韓永魁，盧家勇，石紅暉

（山西電力科學研究院，山西 太原 030001）

0 引言

北方富煤缺水地區(qū)大規(guī)?；痣娬镜慕ㄔO(shè)，促進了電站空冷技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。針對空冷機組夏季運行經(jīng)濟性惡化、限負荷運行嚴重等問題，通過投用噴霧冷卻系統(tǒng)，可使機組運行背壓得到有效降低[1]，但存在除鹽水耗水量大，空冷散熱面長時間噴水降溫，表面易腐蝕受損的隱患。

空冷機組的運行背壓受環(huán)境溫度及熱負荷的影響很大，而運行背壓對機組整體經(jīng)濟性的影響，除受空冷島本身性能影響外，還與運行環(huán)境溫度的時間分布、機組負荷率分布有直接關(guān)系，因此，在對機組運行工況的統(tǒng)計分析和空冷系統(tǒng)性能的全面掌握的基礎(chǔ)上，開展機組和空冷系統(tǒng)的變工況特性分析研究，對指導(dǎo)空冷優(yōu)化運行及系統(tǒng)的技術(shù)改造工作具有重要作用。

1 空冷機組運行參數(shù)的統(tǒng)計分析

為掌握機組環(huán)境氣溫變化及負荷背壓的變化情況，對機組全年運行參數(shù)進行了統(tǒng)計分析。統(tǒng)計分析結(jié)果表明：環(huán)境氣溫特性、機組負荷、背壓隨日小時的變化規(guī)律存在一定的規(guī)律性，同時也存在一定的隨機性，這跟當?shù)丶竟?jié)雨季特性有關(guān)系；整體上，機組運行背壓隨環(huán)境溫度及負荷的升高而明顯升高，且機組負荷率高的時段往往處在環(huán)境溫度相對較高的時間段，該時段也正是電網(wǎng)“迎峰渡夏”電負荷需求最大的時間段，因此，日氣溫特性和負荷特性的不同，對機組經(jīng)濟性的影響會有較明顯差異。

2 空冷機組冷端變工況計算分析

空冷凝結(jié)器的容量是在一定運行條件下，根據(jù)主機排汽參數(shù)設(shè)計確定的。汽輪機負荷的變動，環(huán)境氣溫的變化，空氣流量的變化均會改變空冷凝汽器的工作狀態(tài)，從而導(dǎo)致汽輪機排汽背壓的變化，而排汽壓力的變化又會改變機組的排汽熱負荷，因此，把空冷系統(tǒng)與主機作為一個整體進行全面的變工況計算，對掌握機組冷端的實際運行特性，研究空冷系統(tǒng)和機組性能變化及其相互影響；對掌握機組經(jīng)濟性的影響，進而確定空冷系統(tǒng)的增容改造容量及其技術(shù)經(jīng)濟性的評估都具有重要作用。

根據(jù)空冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)和主機設(shè)計特性，通過空冷系統(tǒng)變工況計算可以確定機組的冷端變工況特性；通過改變風機轉(zhuǎn)速、機組負荷可得到不同環(huán)境溫度下的冷端參數(shù)，進而可以確定相關(guān)參數(shù)變化對經(jīng)濟性的影響。初步計算表明：機組背壓隨環(huán)境溫度升高及負荷率增加而增加。圖1為機組及空冷系統(tǒng)設(shè)計特性下，風機轉(zhuǎn)速為額定時不同機組負荷率的機組背壓與環(huán)境溫度關(guān)系。

結(jié)果表明：在額定風機轉(zhuǎn)速下，以最高運行背壓35 kPa為限，滿負荷對應(yīng)的最高環(huán)境溫度34℃，極端溫度40℃對應(yīng)的最高負荷為81%。從設(shè)計角度空冷系統(tǒng)可基本保證機組滿負荷運行。

圖1 設(shè)計特性下機組背壓與環(huán)境溫度的關(guān)系

圖2為考慮主機性能影響后，機組及空冷系統(tǒng)實際運行特性下機組背壓與負荷風溫的關(guān)系。

結(jié)果表明：由于空冷系統(tǒng)換熱能力下降和機組排汽熱負荷增加，機組的運行背壓有了明顯升高。在額定風機頻率下，以最高運行背壓35 kPa為限，滿負荷對應(yīng)的最高環(huán)境溫度25℃，極端溫度40℃對應(yīng)的最高負荷為60%。以最高運行背壓40 kPa為限，滿負荷對應(yīng)的最高環(huán)境溫度27℃，極端溫度40℃對應(yīng)的最高負荷為67%。

根據(jù)上述機組及空冷系統(tǒng)的設(shè)計特性和實際運行特性，進一步計算分析空冷系統(tǒng)及主機熱力性能變化對背壓及煤耗的影響程度。

圖2 實際特性下機組背壓與環(huán)境溫度的關(guān)系

由于機組實際熱耗水平高，同時運行背壓的升高對其經(jīng)濟性會產(chǎn)生進一步的惡化。在相同環(huán)境溫度下，維持機組相同背壓系統(tǒng)的情況下，排汽熱負荷增加的附加熱負荷也增加了機組的煤耗水平，同時考慮空冷性能和機組性能下降，對機組經(jīng)濟性的影響更為明顯。

基于上述分析，進一步研究表明，采取增加空冷系統(tǒng)容量等技術(shù)手段減小進入原空冷系統(tǒng)的熱負荷，可起到降低機組的背壓，進而提高機組的經(jīng)濟性的作用。通過改變空冷系統(tǒng)不同比例的進汽熱負荷變工況計算，分析了不同環(huán)境溫度下，100%風機轉(zhuǎn)速下機組及空冷實際特性機組煤耗下降與熱負荷減小率的關(guān)系，見圖3。

計算結(jié)果表明，機組背壓隨空冷系統(tǒng)的熱負荷減小率的增加而下降，并隨環(huán)境溫度的增加和負荷的升高其下降幅度增加，而且在機組實際性能下時其效果更為明顯。

圖3 100%風機頻率機組及空冷設(shè)計特性機組煤耗下降與熱負荷減小的關(guān)系

減小進入現(xiàn)有空冷系統(tǒng)的進汽熱負荷的措施，除了增加空冷散熱單元外，還可采用干、濕冷復(fù)合冷卻的方式。從機組排汽系統(tǒng)中抽取部分比例的蒸汽，采用濕式冷卻系統(tǒng)進行冷卻，在夏季工況的中高溫時間段投入，起到尖峰冷卻的作用。利用環(huán)境溫度高、相對濕度低的特點，干、濕冷復(fù)合冷卻高氣溫時段，干、濕球溫差大，濕冷系統(tǒng)的相對出力增加，能更好地起到補償空冷系統(tǒng)冷卻能力不足的作用。

圖4 不同濕冷設(shè)計容量下煤耗下降與環(huán)境溫度及負荷的關(guān)系

通過選取機組典型工況進行復(fù)合冷卻系統(tǒng)的冷卻能力模擬計算，確定了不同溫度下，不同的濕冷容量，實際運行煤耗下降與基準熱負荷率的關(guān)系見圖4。在相同基準熱負荷率下，機組背壓和煤耗水平的下降幅度隨負荷及環(huán)境溫度的升高明顯；隨著基準熱負荷率的減小，機組背壓和煤耗水平的下降幅度也隨之增加，但相對增幅趨緩。

3 結(jié)論與建議

a）實際運行及試驗結(jié)果表明，空冷系統(tǒng)性能不良，主機熱耗水平高嚴重惡化了機組冷端的運行條件，對機組經(jīng)濟運行產(chǎn)生嚴重的影響，并導(dǎo)致機組限負荷嚴重，不滿發(fā)小時數(shù)增加。

b）采用增加空冷系統(tǒng)冷卻單元、提高風機轉(zhuǎn)速和增設(shè)濕式尖峰冷卻系統(tǒng)等不同增容改造方式，可以達到降低機組運行背壓、提高經(jīng)濟性的效果，但其變工況特性及節(jié)能效果有較大的差異。

c）通過增容減小現(xiàn)有空冷系統(tǒng)的進汽量，是控制運行背壓過高，提高經(jīng)濟性的有效手段，其效果在高氣溫、高負荷下更為明顯。

d）系統(tǒng)改造的節(jié)能效果隨增容量的增加趨于平緩，特別是在環(huán)境溫度中、低的時段，系統(tǒng)增容后運行背壓下降幅度會較高氣溫區(qū)明顯減小，冬季運行時還會增加系統(tǒng)的防凍壓力，合理確定系統(tǒng)的改造方式，增容容量可獲得較好的技術(shù)經(jīng)濟性。

e）系統(tǒng)增容的實際效果與環(huán)境溫度的分布、調(diào)度調(diào)峰運行方式、機組負荷率及其分布有很大的關(guān)系，節(jié)能改造的經(jīng)濟性評估需依據(jù)機組實際運行情況來確定。

［1］ 馬慶中，張龍英.直接空冷凝結(jié)器尖峰冷卻系統(tǒng)的研究與應(yīng)用［J］.山西電力，2009（1）：20-24.