能影響上的應(yīng)用。

[1]丁爾謀.發(fā)電廠空冷技術(shù)[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(tǒng)熱風(fēng)回流的數(shù)值研究[J].動力工程,2008,28(3):395-399.

[3]周蘭欣,李建波,李衛(wèi)華 等.直接空機組凝汽器加裝下?lián)躏L(fēng)墻的數(shù)值模[J].動力工程,2008,28(5):744-747.

[4]戴振會,孫奉仲,王宏國.國內(nèi)外直接空冷系統(tǒng)的發(fā)展及現(xiàn)狀[J].電站系統(tǒng)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(fā)電站設(shè)計工作。