环境风对直接空冷凝汽器换热性能的影响分析

仲雷

(西北电力设计院,陕西西安 710075)

环境风对直接空冷凝汽器换热性能的影响分析

仲雷

(西北电力设计院,陕西西安 710075)

环境风对直接空冷凝汽器的换热性能具有重要影响。对直接空冷系统进行了简要介绍,与常规湿冷 机组相比,直接空冷机组用水量少,且背压偏高;分析了环境风对直接空冷凝汽器换热性能影响的机理,指出热风回流和风机性能下降是环境风造成空冷凝汽器换热性能下降的两个主要原因;最后对改善环境风影响的措施进行了介绍。

直接空冷系统 环境风 改善措施

在我国的富煤缺水地区，直接空冷机组以其节水性能得到了快速的发展。直接空冷技术将环境空气作为冷却介质对做完功的蒸汽进行冷却，极大的减少了电厂运行中水的消耗。与湿冷机组相比，同级别的空冷机组能够减少用水量65%左右[1]。但是空冷机组极易受到环境风的影响，大风天气，环境风的影响使得空冷凝汽器的换热效率降低，进而导致机组背压升高，发电效率降低，当风速很大时，空冷岛强热风回流还会造成机组停机。因此，为了保证汽轮机组的安全运行，提高机组的运行效率，研究环境风对直接空冷凝汽器性能影响的成因和改善措施，使得空冷技术不断发挥巨大潜力具有重要的意义。

1 直接空冷系统简介

直接空冷系统，又称空气冷凝系统，是指汽轮机的排汽直接用空气来冷凝，空气与蒸汽间进行热交换的封闭系统，蒸汽从汽轮机末级排出后经排汽管道送至空冷凝汽器，由空气进行冷却，所得凝结水由凝结水泵引出，进入回热系统进行加热。直接空冷凝汽器是空冷系统的核心部件，由布置成“人”字型的并列换热器管束组成。目前应用较广的是单排矩形和蛇形翅片管换热器，其散热效果较好且具有很好的防冻能力。

直接空冷机组与常规湿冷机组相比，有以下特点。

(1)用水量少。直接空冷机组的冷却介质为环境空气，用水量非常少。而湿冷机组通过水作为中间介质进行换热，换热后的水在冷却塔内进行冷却，使得大量的汽水混合物扩散到大气中，造成了水资源的浪费。

(2)机组背压高，发电煤耗高。空冷机组的发电标准煤耗率比同型湿冷机组高。因为空冷机组背压受环境温度影响较大，一年四季以及白天和晚上的温差变化范围大，导致机组的运行背压变化也大[2]。

2 环境风对直接空冷凝汽器换热性能的影响

直接空冷机组通过外界的空气作为冷却介质对汽轮机的排汽进行冷却，因为空冷凝汽器是暴露在空气中的所以极易受到环境风的影响。环境风对直接空冷机组换热的影响主要体现在两方面，一是引起热风回流。二是导致风机性能下降。

热风回流是指因为风机的抽吸作用使得换热器出口部分热空气被风机重新吸入而导致换热器冷却空气温度升高的现象。当外界存在环境风时往往会造成热风回流现象的出现。热风回流一般产生于位于空冷岛边缘位置空冷单元。当有环境风作用时，位于边缘位置的空冷单元的风机入口处会形成一个低压区域，空冷单元内换热后的热空气在换热器的出口处会受到低压区的吸引，导致热空气重新流回换热器的入口处，进而导致换热器进口空气温度的升高。当换热器进口温度升高时，会导致空冷凝汽器的换热性能降低，使得空冷凝汽器的整体换热性能下降，造成机组背压升高，影响机组的安全经济运行。

风机性能下降也由两方面影响构成。一方面，在有环境风影响时，风机入口气流角度会发生偏斜，从而导致风机入口气流分布不均匀，导致风机进气量减少。另一方面，受环境风的影响，空冷单元入口处会形成低压区，低压区会降低风机的出力，导致风机进气量减少。

3 改善环境风对直接空冷凝汽器换热性能影响的措施

近年来，学者们通过对环境风影响机理的研究并借鉴其他工程上的方法，提出了许多改善环境风影响的措施。这些方法包括：在空冷岛挡风墙的下部位置安装下挡风墙；在空冷岛挡风墙的下部位置安装导流装置；在空冷岛挡风墙的下部位置安装防风网[3]。

其中防风网是一种特殊的多孔屏障，它可以改变流场的温度分布、透气率和环境风速等参数。防风网对流场的改善主要体现在两个方面[4]。

(1)防风网通过对来流的阻碍作用，以及网状结构本身的摩擦作用，造成来流能量损失，使得网后平均风速明显降低，压力升高。

(2)防风网的多孔结构，对来流中的大尺度涡旋有过滤的作用，可以降低网后的湍流度，从而降低脉动风速，使得网后的风速更加均匀。

防风网的布置高度和开孔率是影响防风网防风效果的重要因素。另外，防风网的安装位置也会影响防风网的防风效果。防风网高度一定时，其遮蔽效果是一定的，超过该遮蔽范围后，风速将回到初始状态。所以可以通过增加防风网的遮蔽范围来提高防风网整体的防风效果。

4 结语

本文主要对环境风对直接空冷凝汽器换热性的影响进行了分析。首先对直接空冷系统进行了简要介绍，与常规湿冷机组相比，直接空冷机组用水量少，且背压偏高。其次，分析了环境风对直接空冷凝汽器换热性能影响的机理，指出热风回流和风机性能下降是环境风造成空冷凝汽器换热性能下降的两个主要原因，最后对改善环境风影响的措施进行了介绍，主要介绍了防风网在改善环境风对空冷凝汽器换热性能影响上的应用。

[1]丁尔谋.发电厂空冷技术[M].水利电力出版社,1992.

[2]段会申,沛清,赵万里.电厂直接空冷系统热风回流的数值研究[J].动力工程,2008,28(3):395-399.

[3]周兰欣,李建波,李卫华 等.直接空机组凝汽器加装下挡风墙的数值模[J].动力工程,2008,28(5):744-747.

[4]戴振会,孙奉仲,王宏国.国内外直接空冷系统的发展及现状[J].电站系统工程,2009,25(3):1-4.

仲雷(1983—),男,山东邹城人,硕士,工程师,主要从事火力发电站设计工作。