摘要：应用间接空冷系统的汽轮机的排汽温度及压力主要取决于其运行时的大气干球温度、空气冷却器以及水冷凝汽器的工作情况。研究表明，空冷电厂汽轮机排汽温度应能适应较大变化的情况；特别是夏季，排汽温度接近72℃；空冷汽轮机的设计背压可能高于湿冷的（应通过总体优化确定），反动式汽轮机应为首选的型式。
关键词：发电厂；干式冷却系统；汽轮机；运行特性
空冷电厂的冷却系统主要由以空气作为冷却剂的散热器以及加强空气流动的器件等设备组成，它们是为完成汽轮机乏汽排热冷凝成水任务而设置的。这些设备的配置及运行费用，成为冷却系统优化组合考虑的主要因素。汽轮机的排热量、汽轮机的性能和散热器的价格与特性，对冷却系统优化组合具有重大的影响作用，也决定着系统的安全性以及经济性。
一、现有空冷电厂采用的汽轮机的适应情况分析
在我国，已有的空冷电厂中所采用的都是与湿冷电厂设计的相同容量的凝汽式汽轮机。以东汽N-200-12.7/535/535型汽轮机为例，它的设计背压为5.2kPa，相应的排汽温度为33.5℃，在设计新汽流量时，排汽温度60℃以下能正常安全运行，限时运行的最高温度为65℃。也就是说，汽轮机排汽温度变化范围在30～40℃之内可安全运行，它可用于大气温度在10～40℃之间的地区，而且安全、经济的。然而，对于空冷电厂，以现分析的间冷系统为例，分析计算表明，散热器系统的初始差值（包括空冷散热器的初始温差ITD和凝汽器的传热端差δtc之和）约在30℃以内。当大气温度值在5℃之下时，汽轮机将在其设计背压附近运行，这就表明，应用这种型号的汽轮机，在大气温度较低的时段运行时，从安全性和经济的角度看，还是比较理想的，空冷和湿冷一样，并无明显差别。但是，当大气温度为33℃时，汽轮机的排汽温度tc即接近65℃，已进入是汽轮机的限时运行状态，一旦大气温度再升高，tc将更大幅度地升高，这就意味着，如果没有其它有效措施，便只能停机了。这就是说，该型号的机组应用于空冷电厂，不能适应33℃以上的大气温度。
二、汽轮机背压变化对空冷系统影响的分析
为了探讨提高汽轮机背压对空冷系统的影响，需要掌握不同背压等级的汽轮机的排热量Qc、电机端功率Nr、热耗率q与排汽温度tc关系的资料。由于没有现成的数据，作者利用上述东汽的N-200-12.7/535/535型汽轮机的热力计算书的新蒸汽量为6l0t/h、670t/h的有关资料，视它们为不同的两个背压等级，其中新蒸汽量为670t/h的排热量Qc的数据仍须进行推算得到。
为了便于计算机计算，应用N阶回归分析法把它们分别啮合成以tc为变量的关系式，并假定它们均可适用于所计算的温度范围。空冷系统运行参数的模拟计算是采用有面式凝汽器、自然通风冷却塔、内置散热器的间冷系统的计算机程序完成的。
散热器数据如下：椭圆管，外长轴36mm，短轴14mm，壁厚0.15mm。；翅片宽28mm，长55mm，厚0。023mm，片距0.2mm；共126个冷却三角，每个由2×175根椭圆管组成，长15m，宽2.47m，每流程一排，双流程；面式凝汽器传热系数3060W/（m2℃）、传热面积11300m2；散热器内水流速1m/s，运行的冷却塔高135m，底部直径115.5m，出口直径65.8m，进风口高14.m。
计算结果表明，背压等级高，排热温度也高，排热量大，在同一大气温度下散热器初始温差、凝汽器端差、散热器传热温压、塔出风速均增大，随着大气温度升高，增大的幅度变小。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆如果将这一分析结果应用于该型号的汽轮机，在相同的大气温度下汽轮机排汽温度提高了，汽轮机运行工况限制规定的最高温度也提高了，但二者幅度相近，前者甚至还要大一些，因而不能指望以增大新汽流量的方法解除空冷机组在超高气温时运行的困难。但是，如果汽轮机允许按保持新汽流量不变而不是规定按额定功率不变的方式运行，低气温时，以维持新汽流量610t/h不变，当大气温度在15℃时提高到670t/h的方式运行，可以获得更大的经济利益。
采用东汽的N-200-12.7/535/535型汽轮机，其限时运行的最高温度是66℃，不能保证大气温度超过33℃的安全运行要求，如果采取措施能使其提高至72℃，便是可取的。要求汽轮机从设计排汽温度为33.6℃至72℃范围内均能安全运行，其范围之大，未必容易做到。设想把允许最高温度定到72℃，适当提高设计背压，这样一来，低气温时，便有可能出现汽流阻塞问题。为使排汽温度低于设计温度时能正常运行，避免采用缩放型喷嘴，使设计离开临界稍远，以能充分发挥空冷电厂冬季提高发电能力的特点，这个想法应是可能实现的。因此，解决在超高大气温时运行时遇到的困难，理想的办法是通过改进汽轮机的设计，特别是末级设计、提高叶片强度等，使报警和限时运行温度提高。
三、汽轮机设计背压的确定
汽轮机的设计背压是指在设计汽轮机时要求的末级排汽压力。确定汽轮机通道尺寸等主要数据是在给定的进口新汽参数（压力、温度和流量）以及出口压力条件下取得的，按这些数据制造的汽轮机，在给定的设计条件下运行，当是损失最小，因而也是最经济的。对汽轮机生产厂而言，它只可能提供几个背压等级的产品，因此，可以根据我国气候的特点确定几个等级，如同湿冷汽轮机一样。
将上述计算结果与电厂当地的典型年大气温度联系起来，可得出在年大气温度下汽轮机排汽温度变化图。图中的大气温度在0℃以下汽轮机排汽温度维持不变，是由于该汽轮机在此排汽压力下已到达临界的缘故，而在大气温度33℃时，汽轮机排汽温度到达警报状态，大气温度再升高，若不采取其它措施，便只能停机。还可以看出，若采用现时生产的空冷散热器及冷却塔尺寸确定原则，当空冷电厂的设计运行期内大部分时间的大气温度在5℃之下，采用上例中汽轮机相同的设计背压，从运行安全、经济的角度看是合理的。从热力学理论的角度看，降低汽轮机的排汽温度，可增加蒸汽的有效焓降，要求相同的功率时，新汽流量减少，排热量也减少，电厂热效率高，但是，汽轮机的排汽温度低，散热器传热温压也小，传热能力也较弱，空冷电厂冷却系统优化设计选择汽轮机时，应以多种设计背压的汽轮机的随运行背压变化的相关数据，分别同散热器等主要设备的有关数据一起进行优化计算，使系统在设计运行的年周期内获得最大的经济效益为依据，以确定采用那一设计背压汽轮机。
结束语：
通过以上分析可知，空冷电厂的冷却系统对汽轮机的要求是能适应数十度以上的大幅度的排汽温度变化，在夏季高的大气温度下能安全运行。在我国的三北的大部分地区，汽轮机运行时间最长的温度在0℃左右，汽轮机的设计背压为5.2kPa的汽轮机是合适的；为了保证夏季不致因为高温而产生运行困难，要求使其排汽最高限制温度达到70-72℃左右，为顾及一些意外的因素的影响，可以适当提高到75℃左右；理想的办法是通过改变汽轮机低压级设计来实现；反动式汽轮机比较能适应变工况运行，应为首选的型式。
参考文献：
[1]张鸿坚。空冷电厂自然通风冷却系统设计方法的改进[J]。热力发电，2006，（6）：22～28.
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论文作者:王惠
论文发表刊物:《电力设备》2018年第27期
论文发表时间:2019/3/12
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