電站空冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)氣溫的確定方法

苗建軍

（上海電氣斯必克工程技術(shù)有限公司，上海 20090）

0 概 述

近年來，隨著電站空冷系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，在節(jié)水環(huán)保方面產(chǎn)生了巨大的效益，已經(jīng)成為富煤缺水地區(qū)煤電發(fā)展的方向。但由于設(shè)計(jì)氣溫選取不合理，空冷機(jī)組在運(yùn)行中也暴露出許多問題，充分說明了設(shè)計(jì)氣溫的選擇對(duì)于確定電站空冷凝汽器換熱面積和熱工性能的重要性。

設(shè)計(jì)氣溫確定的是否合理，直接關(guān)系到空冷島的計(jì)算選型以及空冷機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。設(shè)計(jì)氣溫是根據(jù)典型年氣溫統(tǒng)計(jì)得出的，對(duì)空冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)的選取，值得作進(jìn)一步的分析和研究。

1 確定空冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)氣溫的主要方法

設(shè)計(jì)氣溫是指電站空冷系統(tǒng)熱力計(jì)算中采用的空氣的干球溫度。ITD（初始溫差）是指汽輪機(jī)排汽飽和蒸汽溫度（或空冷塔散熱器入口水溫）與進(jìn)入空冷凝汽器空氣溫度（即設(shè)計(jì)溫度）之差。當(dāng)設(shè)計(jì)氣溫確定后，由ITD確定排汽壓力。在國內(nèi)外，有關(guān)對(duì)于電站空冷島的設(shè)計(jì)，有多種選取設(shè)計(jì)溫度的方法。

1.1 年平均氣溫法

所謂的年平均氣溫，是指在典型年的小時(shí)氣溫歷時(shí)頻率曲線圖上由0℃以下氣溫曲線與橫坐標(biāo)所包圍的面積中，取這兩部分面積相等之處所對(duì)應(yīng)的氣溫才是年平均氣溫。［1］某些國家就將年平均氣溫作為設(shè)計(jì)氣溫。

這里的全年平均值是用正、負(fù)氣溫頻率平衡法，即：利用典型年8 760小時(shí)由高到低進(jìn)行排序，累計(jì)小時(shí)或累計(jì)頻率作為橫坐標(biāo)，將氣溫作為縱坐標(biāo)繪制而得的曲線，計(jì)算0℃以下氣溫與橫坐標(biāo)之間的低氣溫區(qū)面積，然后試算從最高氣溫開始平行橫坐標(biāo)畫水平線截取到某一氣溫所形成的高氣溫面積，使高氣溫面積與低氣溫面積相等，則截取點(diǎn)的氣溫作為設(shè)計(jì)氣溫。該方法是國外某公司首先提出和通常使用的設(shè)計(jì)氣溫。

典型年的選取方法為：先從當(dāng)?shù)氐臍庀筚Y料找出多年的算術(shù)平均氣溫為X，然后從已有記載的小時(shí)氣溫中，找出近5年中該年的算術(shù)平均氣溫Y，若X＝Y(jié)，則年算術(shù)平均氣溫為Y的該年即為典型年。

1.2 小時(shí)計(jì)算法

在制成的典型年8 760小時(shí)氣溫統(tǒng)計(jì)表上，找出6 000小時(shí)（氣溫從低到高排列）所對(duì)應(yīng)的氣溫即為設(shè)計(jì)氣溫。

1.3 頻率曲線法

取用典型年的小時(shí)氣溫頻率曲線圖上的30%處為設(shè)計(jì)氣溫。與6 000小時(shí)法相比，僅差132小時(shí)，也可以說是6 132小時(shí)法。

1.4 平均氣溫法

在制成的典型年小時(shí)氣溫統(tǒng)計(jì)表上，從5℃開始直至最高氣溫求得加權(quán)平均值。

1.5 年算術(shù)平均溫度

在制成的典型年小時(shí)氣溫統(tǒng)計(jì)表上，從最低溫度開始直至最高氣溫求得算術(shù)平均值，即某個(gè)氣溫下的小時(shí)數(shù)乘以其機(jī)組出力減去風(fēng)機(jī)功耗等，累計(jì)凈出力最大的該氣溫為設(shè)計(jì)氣溫。但這種方法的實(shí)行較困難。

1.6 發(fā)電量最大法

以全年總發(fā)電量最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的氣溫，即為設(shè)計(jì)溫度。

2 某發(fā)電廠的工程實(shí)例

2.1 典型年溫度小時(shí)累積表

對(duì)該發(fā)電廠所處環(huán)境的氣溫進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到典型年溫度小時(shí)累積值，如表1所示。

表1 典型年溫度小時(shí)累積表

2.2 采用6 000小時(shí)法

通過采用6 000小時(shí)法，建立圖1典型年的6 000小時(shí)氣溫統(tǒng)計(jì)圖，然后找出6 000小時(shí)（氣溫從低到高排列）所對(duì)應(yīng)的氣溫為設(shè)計(jì)氣溫為16℃。

圖1 6 000小時(shí)計(jì)算法

2.3 采用5℃以上平均氣溫法

通過采用5℃以上平均氣溫法，建立表2所示5℃以上平均氣溫法，在制成的典型年小時(shí)氣溫統(tǒng)計(jì)表上，計(jì)算從5℃開始直至最高氣溫求得加權(quán)平均值。

加權(quán)平均值＝87 594÷5 100＝17.2℃。

表2 5℃以上平均氣溫法

3 某2×600MW電廠的工程實(shí)例

3.1 典型年逐時(shí)氣溫累積頻率計(jì)算表

對(duì)該發(fā)電廠所處環(huán)境的氣溫進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到典型年逐時(shí)氣溫累積頻率計(jì)算值，如表3所示。

表3 典型年逐時(shí)氣溫累積頻率計(jì)算表

3.2 采用6 000小時(shí)法

通過采用6 000小時(shí)法，建立圖2典型年的小時(shí)氣溫統(tǒng)表，然后找出6 000小時(shí)（氣溫從低到高排列）所對(duì)應(yīng)的氣溫為設(shè)計(jì)氣溫為21℃。

圖2 6000小時(shí)計(jì)算法

3.3 采用5℃以上平均氣溫法

通過采用5℃以上平均氣溫法，建立表4所示5℃以上平均氣溫統(tǒng)計(jì)表，在制成的典型年小時(shí)氣溫統(tǒng)計(jì)表上，從5℃開始直至最高氣溫求得加權(quán)平均值。

加權(quán)平均值＝120 890÷6 558＝18.4℃

表4 5℃以上平均氣溫統(tǒng)計(jì)表

?18 30 151 7 966 19 29 185 7 815 20 27 193 7 630 21 26 218 7 437 22 25 250 7 219 23 24 246 6 969 24 23 317 6 723 25 22 266 6 406 26 21 261 6 140 27 20 264 5 879 28 19 229 5 615 29 18 195 5 386 30 17 238 5 191 31 16 281 4 953 32 15 234 4 672 33 14 211 4 438 34 13 249 4 227 35 12 250 3 978 36 11 241 3 728 37 10 226 3 487 38 9 236 3 261 39 8 276 3 025 40 7 220 2 749 41 6 248 2 529

3.4 采用30%頻率年平均氣溫法

通過建立圖3所示的典型年的小時(shí)氣溫頻率曲線圖，選取30%頻率處的設(shè)計(jì)氣溫為21.5℃。

圖3 典型年小時(shí)頻率曲線

3.4 采用年算術(shù)平均氣溫法

采用年算術(shù)平均氣溫法，計(jì)算所得設(shè)計(jì)氣溫。年算術(shù)平均氣溫法＝120 329÷8 611＝14℃

顯然這與氣溫的實(shí)際情況不相符，故而不宜采用。

4 結(jié) 語

在實(shí)例二中，利用各種方法計(jì)算所得參數(shù)值，如表5所示。從實(shí)例二的設(shè)計(jì)氣溫計(jì)算結(jié)果對(duì)比表中可知，采用5℃以上平均氣溫法和年算術(shù)平均氣溫法計(jì)算所得的參數(shù)偏低，而采用6 000小時(shí)法和30%頻率曲線法，比較適用于確定該項(xiàng)目空冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)溫度。

表5 實(shí)例二的設(shè)計(jì)氣溫計(jì)算結(jié)果對(duì)比表

總之，鑒于確定設(shè)計(jì)溫度有多種計(jì)算方法，且得出的結(jié)果并不一致，有些值相差較大，所以只能結(jié)合汽輪機(jī)特性（要考慮滿發(fā)背壓與滿發(fā)氣溫的關(guān)系）和空冷在夏季運(yùn)行中往往高于其計(jì)算的背壓等實(shí)際因素，目前，還只能采用某些比較成熟方法，或通過實(shí)踐驗(yàn)證，確定空冷機(jī)組的設(shè)計(jì)氣溫。

利用1.1、1.2、1.3、1.4節(jié)中所確定的設(shè)計(jì)氣溫方法，在中氣溫段的數(shù)值相差不大，其中1.2、1.4節(jié)中所示的方法比較簡(jiǎn)單，也是較常用的計(jì)算方法。這兩種方法確定的設(shè)計(jì)氣溫，均是針對(duì)采用THA工況優(yōu)化后，再確定設(shè)計(jì)背壓的。

在確定設(shè)計(jì)氣溫時(shí)要特別注意，常用的方法是有區(qū)域性的，在炎熱地區(qū)和極其寒冷地區(qū)，不宜采用1.1節(jié)中所示的方法。當(dāng)計(jì)算所得的年算術(shù)平均氣溫超過9℃時(shí)，宜采用1.4節(jié)中所示的方法，當(dāng)年算術(shù)平均氣溫低于6℃，宜采用1.2節(jié)中所示的方法，年算術(shù)平均氣溫在6～9℃時(shí)，可優(yōu)先采用1.1節(jié)中所示的方法。

此外，確定設(shè)計(jì)氣溫時(shí)，還應(yīng)考慮電廠裝機(jī)性質(zhì)、燃料價(jià)格、氣候變化趨勢(shì)等綜合影響因素。