消除自然风对直接空冷机组不利影响的措施

陈冬亮

【摘  要】近几年来我国直接空冷技术发展比较快，很多电厂都存在受自然不利风向干扰导致影响机组出力及安全的情况，本文针对自然不利风向对直接空冷机组的影响可采取的措施做一简单介绍。

【关键词】直接空冷机组;自然风;热风回流;背压

一、直接空冷机组

直接空冷系统的流程如图 1 所示。汽轮机排汽通过粗大的排汽管道送到室外的空冷凝汽器内，轴流冷却风机使空气流过散热器外表面，将排汽冷凝成水，，凝结水再经泵送回至汽轮机的回热系统。空冷凝汽器分为主凝汽器和分凝汽器两部分。主凝器多设计成汽水顺流式，它是空冷凝汽器的主体;分凝器则设计成汽水逆流式可形成空冷凝汽器的抽空气区。

真空抽气系统是直接空冷的关键。在汽轮机启动和正常运行时，要使汽轮机低压缸尾部、空冷凝汽器、排汽管道及凝结水箱等设备内部形成真空。对于空冷机组通常采用的抽空气设备是水环真空泵。空冷凝汽器所有元件和排汽管道均采用两层焊接结构，焊接质量要求十分严格，以保证整个空冷系统的严密性。直接空冷系统中空冷凝汽器的布置与风向、风速及发电厂主厂房朝向都有密切关系。大型机组的空冷凝汽器通常在紧靠汽机房A列柱外侧与主厂房平行的纵向平台上布置，若干单元组其总长度与主厂房长度基本一致。每个单元组由多个主凝器与一个（或多个）分凝器组成“人”字形排列结构并在每个单元下部设置一台大直径轴流式风机。

环境中的冷空气被轴流风机加压后横向吹向空冷散热器，吸收了热量的冷空气变成热空气后经空冷散热器散发到环境中。其中，由于真空系统不严密处漏入的空气和汽轮机排汽中的不凝气体被抽真空设备由空冷散热器的逆流管束的顶部抽出。

二、直接空冷系统的热风再循环的形成

空冷凝器是直接空冷机组冷却系统的主要装置，它安装在室外直接暴露在空气中，利用周围的空气作为冷却介质来进行冷却，同时，通过轴流风机的强迫对流来加强冷却效果。所以，空冷凝器周围的自然环境状况必然会对空冷凝器的正常运行产生很大影响。空冷凝器周围的环境状况除了取决于当地的气候条件外，还与空冷凝器周围的建筑物，特别是主厂房和电厂的总图布置密切相关。同时，空冷凝器的效率还与其本身的结构技术参数相关，例如，空冷凝器平台支架的高度、挡风墙高度、空冷凝器单元排列等。因此，除了当地自然风气候本身的特点外，环境状况对空冷凝器换热效率影响的因素很多，且这些因素是相互关联的而且是相当复杂的。从在现场宏观的角度来看，自然风影响空冷凝器效率的大小，可以用由于自然风的影响使得已经排放出去的热空气被卷吸并重新返回到空冷凝器新鲜空气入口处的体积占新鲜空气的比例来度量。例如，当自然风正对电厂的锅炉房和汽机房方向吹来时，会在其背面形成一个巨大的尾流区。在此尾流区中的气流非常紊乱，相当部分是从上到下的倒流。正是这种倒流使得空冷凝器已排放的热空气重新又返回到进风口而严重影响到空冷凝器的工作效率。我们将热空气重新又返回到进风口所占空气体积的百分比定义为（热）回流率。对空冷凝器已排放的热空气重新又返回到空冷风机进风口的现象称为热风再循环。

电厂运行时，冷空气通过散热器排出的热气上升，呈现羽流状。当大风吹向空冷平台散热器，羽流状况被破坏而出现热风再回流。热气上升气流被风压下至钢平台以下，这样的热风又被风机吸入，形成热风再循环。当不利风向出现时，对空冷系统的影响表现在以下三个方面：一是散热器出口热空气被自然风压住热量不能顺利地散发到环境中，使空冷凝器置身于環境温度比较高的区域，换热温差减小，效率降低;二是由于自然风快速吹过空冷风机入口，风机消耗相同的功率下吸入的空气量大幅度减少，由于冷却介质的减少导致空冷凝器换热效果下降，效率降低;三是造成大量的热空气被空冷风机吸入，导致冷却介质温度升高，冷却效率下降。

三、消除自然风影响措施

对于空冷系统如何消除自然风的影响可从以下几方面入手：

（1）在空冷平台布置一定高度的挡风墙。挡风墙可以在冬季避免寒冷的大风对空冷散热器的吹刷，对散热器的防冻具有一定的帮助;同时在夏季可以阻挡一部分热风再循环。挡风墙是目前是空冷系统为了减少自然风的影响而采取的普遍措施。

（2）利用数模发现并减少不利风向的影响。利用数字模型和物理模型来模拟空冷系统所处地区的气象场，找出对空冷系统影响比较严重的风向，在设计时给予消除。

（3）合理选择空冷系统空气供应设备。目前一般情况在空冷系统设计时，将空冷风机配置的电动机容量选择比较大，以便在自然风速增大后利用提高风机转速进而提高散热器出口风速和风机供风量来减小不利风向的影响。

（4）在空冷系统设计时，详细观测与分析空冷系统所在地的气象资料，给系统设计提供更加科学、合理的气象数据，防止设计参数出现大的偏差而影响系统的布置和设备配置。

（5）在空冷系统设备安装时，应尽量减少空冷平台的漏风量，以减少热风回流量。

（6）在空冷机组设计时，通过对气象资料的分析以及数模或风洞试验，找出环境参数变化时机组运行背压的变化趋势，制定机组运行背压与自然风向、风速的关系曲线，作为机组运行曲线的修正，使得运行人员能够根据该曲线提前预知自然风对机组的影响，并提前进行调节，防止发生不利风向导致机组停运的事故。

（7）轴流风机采用变频调速方式驱动，增加风机所配置电动机的容量，在夏季炎热季节及风向变化时，风机转速增加10%，通风量增加，迎面风速提高，从而提高冷却系统的散热能力。

（8）空冷凝汽器设置高压冲洗水系统，在每年夏季来临之前，利用高压除盐水清洗空冷器的外表面，去除附着在其上的污垢和尘埃，减少热阻，保持良好的传热效果。

四、结束语

自然风对空冷系统的影响问题是一个比较综合性的问题，而且对机组的影响也是非常严重的。在大唐托克托等电厂就已经发生过大风导致机组停运的事故，因此，对上述问题进行研究分析是非常必要的。当遇到自然风对机组安全稳定造成影响时，我们要及时的分析原因并制定措施，消除自然风对机组的影响，保证机组安全稳定运行。

（作者单位：内蒙古锦联铝材有限公司）