环境影响下的直接空冷系统运行特性研究

（北京朗润源泉科技有限公司，北京 100086）

环境影响下的直接空冷系统运行特性研究

刘 斌

（北京朗润源泉科技有限公司，北京 100086）

直接空冷系统运行的性能好坏主要反映在凝汽器的压力上，凝汽器压力过大会影响直接空冷系统的运行，而环境的变化会影响到凝汽器的压力，因此环境因素是影响直接空冷系统运行的关键所在。本文首先介绍了直接空冷系统的基本知识，研究了环境气温、环境风速、风向对直接空冷系统运行特性的影响，发现在凝汽器热负荷固定的情况下，凝汽器的压力与环境气温和环境风速均成正比例的关系，力求为直接空冷系统的有效运行提供理论参考。

直接空冷系统；运行；凝汽器

在我国很多的煤炭资源丰富地区缺乏足够的水资源，因此常规的以循环冷却水冷凝系统的机组无法得到实际应用，在这样的背景下，诞生了以空气冷凝系统为核心的机组，按照冷凝方式分为直接冷凝系统和间接冷凝系统，其中直接空冷系统换热发生在空冷凝汽器内，且只有一次，换热发生在表面，因此受环境因素的影响较大。可见在直接空冷系统中空冷凝汽器是最核心的部分，其性能和运行状态的好坏直接影响到系统的性能和运行状态。

1 直接空冷系统运行特性

一般来说，凝汽器的压力与环境因素的关系可用如下关系式（1）表示：

在空冷系统工作状态下，首先，假设机组的的功率保持不变，如果排汽压力增加，势必增加排汽量，同时，排汽冷凝潜热减少。但冷凝潜热的变化不明显，因此排汽热负荷会相应增加。即排汽热负荷增加，排汽压力增加，反之，排汽热负荷降低，排汽压力降低。当环境气温升高时，空冷器进口空气温度会相应升高，导致凝汽器内冷凝温度升高，凝汽器压力增加。在环境风速、风向影响下，空冷器迎风面风速会受到影响，从而影响凝汽器压力。

2 环境因素对直接空冷系统运行的影响

2.1 环境气温对直接空冷系统运行的影响

图1 不同热负荷下的冷凝温度随环境温度变化曲线

图2 不同热负荷下的凝汽器压力随环境温度变化曲线

图3 不同环境风速下冷凝温度随环境温度变化曲线

以某热电厂的直接空冷系统运行状态为例，研究环境气温对直接空冷系统运行的影响。图1、图2分别为在不考虑环境风速、风向等因素的影响时，不同热负荷下的冷凝温度和凝汽器压力随环境温度变化曲线，从图1中可以看出，冷凝温度随环境温度的升高而升高，且二者之间呈现正比例的关系；从图2中可看出，在不考虑环境风速、风向等因素的影响时，凝汽器的压力随环境温度的升高而增加，且机组本身热负荷越大，凝汽器随环境温度升高而增加的幅度也越大。从图2中还可看出，在固定的热负荷下，当环境温度升高至30℃以上时，凝汽器的压力一般都在20kPa以上，如此高的背压会影响整个机组的有效运行，运行效率下降、浪费资源且有安全隐患，因此在环境温度相对较高的夏季，要使系统安全有效的运行就必须使机组非满负荷运行，从而通过降低热负荷的方式来降低凝汽器的压力。

图4 不同环境风速下的凝汽器压力随环境温度变化曲线

2.2 环境风速、风向作用对直接空冷系统运行的影响

环境风速和风向会对空气冷凝器进口的空气流速产生影响，一般环境风速越大，导致空冷器进口的空气流速越小，从而空冷器迎面风速也越小。空冷器迎面风速的大小是影响冷却空气流量大小的最主要因素，冷却空气流量越大则散热效果越好。基于以上的考虑，一般在设计空冷系统时，将进风口面向夏季的主导风向，保证炉后空冷岛方向风速、风频率越小越好。

在研究凝汽器压力在环境风影响下的变化规律时，要通过数值模拟的方式来得出不同环境风速、风向下的空冷岛的流场和温度场，计算出空冷器的迎面风速以及入口温度，从而得出冷凝温度和凝汽器压力随着迎面风速和空冷器进

口空气温度的变化规律，将相关的数值化成曲线图，以利于直观地分析这一规律。

图3、图4分别为在固定热负荷下的冷凝温度与凝汽器压力随空冷器迎面风速和空冷器进风口空气温度的变化曲线。从图4中可以看出，在同样的空冷器进口温度下，冷凝温度随着迎面风速的升高而降低，而同样的迎面风速，空冷器进口温度越高则冷凝温度越高。从图5中可以看出，在空冷器进口温度处于低温时，凝结器压力变化随迎面风速的变化趋势不明显，而空冷器进口温度越高，则表现为凝结器的压力随迎面风速不同变化幅度较大，且迎面风速越小，凝汽器压力越大，尤其是在环境温度上升到30℃以上时，如果迎面风速只有1m/s，则凝汽器的压力会大幅增加，极有可能超过汽轮器末级叶片的背压限制，导致机组超负荷运行甚至跳闸。从图3、图4中可以看出，空冷器迎面风速越大，相应的空冷器进口温度越低，可导致凝结器温度降低，使机组系统安全、经济地运行。

一般来说，空冷岛安置在炉后的位置，在环境风的作用下其工作效率会发生一定的变化，主要表现为：对系统而言，空冷器的迎面风速越大越有利于系统的散热，而如果环境风速越大，则会影响进风口的风向，从而导致空冷器的迎面风速变小，导致直接空冷系统的冷却效果变差。所以说，在直接空冷系统运行时，环境风速越小越好。如图5所示，如果环境风速较小时，空冷岛的迎面风速可升高到3～4m /s，在这样的情况下凝汽器的压力随环境温度升高的幅度较小，可有效保证机组的正常运行。因此，有必要根据环境风速风向对空冷岛迎风面风速的影响规律，进行风机变频调速，以保证直接空冷机组安全经济运行。

结语

由于直接空冷系统的冷却介质为外界环境的空气，因此，环境因素对直接空冷系统的运行将产生直接的影响，通过以上分析可知，环境温度越高、环境风速越大，直接空冷系统的运行效果越差，反之环境温度越低、环境风速越小则会使系统更加经济、安全地运行。因此在直接空冷系统运行时，需要根据环境的温度、环境风速和风向来主动采取相应的措施，以促进直接空冷系统安全、高效的运行。

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