陳冬亮

【摘? 要】近幾年來(lái)我國(guó)直接空冷技術(shù)發(fā)展比較快，很多電廠都存在受自然不利風(fēng)向干擾導(dǎo)致影響機(jī)組出力及安全的情況，本文針對(duì)自然不利風(fēng)向?qū)χ苯涌绽錂C(jī)組的影響可采取的措施做一簡(jiǎn)單介紹。

【關(guān)鍵詞】直接空冷機(jī)組;自然風(fēng);熱風(fēng)回流;背壓

一、直接空冷機(jī)組

直接空冷系統(tǒng)的流程如圖 1 所示。汽輪機(jī)排汽通過(guò)粗大的排汽管道送到室外的空冷凝汽器內(nèi)，軸流冷卻風(fēng)機(jī)使空氣流過(guò)散熱器外表面，將排汽冷凝成水，，凝結(jié)水再經(jīng)泵送回至汽輪機(jī)的回?zé)嵯到y(tǒng)?？绽淠鞣譃橹髂骱头帜鲀刹糠?。主凝器多設(shè)計(jì)成汽水順流式，它是空冷凝汽器的主體;分凝器則設(shè)計(jì)成汽水逆流式可形成空冷凝汽器的抽空氣區(qū)。

真空抽氣系統(tǒng)是直接空冷的關(guān)鍵。在汽輪機(jī)啟動(dòng)和正常運(yùn)行時(shí)，要使汽輪機(jī)低壓缸尾部、空冷凝汽器、排汽管道及凝結(jié)水箱等設(shè)備內(nèi)部形成真空。對(duì)于空冷機(jī)組通常采用的抽空氣設(shè)備是水環(huán)真空泵。空冷凝汽器所有元件和排汽管道均采用兩層焊接結(jié)構(gòu)，焊接質(zhì)量要求十分嚴(yán)格，以保證整個(gè)空冷系統(tǒng)的嚴(yán)密性。直接空冷系統(tǒng)中空冷凝汽器的布置與風(fēng)向、風(fēng)速及發(fā)電廠主廠房朝向都有密切關(guān)系。大型機(jī)組的空冷凝汽器通常在緊靠汽機(jī)房A列柱外側(cè)與主廠房平行的縱向平臺(tái)上布置，若干單元組其總長(zhǎng)度與主廠房長(zhǎng)度基本一致。每個(gè)單元組由多個(gè)主凝器與一個(gè)（或多個(gè)）分凝器組成“人”字形排列結(jié)構(gòu)并在每個(gè)單元下部設(shè)置一臺(tái)大直徑軸流式風(fēng)機(jī)。

環(huán)境中的冷空氣被軸流風(fēng)機(jī)加壓后橫向吹向空冷散熱器，吸收了熱量的冷空氣變成熱空氣后經(jīng)空冷散熱器散發(fā)到環(huán)境中。其中，由于真空系統(tǒng)不嚴(yán)密處漏入的空氣和汽輪機(jī)排汽中的不凝氣體被抽真空設(shè)備由空冷散熱器的逆流管束的頂部抽出。

二、直接空冷系統(tǒng)的熱風(fēng)再循環(huán)的形成

空冷凝器是直接空冷機(jī)組冷卻系統(tǒng)的主要裝置，它安裝在室外直接暴露在空氣中，利用周?chē)目諝庾鳛槔鋮s介質(zhì)來(lái)進(jìn)行冷卻，同時(shí)，通過(guò)軸流風(fēng)機(jī)的強(qiáng)迫對(duì)流來(lái)加強(qiáng)冷卻效果。所以，空冷凝器周?chē)淖匀画h(huán)境狀況必然會(huì)對(duì)空冷凝器的正常運(yùn)行產(chǎn)生很大影響?？绽淠髦?chē)沫h(huán)境狀況除了取決于當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件外，還與空冷凝器周?chē)慕ㄖ?，特別是主廠房和電廠的總圖布置密切相關(guān)。同時(shí)，空冷凝器的效率還與其本身的結(jié)構(gòu)技術(shù)參數(shù)相關(guān)，例如，空冷凝器平臺(tái)支架的高度、擋風(fēng)墻高度、空冷凝器單元排列等。因此，除了當(dāng)?shù)刈匀伙L(fēng)氣候本身的特點(diǎn)外，環(huán)境狀況對(duì)空冷凝器換熱效率影響的因素很多，且這些因素是相互關(guān)聯(lián)的而且是相當(dāng)復(fù)雜的。從在現(xiàn)場(chǎng)宏觀的角度來(lái)看，自然風(fēng)影響空冷凝器效率的大小，可以用由于自然風(fēng)的影響使得已經(jīng)排放出去的熱空氣被卷吸并重新返回到空冷凝器新鮮空氣入口處的體積占新鮮空氣的比例來(lái)度量。例如，當(dāng)自然風(fēng)正對(duì)電廠的鍋爐房和汽機(jī)房方向吹來(lái)時(shí)，會(huì)在其背面形成一個(gè)巨大的尾流區(qū)。在此尾流區(qū)中的氣流非常紊亂，相當(dāng)部分是從上到下的倒流。正是這種倒流使得空冷凝器已排放的熱空氣重新又返回到進(jìn)風(fēng)口而嚴(yán)重影響到空冷凝器的工作效率。我們將熱空氣重新又返回到進(jìn)風(fēng)口所占空氣體積的百分比定義為（熱）回流率。對(duì)空冷凝器已排放的熱空氣重新又返回到空冷風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口的現(xiàn)象稱(chēng)為熱風(fēng)再循環(huán)。

電廠運(yùn)行時(shí)，冷空氣通過(guò)散熱器排出的熱氣上升，呈現(xiàn)羽流狀。當(dāng)大風(fēng)吹向空冷平臺(tái)散熱器，羽流狀況被破壞而出現(xiàn)熱風(fēng)再回流。熱氣上升氣流被風(fēng)壓下至鋼平臺(tái)以下，這樣的熱風(fēng)又被風(fēng)機(jī)吸入，形成熱風(fēng)再循環(huán)。當(dāng)不利風(fēng)向出現(xiàn)時(shí)，對(duì)空冷系統(tǒng)的影響表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：一是散熱器出口熱空氣被自然風(fēng)壓住熱量不能順利地散發(fā)到環(huán)境中，使空冷凝器置身于環(huán)境溫度比較高的區(qū)域，換熱溫差減小，效率降低;二是由于自然風(fēng)快速吹過(guò)空冷風(fēng)機(jī)入口，風(fēng)機(jī)消耗相同的功率下吸入的空氣量大幅度減少，由于冷卻介質(zhì)的減少導(dǎo)致空冷凝器換熱效果下降，效率降低;三是造成大量的熱空氣被空冷風(fēng)機(jī)吸入，導(dǎo)致冷卻介質(zhì)溫度升高，冷卻效率下降。

三、消除自然風(fēng)影響措施

對(duì)于空冷系統(tǒng)如何消除自然風(fēng)的影響可從以下幾方面入手：

（1）在空冷平臺(tái)布置一定高度的擋風(fēng)墻。擋風(fēng)墻可以在冬季避免寒冷的大風(fēng)對(duì)空冷散熱器的吹刷，對(duì)散熱器的防凍具有一定的幫助;同時(shí)在夏季可以阻擋一部分熱風(fēng)再循環(huán)。擋風(fēng)墻是目前是空冷系統(tǒng)為了減少自然風(fēng)的影響而采取的普遍措施。

（2）利用數(shù)模發(fā)現(xiàn)并減少不利風(fēng)向的影響。利用數(shù)字模型和物理模型來(lái)模擬空冷系統(tǒng)所處地區(qū)的氣象場(chǎng)，找出對(duì)空冷系統(tǒng)影響比較嚴(yán)重的風(fēng)向，在設(shè)計(jì)時(shí)給予消除。

（3）合理選擇空冷系統(tǒng)空氣供應(yīng)設(shè)備。目前一般情況在空冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，將空冷風(fēng)機(jī)配置的電動(dòng)機(jī)容量選擇比較大，以便在自然風(fēng)速增大后利用提高風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)而提高散熱器出口風(fēng)速和風(fēng)機(jī)供風(fēng)量來(lái)減小不利風(fēng)向的影響。

（4）在空冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，詳細(xì)觀測(cè)與分析空冷系統(tǒng)所在地的氣象資料，給系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供更加科學(xué)、合理的氣象數(shù)據(jù)，防止設(shè)計(jì)參數(shù)出現(xiàn)大的偏差而影響系統(tǒng)的布置和設(shè)備配置。

（5）在空冷系統(tǒng)設(shè)備安裝時(shí)，應(yīng)盡量減少空冷平臺(tái)的漏風(fēng)量，以減少熱風(fēng)回流量。

（6）在空冷機(jī)組設(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò)對(duì)氣象資料的分析以及數(shù)模或風(fēng)洞試驗(yàn)，找出環(huán)境參數(shù)變化時(shí)機(jī)組運(yùn)行背壓的變化趨勢(shì)，制定機(jī)組運(yùn)行背壓與自然風(fēng)向、風(fēng)速的關(guān)系曲線，作為機(jī)組運(yùn)行曲線的修正，使得運(yùn)行人員能夠根據(jù)該曲線提前預(yù)知自然風(fēng)對(duì)機(jī)組的影響，并提前進(jìn)行調(diào)節(jié)，防止發(fā)生不利風(fēng)向?qū)е聶C(jī)組停運(yùn)的事故。

（7）軸流風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速方式驅(qū)動(dòng)，增加風(fēng)機(jī)所配置電動(dòng)機(jī)的容量，在夏季炎熱季節(jié)及風(fēng)向變化時(shí)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加10%，通風(fēng)量增加，迎面風(fēng)速提高，從而提高冷卻系統(tǒng)的散熱能力。

（8）空冷凝汽器設(shè)置高壓沖洗水系統(tǒng)，在每年夏季來(lái)臨之前，利用高壓除鹽水清洗空冷器的外表面，去除附著在其上的污垢和塵埃，減少熱阻，保持良好的傳熱效果。

四、結(jié)束語(yǔ)

自然風(fēng)對(duì)空冷系統(tǒng)的影響問(wèn)題是一個(gè)比較綜合性的問(wèn)題，而且對(duì)機(jī)組的影響也是非常嚴(yán)重的。在大唐托克托等電廠就已經(jīng)發(fā)生過(guò)大風(fēng)導(dǎo)致機(jī)組停運(yùn)的事故，因此，對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行研究分析是非常必要的。當(dāng)遇到自然風(fēng)對(duì)機(jī)組安全穩(wěn)定造成影響時(shí)，我們要及時(shí)的分析原因并制定措施，消除自然風(fēng)對(duì)機(jī)組的影響，保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

（作者單位：內(nèi)蒙古錦聯(lián)鋁材有限公司）