【摘 要】 在分析直接空冷系統凝汽器壓力變工況計算模型基礎上,導出了直接空冷系統冷端各運行參數對機組運行熱經濟性影響的計算模型，為空冷機組冷端系統的優化運行提供了理論依據。

【關鍵詞】空冷系統;熱經濟性;計算模型

1 前 言

隨著大量空冷機組的投運，降低空冷機組發電成本，提高機組運行經濟性已成為發電企業的當務之急。目前，國內外空冷機組運行中的突出問題是冷端系統運行性能達不到設計值，嚴重影響了機組出力和廠用電。特別是冷卻塔出力不足、循環水系統不匹配、凝汽器漏空氣和冷卻管結垢等嚴重影響了機組真空，由此造成的煤耗損失多達1~4 g / kW × h。這些大多在其冷端系統,因此對其冷端系統進行研究,尤其冷端變工況下特性的研究具有重要意義。

目前，空冷冷端系統的研究大多限于單個設備的運行特性研究或是局部系統變工況研究。本文首先根據變工況下冷端參數對排氣壓力的影響關系，通過排汽壓力變化對熱經濟性的影響，建立變工況下冷端系統各參數與機組熱經濟性的直接關系模型，該關系更能反映機組冷端系統運行經濟性，為機組運行和優化提供指導。

2 數學模型

直接空冷裝置的換熱模型如圖1 和2 所示。

空冷凝汽器為表面式換熱器，其管內進行蒸汽的冷凝，管外進行空氣的對流。

首先針對直接空冷裝置研究各種工況下凝汽器壓力的計算模型，由于所研究的對象是實際運行的直接空冷裝置，其換熱面積和結構尺寸已經設計完成，故采用傳熱單元數法(e - NTU )進行研究[15]。

管內凝結放熱量： ( ) n n n sn Q =q h -h (1)

管外空氣吸熱量： 1 2 ( ) a a p a a Q = G c t -t (2)

式中， n q 汽輪機排汽量，kg s; sn h 空冷凝汽器的凝結水焓，kJ kg ; n h 汽輪機排汽焓，kJ kg ;n空冷凝汽器的凝結側參數。a1 t ， a2 t表示空氣進、出口溫度，℃; p c 表示質量定壓熱容，kJ (kg × ?C); a G F NF = S v r 表示空氣流量，kg s; F S 表示換熱器迎風面積，m2;r 表示空氣密度，kg m3 ; NF v 表示迎面風速，m s;“ a ” 表示表示空冷凝汽器的空氣側參數

分析式(8)中的影響因素可發現： n P 代表汽輪機的排汽熱負荷(冷源損失)，是機組的電負荷和熱力系統結構特征(即熱力循環)所決定的，即為機組的運行工況所決定，不能人為改變;a1 t 為外界環境溫度，也是不能人為改變的;NF v 為迎面風速，對自然通風空冷裝置，可認為是不能人為改變的;對機械通風空冷裝置，

可通過改變百葉窗開度或風機的功率來進行調整; ,i o M M 為空冷裝置管內、外的污垢系數，是可通過檢修、維護等改變的。

3 算例分析

以200MW 機組的機械通風直接空冷系統為例進行分析，汽輪機的排汽壓力n P 為0.0147MPa ，對應的飽和水溫度n t 為52.6℃，在設計排汽壓力n P 下的散熱量n Q 為300MJ s，設計空氣溫度a1 t 為17℃，空冷凝汽器采用矩形翅片橢圓管束，其外表全部熱鍍鋅。

空冷凝汽器的有關資料： 1)橢圓鋼管長短徑100mm×20 mm，壁厚1.5 mm;2)矩形鋼翅片119 mm×49 mm，冷空氣側片距4mm，熱空氣側片距2.5 mm;3)每片散熱器外形尺寸9.66×2.95×0.52 m，每排共有兩排管錯列布置，縱橫向節距125 mm和50 mm，每片散熱器有115 根管;4)以翅片外表面計算，每片散熱器面積3000 m2，翅化比13.9。

下面就上述各個影響參數進行分析研究。

對于客觀因素：結構參數，如i F ， o F ，對于已定型設計完成的電廠是不可能改變的，故這里不作討論。另外諸如r ， p C ，l 等物性參數只隨物質種類變化而改變，在實際電廠中也是無法改變的。最后需要考慮的是客觀因素中的環境特性，即機組的熱負荷n Q ，環境大氣溫度a1 t 和風速NF v 。機組熱負荷不隨機組運行的影響，它只與外界用電量的多少有關;環境溫度和環境風速均對機組的經濟運行產生影響。對

于另外一類運行參數，如a G ， w G ， NF v ， i e ，o e 等則與機組運行狀況緊密相關。

(1)機組環境特性分析

負荷特性：是指機組在一定運行狀況下，一定的環境溫度下，機組熱負荷變化對機組經濟性影響的關系。環境溫度特性：是指機組在一定運行狀況下，一定的熱負荷下，機組環境溫度變化對機組經濟性影響的關系。

環境風速特性：是指機組在一定運行狀況下，一定的熱負荷和環境溫度下，環境風速變化對機組熱經濟性的影響關系。

(2)機組運行特性分析

另外一類運行參數，如a G ， w G ， NF v ， i e ，o e 等則與機組運行緊密相關。機組運行特性分析則主要是對機組的這些相關運行參數進行分析。

通過上章中介紹的凝汽器壓力分析模型可以得到凝汽器壓力的熱負荷、環境溫度影響特性。

圖3為直接空冷系統在空氣流速2.8m s下，不考慮散熱器的內外熱阻，在環境溫度為15℃、17℃、19℃、21℃、24℃時不同的排汽熱負荷時的凝汽器壓力值。由圖可知，隨著負荷的增加，凝汽器壓力直線增加，環境溫度越高，背壓越大。同一負荷下環境溫度越高，壓力也就越高。