防风网对直接空冷机组的防风效果分析

2012-08-18陈海平

东北电力技术 2012年9期

郑伟，陈海平，张才

(1.华北电力大学，北京 102206;2.河北国华沧东发电有限公司，河北沧州 061113)

直接空冷凝汽器系统的机组比湿冷凝汽器机组节水70%以上[1]，在我国富煤缺水地区建设空冷机组是今后发展的主要方向之一。直接空冷机组的汽轮机排汽经营管道送到空冷凝汽器中，轴流冷却风机使空气流过散热器外表面，将排汽凝结成水，得到的凝结水由凝结水泵送至回热系统，经抽汽加热后作为锅炉给水循环使用[2]。直接空冷机组的冷端尤其是空气冷凝器的换热效率是影响空冷机组运行热效率的关键因素之一。空冷凝汽器布置在环境风场中，通过轴流风机强制通风，利用周围的空气作为冷却介质对汽轮机排汽进行冷却，所以环境风场必然会对空冷凝汽器的正常运行产生很大影响。为此，研究防风网对直接空冷机组空冷岛换热性能的影响，以确保空冷机组端系统处于最优运行状态具有重要意义。

目前，研究环境风对空冷机组运行性能的影响主要是根据当地风况和空冷机组结构及运行特点，对空冷岛进行数值建模，运用数值模拟方法，研究环境风的风速、风向、风温及流场分布对空冷机组的换热规律。何纬峰等指出，随着环境风风速的增大，空冷风机吸入风量减少，导致空冷单元换热量下降[3];随着环境温度升高，环境风速增大，空冷散热器进口空气温度升高，进口空气流量减小，导致凝汽器压力升高，机组运行经济性变差[4－5];周兰欣等对2台600 MW直接空冷机组的空冷岛外部流场进行数值模拟，在相同风速条件下，模拟不同风向对空冷凝汽器换热情况的影响[6]。

环境风对空冷岛换热性能的不利影响主要有以下 3 个方面[7－8]。

a. 环境风快速吹过空冷风机入口，风机吸入的冷空气流量会大幅减小，导致凝汽器换热效率降低，机组运行热经济性变差。

b. 从空冷散热器出来的热空气由于环境风或空冷系统的布置等因素可能会发生热风回流，即被空冷风机重新吸入。

c. 散热器出口的热空气由于受到自然风的影响而不能顺利散出，造成换热器一直处于高温状态，使换热温差减小。随着环境温度的升高，空冷散热器的入口空气温度相应升高，换热温差减小，在排汽热负荷保持不变的条件下，导致空冷凝汽器冷凝效果变差。环境风速越大，风温越高，凝汽器换热效果越差，背压越高，从而机组运行热经济性越差。针对上述情况，在空冷岛挡风墙下部设置防风网，可在一定程度上减轻环境风对空冷散热器换热效果的影响。

1 防风网的防风原理

防风网通过具有一定开孔率的网材或板材，能有效降低风速，控制场内紊流度。当流通的空气通过防风网时，气流从防风网的开孔通过，在防风网内侧出现分离和附着2种现象，同时形成上下干扰的气流，降低来流风的风速，使其动能减小。同时避免来流风涡流现象，减小来流风湍流度，以达到防风网外侧强风、内侧弱风或外侧小风、内侧无风的效果。研究表明，来流风通过防风网形成湍流旋涡气流后，风速、风压衰减幅度与风速平方成正比，风速越大，防风网防风效果就越明显[9－10]。

2 防风网在空冷单元的防风效果分析

2.1 无环境风条件下空冷单元附近流场情况

无环境风或环境风较小时，空冷风机的转动使冷空气被吸入空冷单元内，与管束进行换热，但由于空冷凝汽器的各风机吸入口距离较近，当各风机同时以恒定转速运行时，受交叉气流的冲击，导致吸入口的负压值不同，吸入空气量也不同，直观表现就是各台风机的输入电流和功率不同。无外界风场时，一般情况下中间的风机电流偏大，两边的风机电流偏小[11]。无环境风条件下空冷单元附近流场情况如图1所示。

图1 无环境风时空冷单元附近流场情况

2.2 有环境风条件下空冷单元附近流场情况

当环境风 (风速＞3 m/s)快速吹过空冷凝汽器时，迎风面和背风面的风机受到的影响是不同的。迎风面的前几列风机由于受到环境风的影响，入口区域周围出现2个方向的负压区，一个是垂直于地面的，一个是平行于地面的，导致风机消耗相同的功率下吸入的空气量大幅度减少。但在后边的风机入口处，产生高密度的空气团，被吸入到风机入口，加大了风机的出口风量，相应使功率和电流增大。对应的空冷散热器的换热性能也较强[12]，但总体上看，整个冷凝器的换热能力下降。有环境风条件下空冷单元附近流场情况如图2所示。

图2 有环境风时空冷单元附近流场情况

2.3 有环境风、有防风网条件下空冷单元附近流场情况

当在空冷岛挡风墙的下部设置部分防风网时，一部分环境风气流穿过防风网，风速比网前大幅下降，这就使得最外排空冷凝汽器入口的静压力比不加防风网时要高，使得风机抽力增大;另一部分环境风气流向下绕过防风网后由于其速度比穿过网的气流速度大，形成较大的速度差，会产生向上的速度，这样使原本快速吹过风机入口的气流速度降低，从而对进入空冷风机入口的环境风减速增压。加装防风网后，增大了风机吸入的空气量，保证了风机的正常出力，使空冷凝汽器的整体换热效率提高。有环境风、有防风网条件下空冷单元附近流场情况如图3所示。

图3 有环境风、有防风网时空冷单元附近流场情况

3 防风网布置和结构形式对空冷岛防风效果的影响分析

防风网的开孔率、布置位置、高度等均对空冷平台换热有一定影响。由于炉后来风对凝汽器的影响在于热风回流而不是降低空冷风机的冷空气吸入量，同时锅炉侧对风有阻碍作用，因此在布置防风网时一般会采用U型结构，锅炉房一侧不布置，其它三侧进行布置。丁常富以蒙达600 MW直接空冷机组为例，模拟了横向风速为5 m/s，开口率为45%、25%、13%、6%的防风网换热效率[13]。不同开孔率下防风网高度与空冷凝汽器换热效率的关系如图4所示。由图4可见，换热效率并不是随着防风网的高度增加而增大，开孔率为6%的防风网的凝汽器换热效率在7 m时达到最大，之后呈下降趋势，安装其它开孔率防风网的凝汽器换热效率开始均随着高度增加而增大，但达到11 m后，防风网对凝汽器换热效率的提高效果不明显。