直接空冷凝汽器冷端影响因素分析

娄晓静，赵云凯，武义忠

(1.中北大学 朔州校区，山西 朔州 036000； 2.山西平朔煤矸石发电有限责任公司，山西 朔州 036800；3.中煤平朔集团有限公司,山西 朔州 036000)

直接空冷凝汽器冷端影响因素分析

娄晓静1，赵云凯2，武义忠3

(1.中北大学 朔州校区，山西 朔州 036000； 2.山西平朔煤矸石发电有限责任公司，山西 朔州 036800；3.中煤平朔集团有限公司,山西 朔州 036000)

文中从初始温差、排汽压力、凝结水温度、风温变化等方面对汽轮机凝汽器的冷端特性进行了分析，从分析可以得出机组在初始温差低、积灰系数小、风温变化小、排汽压力小时，凝汽器运行效率较大，对今后凝汽器的选用及运行具有一定的指导意义。

直接空冷；凝汽器；影响因素

0 引 言

我国水资源十分匮乏，供需矛盾日益激烈，节水已成为我国经济可持续发展战略的重要实施内容之一[1]。空冷技术在富煤缺水地区可以有效地达到节水目的[2]。在各种空冷技术中，直接空冷技术直接利用冷空气对汽轮机排汽进行冷却，具有防冻、节水、电厂整体占地面积小等优点，因此适合缺水地区使用[3]。

直接空冷机组运行过程中，它的凝汽器冷端性能对于整体机组的正常运行有重要影响[4]。文中从初始温差、排汽压力、凝结水温度、风温变化四方面对直接空冷凝汽器的冷端特性进行了分析。

1 初始温差 (ITD)

初始温差表示进入空冷散热器的介质温度和大气干球温度之差[5]。初始温差(ITD)确定后，就可在设计温度的前提下，选择机组背压[6]，机组背压越高，则空冷系统初投资越低，因此，初始温差的选择是对于空冷系统投资与效益的合理匹配。空冷凝汽器传热方程式为：

(1)

式中：K为总传热系数；F为总传热面积。

总传热面积随着ITD值的大小而变。环境温度在小幅度范围波动情况下，ITD越大，总传热面积越大，汽轮机背压此时较低，此时汽轮机虽然放热量较大，但汽轮机热效率低，初投资费用较高；ITD值越低，总传热面积越小，此时投资费用将减小，但电厂煤耗率提高，机组运行费用增大。

2 排汽压力

排汽压力(pc)是汽轮机的终端参数，它受凝汽器结构、汽轮机低压缸和循环水系统的影响，属于汽轮机的冷端系统，其大小直接影响到整个电厂的经济性。凝汽器入口蒸汽温度和水蒸汽的焓熵一一对应，在排汽温度已知时，可查其对应的饱和排汽压力，在这基础上加上管道压降就是排汽压力。排汽压力的计算公式如下：

(2)

式中：Ta1为空冷凝汽器入口空气温度，℃；Δt为空气在空冷凝汽器中的温升，℃；δt为传热端差δt=ts-tw2，℃。

凝汽器在运行过程中，不可避免的会进入空气，产生压力，导致凝汽器各处的压力比不完全相同。因此要主动的控制抽气设备的正常运行，使其运行在主凝结区域，使空气所占份额减少。使得凝汽器的排汽压力在温度的工作范围内。因为排汽压力越大，排汽温度越高，需要的凝汽器面积越大，汽轮机运行效率越低。

3 凝汽器积灰

凝汽器中总传热系数计算公式为：

(3)

式中：hi为管内换热系数；β为翅片管的肋化系数；δ为翅片管道厚度；λ为翅片管导热系数；η0为翅片管肋壁总效率；h0为管外换热系数。

而积灰后翅片管传热系数为：

(4)

式中：c为积灰系数；λd为灰尘导热系数。

结合公式(3)、(4)可以知道，在凝汽器的结构参数确定之后，c值越大，即积灰越多，则积灰后传热系数越小，凝汽器放热性能越差。

因此，我们在机组的运行过程中，应该主要从以下两方面来防止汽轮机凝汽器积灰对散热的影响，第一：可采用改变风机转速对积灰及时进行清理，第二：在一定的周期内要进行凝汽器清洗，冲刷掉其上边掉落的灰尘，保持凝汽器的表面清洁。

4 风温变化

空冷凝汽器通过将环境中的气体直接用来冷

却汽轮机排除来的乏汽，达到降温乏汽的目的，用来冷却乏汽的气体吸收乏汽热量后气体温度会明显上升。风温变化可表示为：

(5)

式中：ta2为凝汽器出口空气温度，℃;ta1为凝汽器入口空气温度，℃。

凝汽器的传热端差表达式如下：

(6)

式中：F为散热器的传热面积，m2；L为风量，kg /s；cp为某温度下冷却空气的比热，J/(kg·K)；k为总的传热系数，w/(m2·K)。

把式(6)代入式(2)可得：

(7)

通过对式(7)进行分析可以知道，排汽压力随着风温的变化Δt而发生改变，而Δt是空冷凝汽器的重要设计参数，Δt增加，排汽压力随之升高，带来的运行操作是风机转速的加大，这样导致凝汽器运行在非经济工况下，不能达到节能降耗的目的。

5 结束语

文中通过简单分析初始温差、排汽压力、凝汽器积灰和风温变化对直接空冷机组的凝汽器冷端特性的影响，得出机组在初始温差低、排汽压力、积灰系数小、风温变化小时，凝汽器运行效率较大。这对电站汽轮机的运行指导具有一定的借鉴意义。

[1] 付玉玲．直接空冷系统初始温差值的优化分析[D]．北京：华北电力大学，2006.

[2] 赵 斌，刘 玲，张文兵.汽轮机冷端优化的研究[J].热力透平，2007(3):19-23.

[3] 赵洪滨，曹 岭.直接空冷凝汽器理论最佳背压的研究[J].工程热物理学报，2009(11):1834-1836.

[4] 杨立军，杜小泽，杨勇平，等.直接空冷系统轴流风机群运行特性分析[J]. 中国电机工程学报，2009，29(20)：1-5.

[5] 赵之东，杨丰利．直接空冷凝汽器的发展和现状[J]．华北电力技术，2004(5)：44-50.

[6] 杨立军，杜小泽，杨勇平.风机群分区调节对空冷岛传热特性的影响[J].工程热物理学报，2010，31(1):146-148.

Analysis on the Influence Factors of Cold Side of Direct Air Cooling Condenser

LOU Xiao-jing1, ZHAO Yun-kai2, WU Yi-zhong3

(1.North Central University Shuozhou Campus, Shuozhou 036000 Shanxi Province,China；2.Shanxi Pingshuo coal gangue power generation limited liability company, Shuozhou 036800；3.Pingshuo Group Co. Ltd. Shuozhou 036000)

In this paper, the cold end characteristics of steam turbine condenser are analyzed from the aspects of initial temperature difference, steam pressure, condensation water temperature and air temperature, and the operating efficiency is relatively low.

direct air cooling； condenser； influencing factors

10.3969/j.issn.1009-3230.2015.12.013

2015-11-05

2015-11-28

娄晓静(1988-)，女，中北大学朔州校区教师，专业：能源与动力工程，研究方向：发电厂运行技术。

TU831.3

B

1009-3230(2015)12-0040-02