直接空冷机组夏季度夏措施及发展趋势

王金平，安连锁

（1.华北电力大学动力工程系，河北 保定 071003；2.山东电力集团公司，山东 济南 250001）

直接空冷机组夏季度夏措施及发展趋势

王金平1，2，安连锁1

（1.华北电力大学动力工程系，河北 保定 071003；2.山东电力集团公司，山东 济南 250001）

直接空冷机组具有节水的优点，在我国北方地区得到了广泛的应用。分析直接空冷机组夏季运行存在的主要问题，提出度夏措施及可行性的解决方案。结果表明，高温环境、自然大风、凝汽器管束脏污、真空泵工作水温偏高是影响直接空冷机组夏季运行背压高的主要因素。设置喷淋装置、延伸挡风墙、加装导流装置和防风网、提高散热器的冲洗质量是保证直接空冷机组夏季高温季节安全经济运行的重要措施。

直接空冷；背压；喷淋；防风网

0 引言

直接空冷机组具有节水的优点，在我国“富煤贫水”地区得到了广泛的应用［1］。在我国山西、陕西、内蒙等地投运的火力发电机组，大部分都是直接空冷机组。然而，直接空冷机组夏季运行时面临较多问题，严重影响了机组的安全和经济运行，不论在国外还是在国内迄今仍未找到有效的解决途径。

1 直接空冷机组夏季运行存在的主要问题

1.1 夏季环境温度高

直接空冷机组的背压受环境温度的影响非常大。空冷凝汽器压力所对应的饱和温度tn可按（1）式计算［2］。

式中：Qn为管内蒸汽凝结放热量，kW；Ga为空气流量，kg/s；cp为干空气定压比热，kJ/（kg·℃）；Dn为汽轮机排汽量，kg/s；hsn为空冷凝汽器的凝结水焓，kJ/ kg；hn为汽轮机排汽焓，kJ/kg；SF为换热器迎风面积，m2；vNF为迎面风速，m/s；ρa为空气密度，kg/m3；ε为换热器效能；ta1为环境温度；NTU为传热单元数；

根据式（1），可知在其他因素不变的情况下，环境温度升高1℃，空冷凝汽器压力所对应的饱和温度tn也会升高近1℃，从而引起凝汽器压力的升高。经过计算，对于300 MW的直接空冷机组，环境温度为10℃时，空气温度每升高1℃，凝汽器压力升高0.5 kPa；环境温度为35℃时，空气温度每升高1℃，凝汽器压力升高1.2 kPa。即，环境温度越高，对空冷凝汽器压力的影响也越大。

因此，直接空冷机组在夏季经常出现由于环境温度过高而限负荷的问题。

1.2 自然大风的影响

自然大风对空冷机组的影响是一个世界性难题。大风对直接空冷机组背压影响非常大，在夏季高温时段机组背压本来就高，如果再受到自然大风的影响，必然对机组的运行产生严重后果［3］。

出现自然大风时，一方面空冷风机的吸风量不足，导致冷却介质的质量流量减少；另一方面会出现热风再循环，即空冷凝汽器排出的热气流，在某种特定的条件下被风机吸入，提高了进入空冷凝汽器的冷空气温度，导致空冷器冷却能力下降。空冷岛运行时，散热器排出的热气上升，呈现羽流状况。当大风从炉后吹向平台散热器，风速过高时羽流状况要被破坏而出现热风再回流现象。虽然在空冷岛增设了挡风墙来降低热风再循环的影响，但是根据运行经验，挡风墙还是不能完全克服热风再循环对机组背压的影响。

1.3 空冷凝汽器易脏污

在我国，直接空冷机组周围环境较为恶劣。风沙大、污染较为严重，加之夏季电厂周边煤粉、树木的飞絮、昆虫等在迎风面形成一层毡状附着物，使空冷凝汽器翅片管的翅片间隙减小，甚至堵塞空冷换热风道，严重影响了空冷凝汽器的通风能力，造成空冷金属翅片传热系数下降，导致机组背压升高最终影响机组的热经济性［4］。

1.4 真空泵工作水温偏高

通常，当真空泵工作水温超过30℃时，每升高5℃，真空泵入口的压力就提高近2 kPa，从而使真空泵的抽吸能力下降，造成空冷凝汽器内空气的聚积，对真空的影响相当大。这主要是因为当工作水温升高到一定程度后，在高度真空的真空泵壳内，部分工作水会发生汽化，体积突然膨大，从而使抽吸能力下降［5］。

2 直接空冷机组度夏的主要措施

2.1 加装喷淋装置

由于机组的背压很大程度上取决于进入空冷凝汽器空气的干球温度，因此降低入口空气温度能够解决直接空冷机组夏季出力受阻问题，从而提高机组的经济性和安全性。为此，可在风机上部增设除盐水喷淋装置，如图1所示。

图1 除盐水喷淋装置

水经过喷嘴雾化形成一定粒径的雾滴，雾滴在运动过程中与空气充分混合并迅速蒸发。由于水的汽化潜热较大，水蒸发时会吸收空气中大量热量，从而降低空气的干球温度。将降温后湿空气送到空冷散热器，从而提高了空冷岛的换热能力［6］。为了使空冷器避免因喷水水质问题而产生结垢现象，喷淋用水一般采用除盐水。为了节约除盐水，喷淋装置可以选择单列、两列、或三列同时运行，也可选择单列或两列循环切换运行。

以300 MW直接空冷机组为例，在环境温度为34℃时，投入喷淋装置后可使背压降低约6 kPa。按背压降低1 kPa影响供电标准煤耗率2 g计算，可使供电标准煤耗率降低12 g/kW·h，按每吨标准煤800元、喷淋系统年投入运行500 h计算，每年节约运行成本144万元。按除盐水成本为20元/t、消耗除盐水40 t/h计算，抛去除盐水的成本后，每年可以节余104万元，经济效益显著。

2.2 延伸挡风墙

延伸挡风墙是防止热风回流的有效措施之一。当空气流经锅炉房和汽机房等钝体建筑物时，会在其下风一侧产生若干漩涡，漩涡中的气压低于其周围空气的气压，因此不合理的空冷平台高度，会使得空冷平台的进气口处于尾涡中，而出气口位于尾涡外，进出气口的压差相当于一个向下抽气的风机，降低了空冷平台的机械通风能力。不合理的平台高度设计也会使得空冷平台的出风口位于垂直漩涡的顺流部分，而进风口位于垂直漩涡的回流部分，从而导致热风再循环［7］。因此，延伸挡风墙高度，不仅可以延长热风流程，而且能够降低漩涡的影响，如图2所示。

图2 延伸挡风墙示意图

2.3 加装导流装置

由于很多的风机布置在一起，所需冷却用的风量很大，空冷凝汽器四周边的进风已形成了一定的风速，平行方向的风力在垂直方向的风机吸入口起了不良作用，使周边的风机排气能力下降，使该风机对应的换热管束的换热效率下降。当自然风的风力增大时，在风机的吸风作用和自然风力相加后，空冷凝汽器周边的风速更高，会造成周边风机吸入口形成负压，风机的效率下降，严重时会造成空冷凝汽器外围空冷单元空气倒灌现象，使该空冷单元停止工作，并形成热风回流现象，使整个空冷凝汽器的换热效率下降，使凝汽压力上升，降低发电量，自然风速高时会影响机组的安全运行。对于上述问题可以加装一种进风导流装置［8］，即在挡风墙下方的钢结构平台的外围竖向向下布置有进风导流装置，用于改变空气进入空冷凝汽器外围风机吸入口的方向，使有害的自然风变为有用的自然风，提高空冷凝汽器的性能，确保电站安全运行，同时大大降低成本和运行费用，如图3所示。

图3 进风导流装置

2.4 提高空冷散热器的冲洗质量

针对空冷岛周围环境差、空冷岛设计高度及翅片管束设计结构不易清洗的现状，直接空冷电厂应制定具体的清洗措施，责任落实到人，建立科学合理的奖惩制度，提高散热器的冲洗质量。

2.5 降低真空泵工作水温

换热器换热效果差是引起工作水温偏高的主要原因之一。引起换热器换热效果差的可能原因有：冷却水温过高、冷却水量小、冷却面积不足、换热面污垢较多。因此，降低真空泵的工作水温应从改造工业冷却水管路增加冷却水量、增加换热冷却器的换热面积、清洗换热面污垢、适当的进行放水、换水等方面入手。

3 直接空冷机组度夏措施的发展趋势

近年来，防风网被逐渐应用到直接空冷机组中。防风网又称防风栅、防风障，是一种疏透（多孔）的障碍物，可在其背风面形成一个低风速区，降低来流风速并减弱大气湍流中的旋涡结构，达到抑制扬尘的目的。防风网最初是人类设障抵御风沙侵袭的有效手段，现多用于减少煤堆、灰堆和沙堆向空气中排放尘埃。有资料表明，当自然大风流经防风网的迎风侧时，流速会下降50%～80%以上，从而起到很好的防风效果。设置防风网以达到控制局域风环境是一项多学科相互交叉的新型技术，涉及到流体动力学、环境科学及材料力学等多个领域［9-10］。

防风网可以设置在空冷岛挡风墙下延方向，如图4所示。国内有直接空冷机组已经用上了防风网，例如漳山电厂、丰镇京隆电厂等。由于防风网的设置，增加了风机吸入口的阻力，其对不同风速下空冷岛防风性能和风机性能的影响还有待进一步的研究。

图4 防风网布置图

4 结论

高温环境、自然大风、凝汽器管束脏污、真空泵工作水温偏高是影响直接空冷机组夏季运行背压高的主要因素。

设置喷淋装置、延伸挡风墙、加装导流装置、提高散热器的冲洗质量是保证直接空冷机组夏季高温季节安全经济运行的重要措施。

加装防风网为直接空冷机组安全度夏提供了一条新的思路。

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［3］张新海.我国空冷机组运行情况的分析及建议［J］.山西电力，2009（1）：113-116.

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Measures and Development of Summer Operation of Directed Air Cooling Unit

Directed air cooling unit is built widely in north area of China because of saving water.The main problems of directed air cooling unit in summer operation were analyzed，and corresponding measures were also given.The results show that high air inlet temperature，strong wind，tube dirty and high water temperature of vacuum pump are main factors influencing back pressure.Installing spraying system，extending windbreak wall and installing guide vane or windbreak net are important measures to insure safe and economic operation of directed air cooling unit in summer season.

directed air cooling;back pressure;spraying;windbreak net

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1007－9904（2010）04－45－04

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