直接空冷系統(tǒng)軸流風(fēng)機(jī)群運(yùn)行特性分析

李吉

摘 要：由于我國是一個(gè)缺水性國家，人均水資源僅占世界人均水資源的1/4。這在一定程度上，阻礙了我國電力行業(yè)發(fā)展，而直接空冷系統(tǒng)軸流風(fēng)機(jī)群的出現(xiàn)，及時(shí)解決了我國電力發(fā)展困境，進(jìn)一步促進(jìn)我國電力空冷系統(tǒng)的優(yōu)化和發(fā)展。

關(guān)鍵詞：直接空冷系統(tǒng)；軸流風(fēng)機(jī)群；空冷凝汽器；性能曲線

由于水資源的匱乏，嚴(yán)重制約著我國北方電力發(fā)展，影響北方經(jīng)濟(jì)增長，為此，我國北方大力引進(jìn)空冷機(jī)組，采用空冷凝汽器取代了傳統(tǒng)的水冷凝汽器，及時(shí)解決了北方經(jīng)濟(jì)發(fā)展電力需求問題，但由于空冷凝汽器空氣密度小、導(dǎo)熱系數(shù)低、比熱小、傳熱能力低，機(jī)組需求量大。因此，在實(shí)際發(fā)展中還存在著許多問題有待解決，如：夏季溫度高，需求傳熱面積大，投資多。冬季溫度過低而引起的管束凍裂等問題，都制約著我國空冷系統(tǒng)發(fā)展。

1 直接空冷系統(tǒng)軸流風(fēng)機(jī)群并聯(lián)特性

文章主要以600MW空冷機(jī)組為研究對象，在風(fēng)機(jī)性能曲線上選取一些較為典型的點(diǎn)，并結(jié)合最小二乘擬合，從而得到風(fēng)機(jī)性能方程式如下：

其中，△p表示風(fēng)機(jī)的增壓，m表示風(fēng)機(jī)中的空氣流量。而根據(jù)風(fēng)機(jī)性能曲線上的典型點(diǎn)及空冷系統(tǒng)中的管束結(jié)構(gòu)，結(jié)合阻力曲線，即可得到空冷系統(tǒng)軸流風(fēng)機(jī)中管網(wǎng)系統(tǒng)的阻力方程式如下：

就單臺(tái)直接空冷系統(tǒng)軸流風(fēng)機(jī)來說，其工作點(diǎn)為風(fēng)機(jī)管網(wǎng)阻力曲線和性能曲線的交叉點(diǎn)。兩臺(tái)風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，直接空冷系統(tǒng)軸流風(fēng)機(jī)增壓和外部管網(wǎng)的阻力特性并不會(huì)出現(xiàn)變化，但流量會(huì)增加至單臺(tái)風(fēng)機(jī)的兩倍，而兩臺(tái)風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)，則需參照風(fēng)機(jī)外部系統(tǒng)壓力及風(fēng)機(jī)流量進(jìn)行確定。

就文章中研究的600MW機(jī)組為例，并結(jié)合改機(jī)組在18°安裝角中的性能曲線，可得到該組風(fēng)機(jī)的性能曲線擬合系數(shù)分別為f1為109.3477，f2為0.1025，f3為-0.0005。根據(jù)空冷機(jī)組供應(yīng)商提供的數(shù)據(jù)，并結(jié)合空冷阻力實(shí)驗(yàn)，即可得知空冷機(jī)組的阻力特性曲線擬合系數(shù)分別為f1s為0，f2s為0，f3s為3.569*10-4。

根據(jù)空冷風(fēng)機(jī)的性能曲線擬合系數(shù)及阻力特性曲線擬合系數(shù)，找到空冷風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)，如圖1所示。

而根據(jù)圖1，即可得知，600MW空冷風(fēng)機(jī)在18°安裝角工作點(diǎn)中，冷卻空氣流量數(shù)值為425kg/s，對應(yīng)風(fēng)機(jī)增壓數(shù)值為64.8Pa。

兩臺(tái)風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，工作點(diǎn).對應(yīng)增壓、空氣流量都會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)變化，當(dāng)單臺(tái)風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，風(fēng)機(jī)流量為425kg/s，增壓為64.8Pa，而兩臺(tái)風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行后，風(fēng)機(jī)流量為534kg/s，增壓為101.2Pa。其具體表現(xiàn)為圖2所示。

2 直接空冷系統(tǒng)軸流風(fēng)機(jī)群運(yùn)行特性

2.1 集群因子

在電力運(yùn)行中，空冷風(fēng)機(jī)主要通過集群運(yùn)行模式，實(shí)現(xiàn)冷卻空氣對流，而經(jīng)試驗(yàn)證明，集群運(yùn)行模式會(huì)使風(fēng)機(jī)流量減少，但不會(huì)影響風(fēng)機(jī)的阻力特性，如風(fēng)機(jī)以并聯(lián)方式進(jìn)行運(yùn)行，那么所有風(fēng)機(jī)出口連接外部管網(wǎng)系統(tǒng)均是同一個(gè)，而集群模式運(yùn)行下的風(fēng)機(jī)出口外部連接均由單獨(dú)的空冷單元進(jìn)行管束。

2.2 風(fēng)機(jī)數(shù)量的影響

空冷風(fēng)機(jī)的數(shù)量與風(fēng)機(jī)流量密切相關(guān)，風(fēng)機(jī)數(shù)量越多，則流量越小，集群因子也就越小，在文章試驗(yàn)中，假設(shè)風(fēng)機(jī)集群因子為0.95，也就是兩臺(tái)風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，流量僅能達(dá)到單機(jī)流量的95%左右，為提高并聯(lián)空冷風(fēng)機(jī)流量，特將風(fēng)機(jī)并聯(lián)與風(fēng)機(jī)集群運(yùn)行模式相結(jié)合發(fā)現(xiàn)，修正后風(fēng)機(jī)流量為802kg/s，占單機(jī)流量94%左右，由此可見，風(fēng)機(jī)流量大小，并不完全取決于風(fēng)機(jī)數(shù)量多少，但風(fēng)機(jī)集群效應(yīng)，與風(fēng)機(jī)數(shù)量卻有著緊密的聯(lián)系，當(dāng)風(fēng)機(jī)數(shù)量越多時(shí)，集群效應(yīng)也會(huì)更為顯著，風(fēng)機(jī)流量也就越小，地面?zhèn)鳠崦娣e要求也就越高。

2.3 風(fēng)機(jī)布置影響

風(fēng)機(jī)工作特性不僅受風(fēng)機(jī)數(shù)量影響，同時(shí)，還受風(fēng)機(jī)布置的影響。文章試驗(yàn)以4臺(tái)風(fēng)機(jī)為例，當(dāng)4臺(tái)風(fēng)機(jī)布置成1列時(shí)，明顯發(fā)現(xiàn)，風(fēng)機(jī)1和風(fēng)機(jī)4之間的影響，比風(fēng)機(jī)2和風(fēng)機(jī)3的影響更大，這進(jìn)一步證實(shí)了，當(dāng)多數(shù)量風(fēng)機(jī)排為一行時(shí)，風(fēng)機(jī)流量較大，因此，文章將所有風(fēng)機(jī)群以1列的形式進(jìn)行布置，假nn為0.92時(shí)，集群風(fēng)機(jī)1列排開，nm則為1，那么4臺(tái)風(fēng)機(jī)的總流量則4*1=1550kg/s，而4臺(tái)單機(jī)風(fēng)機(jī)總流量為1700kg/s，4臺(tái)集群風(fēng)機(jī)以1列形式布置時(shí)，流量是4臺(tái)單機(jī)風(fēng)機(jī)總流量的91.2%。當(dāng)4臺(tái)風(fēng)機(jī)以2列形式布置時(shí)，假nn為0.92時(shí)，集群風(fēng)機(jī)1列排開，nm則為0.96，而此時(shí)，集群風(fēng)機(jī)總流量為1490kg/s，占4臺(tái)單機(jī)風(fēng)機(jī)總流量的87.6%，由此可知，風(fēng)機(jī)布置方式，對風(fēng)機(jī)流量有著重要影響，其具體表現(xiàn)如圖3所示。

2.4 風(fēng)機(jī)運(yùn)行特性中其他影響因素

在風(fēng)機(jī)運(yùn)行中，運(yùn)行環(huán)境中的風(fēng)場作用也會(huì)對風(fēng)機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)造成很大的影響，在風(fēng)機(jī)運(yùn)行流量相同時(shí)，風(fēng)力小，風(fēng)機(jī)壓力則會(huì)增加，而風(fēng)機(jī)的阻力曲線也會(huì)出現(xiàn)大幅度變化，風(fēng)機(jī)總流量會(huì)減小。反之，當(dāng)風(fēng)力變大時(shí)，風(fēng)機(jī)壓力會(huì)相應(yīng)下降，風(fēng)機(jī)阻力曲線則呈平滑趨勢發(fā)展，風(fēng)機(jī)總流量也會(huì)相應(yīng)變大。另外，風(fēng)機(jī)運(yùn)行特性還會(huì)因風(fēng)向變化而發(fā)生變化，其具體情況需通過CFD，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)?zāi)M來確定。

3 結(jié)束語

文章通過實(shí)驗(yàn)及風(fēng)機(jī)運(yùn)行特性分析，得到如下結(jié)論：（1）當(dāng)風(fēng)機(jī)并聯(lián)進(jìn)行運(yùn)行時(shí)，風(fēng)機(jī)的流量明顯小于單臺(tái)風(fēng)機(jī)運(yùn)行流量，而通過葉片安裝角可進(jìn)行一定的修正，但葉片安裝角數(shù)量會(huì)受到限制，當(dāng)達(dá)到安裝受限時(shí)，并聯(lián)風(fēng)機(jī)總流量并不會(huì)有明顯的增加。（2）風(fēng)機(jī)集群運(yùn)行時(shí)，每臺(tái)風(fēng)機(jī)的流量都會(huì)因集群因子而有所降低，其空氣系統(tǒng)增壓也會(huì)相應(yīng)減小。（3）風(fēng)機(jī)集群運(yùn)行時(shí)，風(fēng)機(jī)流量及空氣增壓與風(fēng)機(jī)排列模式有著密切關(guān)系，就一般情況而言，風(fēng)機(jī)呈1列排列時(shí)，其流量總和數(shù)最大。另外，風(fēng)機(jī)集群運(yùn)行流量和增壓還和集群風(fēng)機(jī)數(shù)量有關(guān)，當(dāng)風(fēng)機(jī)數(shù)量越多時(shí)，風(fēng)機(jī)的總流量和增壓數(shù)值比單臺(tái)風(fēng)機(jī)獨(dú)立運(yùn)行數(shù)值小。

參考文獻(xiàn)

[1]李宴君.基于時(shí)序分析的直接空冷系統(tǒng)空氣側(cè)流動(dòng)特性及表征方法研究[D].中國科學(xué)院研究生院（工程熱物理研究所），2014.

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