摘要：近几年来直接空冷机组在富煤缺水的北方煤矿坑口地区备受青睐，因具有卓越的节水性能，使电厂选址不受水源限制，但由于其自身的特点，直接空冷机组还存在不少问题。如背压高且随季节及昼夜的变化幅度大，空冷凝汽器的冷却性能受环境中沙尘的影响，空冷凝汽器的冷却性能受环境风的影响等，本文针对这些现象及原因进行了分析及提出对策。
关键词：直接空冷；机组；问题；对策
随着国民对水资源保护意识的增强，近几年来直接空冷火电机组以其卓越的节水性能在我国富煤缺水的北方煤炭坑口地区得到空前发展。“十五”期间，国家明确指出要发展7大型空冷电厂并逐步形成规模，仅2003—2005年的3年间，200MW、300MW、600MW等大型直接空冷机组相继投产发电，直接空冷机组装机容量超过5GW。在“十一五”期间，我国的火电直接空冷技术将得到更大的发展，直接空冷机组装机容量将达到30GW以上。直接空冷机组具有明显的节水效果，但也存在一些问题。笔者结合实际经验，对直接空冷机组中存在的问题提出了几点思考。
1背压高且随季节及昼夜的变化幅度大
1现象分析
（1）汽轮机的运行背压高。空冷机组的冷却极限为环境干球温度，该干球温度高于常规湿冷机组的冷却极限——湿球温度，故空冷机组的背压大于湿冷机组。湿冷汽轮机的额定背压和夏季满发背压分别为4.9kPa和11.8kPa左右，而空冷汽轮机的额定背压和夏季满发背压分别在13kPa--18kPa和30kPa--35kPa，空冷机组的运行背压高出湿冷机组3倍左右。
（2）汽轮机的背压变幅大。由于环境干球温度的昼夜温差大，季节的温度变化范围更大，故空冷汽轮机的背压变化范围很大。湿冷汽轮机的运行背压范围为4.9kPa—11.8kPa，而空冷汽轮机的运行背压为5kPa--50kPa。
1.2应对措施
（1）设计专用的空冷汽轮机
由于直接空冷汽轮机具有背压高及背压变幅大的特点，这就要求汽轮机必须能适应较宽背压范围尤其是高背压工况下可靠工作，这样的变背压汽轮机绝不能用传统的低压缸的中背压汽轮机替用，而必须配套设计具有特殊的末级叶片结构的变背压、变功率汽轮机，以保证直接空冷汽轮机在50kPa到60kPa之间的背压下仍可安全运行。
（2）喷水增湿降温
在夏季高温天气下运行时，汽轮机的背压可能升高超过设计范围，可采取向冷却空气流中喷水降温或向散热器翅片表面喷水增湿促其蒸发冷却的方法，以起到一定的骤冷效果，改善安全度夏能力。
（3）适当降负荷运行
在夏季炎热期，在汽轮机背压居高不下的情况下，应适当降低机组出力，确保机组不至因背压过高而造成保护动作停机。
2空冷凝汽器的冷却性能受环境中沙尘的影响
2.1现象分析
为了加强空冷凝汽器气侧的换热效果，空冷凝汽器通常采用翅片管结构，翅片布置紧凑，翅片间距较小。而我国的西北部地区环境条件又相对比较恶劣，风沙大，扬尘多，沙尘极易在翅片管上聚集，增加了翅片管的传热热阻，严重时还会堵塞冷却空气通道，导致凝汽器传热性能急剧恶化，机组运行经济性变差。
2.2应对措施
为了防止落在空冷凝汽器外表面的沙尘影响散热效果和腐蚀凝汽器，需设置固定和移动相结合的水力自动清洗系统，定期对空冷凝汽器进行外部清洗。这样会造成一定的水资源浪费，削弱直接空冷机组的节水效果。两全之策是，研究空冷凝汽器积灰对汽轮机背压的影响规律，并根据机组运行过程中汽轮机背压的变化监测积灰的程度，从而进行空冷凝汽器的合理清洗，保证机组的安全经济运行。
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3空冷凝汽器的冷却性能受环境风的影响
3.1现象分析
（1）环境风对空冷风机吸入风量的影响。由于环境风的作用，在空冷风机吸人口附近将产生负压区，使得本应全部吸人风机吸人室的气流，被环境风形成的负压区卷吸了一部分，且随着环境风风速的提高，被卷吸的风量增大。因进入吸人室的空气量减少了，则风机出口的风量也成比例减少，造成凝汽器冷却风量不足。这种现象对处在风机群人口的空冷风机尤其明显。
（2）环境风对热气蒸腾的影响。在无环境风作用时，空冷凝汽器周围散发的热气会形成向上的蒸腾现象，空冷凝汽器能正常散热。当高流速的环境风斜向掠过空冷凝汽器上方时，将形成风阻，阻滞正常的热气蒸腾现象，导致空冷凝汽器热气流动不畅，致使凝汽器被包围在热源中，造成换热恶化，机组背压升高而威胁机组的安全经济运行。
（3）环境风对风机入口温度的影响。在环境风作用下，沿空冷凝汽器平台的迎风面处会产生旋涡而形成负压；同时，处于风机群四周的空冷风机在其吸入口附近又有一定的负压区。空冷岛上方的热空气在此两负压区的作用下，被卷吸入处于风机群四周的空冷风机的吸入口处，造成吸入口温度高于环境温度。大量的热风回流，将影响空冷凝汽器的冷却效果，威胁汽轮机的安全经济运行。由此可见，环境风不仅减少了空冷凝汽器的冷却风量，阻滞热风的散发，还造成大量的热风回流，导致空冷凝汽器换热恶化。环境风越大，这种不利影响也越大。在大风天气下，空冷系统的性能将明显下降，可能使机组被迫降负荷运行及至停机。
3.2应对措施
（1）改进空冷系统的设计
一是，为了防止热风回流，原则上空冷凝汽器的主进风侧的迎风面应垂直于全年或夏季的主导风向。二是，空冷凝汽器与其它热体及高温建筑物要有一定间隔，同时，下方不应有高温设备；空冷凝汽器应布置在其它热体夏季主导风向的上风向；低温流体的空冷凝汽器布置在上风向，否则高温流体空冷凝汽器出口热风又被流到下风向的空冷凝汽器，而产生热风回流。三是，在空冷凝汽器平台四周建筑挡风墙，抑制热风回流。四是，在现有挡风墙的基础上，将挡风墙下伸，以降低环境风场对挡风墙四周风机吸入口的影响，同时因挡风墙向下延伸，使回流热风的行程延长，以降低风机吸入口因环境风作用所形成的热风温度。五是，在延伸后的挡风墙上装设必要的电动格栅，以满足在无环境风作用时的风机吸入空气量。六是，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，以便在环境风速增大后，利用提高风机转速进而提高凝汽器出口风速，减小不利风向的影响。七是，利用数字模型和物理模型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，在设计时予以考虑。八是，也可将空冷风机布置在空冷凝汽器的上方，由空冷风机抽吸凝汽器出口的热空气，并将热风直接送往锅炉送风机，这样可有效遏止热风回流。
（2）完善空冷系统的监控手段
在空冷岛上，装设一套高灵敏度的风向风速仪，并将其信号引至机组DCS画面，根据不同的风向、风速，由运行人员控制电动格栅的启闭，同时依据风洞试验的结果，对照排汽背压的趋势合理调整机组出力，以提高机组的安全性和经济性。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环境风向、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，提前预知环境风对机组的影响，并提前进行调节，防止发生因不利风向导致机组停运的事故。
4结语
目前我国直接空冷机组在设计、制造、安装、运行、测试等方面尚处于起始阶段，各个方面还存在不少的问题，需要我们积极去研究和探索。相信在不久的将来，通过我们的不懈努力，这些影响机组安全、经济运行的问题将得到彻底解决。
参考文献
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[4]直接空冷汽轮机组存在的问题及其对策[J].高清林.发电设备.2013(02).
[5]直接空冷机组存在的问题及其对策初探[J].高清林.东方电气评论.2015(02).
论文作者:孙涛
论文发表刊物:《电力设备》2018年第7期
论文发表时间:2018/7/2
标签：凝汽器论文; 机组论文; 汽轮机论文; 环境论文; 热风论文; 风向论文; 风机论文; 《电力设备》2018年第7期论文;