间接冷却塔加装挡风墙以提高换热效率的应用实践

葛 云，李晓鹏

（酒钢集团能源中心，甘肃嘉峪关 735100）

前言

间接空冷系统因其具有高效节水环保的特点，在我国火力发电行业中被广泛应用，随着国内火力发电技术的发展，间接空冷技术取得飞跃式的进步，但间接空冷系统受自然环境因素的影响较大，造成换热效率下降，导致机组不能满负荷运行（或高负荷运行）。因此，分析大风及高温气候对间接空冷系统的影响，寻找提高间接空冷系统冷却性能的途径，对火力发电厂具有重要的工程价值和理论意义。本文通过模拟分析大风及高温天气对某4×350WM凝汽式燃煤汽轮发电机组间接空冷系统的影响，提出加装挡风墙的改造方案，以降低环境因素对间接空冷系统的影响。

1 机组介绍

本文研究机组为，由甘肃省酒钢铁集团投资建设电厂项目，厂址位于甘肃省嘉峪关市嘉北工业园区，机组建设为4×350 MW汽轮发电机组，主机采用间接空冷系统，且一机一塔。

2 问题数据采集及问题原因分析

运行现状：该电厂于2014年初1#机组投运，年中2#机组投运，年底3#、4#机组建成投产。机组新建成后初期，各项运行参数均正常，在相同的机组工况和自然环境条件下，机组的运行参数能够基本保持统一，但随着环境温度的上升、环境风速的升高，3#、4#机的背压在相同的气候条件下，相对于1#、2#机组的运行情况出现了异常情况，其中3#机组背压升高情况尤为突出。在相同机组运行工况下，2015年5月8日16:53时，3#机组的背压较1#机组偏差最高达到了16 kPa。1#机组背压15.32 kPa，3#机组背压达32.869 kPa，设计要求28 kPa。见图1。

3 问题分析及处理

因在相同工况下，1#机组与3#机组背压偏差较大，且3#机组已超出设计要求，故利用电厂SIS系统，抽调不同环境因素下，分析造成机组背压偏差、超标的原因。

图1 机组运行时参数对比

环境 1：2015 4月 4日，机组负荷 300～320 MW，环境温度5～17℃，环境风速 ＜3 m/s。图2为1#机组参数，图3为3#机组参数。

图2 4月4日1#机组参数

图3 4月4日3#机组参数

结论：相同负荷下，环境风速＜3 m/s，环境温度＜17℃时，1#、3#机组背压基本无偏差。

环境2：2015年5月5日,机组负荷300～320 MW，环境温度＞17℃，环境风速 ＜3 m/s，机组运行参数。图4为1#机组参数，图5为3#机组参数。

结论：机组相同负荷情况下，环境因素中，风速≤3 m/s，环境温度≥17 ℃时，1#、3#机组背压偏差不大。

图4 5月5日1#机组参数

图5 5月5日3#机组参数

从以上图片记录的参数分析，相同负荷工况、环境风速均小于3 m/s时，造成机组背压偏差、超标的原因与负荷、温度无关。

环境3：2015年 5月8日,机组负荷300～320 MW，环境温度＞17℃，环境风速 ＞3 m/s，机组运行参数。图6为1#机组参数，图7为3#机组参数。

结论：不同机组在相同负荷下，环境风速＞3 m/s，环境温度＞17 ℃时，1#、3#机组背压偏差较大，甚至3#机组某时段的各项参数已无法显示，但是从3#机组参数图的Y轴可以判断出，3#机组的背压较1#机组已高处1个刻度标识。

图6 5月8日1#机组参数

图7 5月8日3#机组参数

原因分析：

通过以上3种情况对比，综合分析运行参数及环境温度、风速、风向等参数的研究分析，造成机组运行参数-背压-异常升高的主要原因有以下2个方面：

（1）通过对不同机组相同时间内的运行参数进行对比得出，当环境温度到达高温，即30℃上下时，机组背压可达25～28 kPa。原因为：随着环境温度的升高，间冷空冷系统的换热能力受温度的影响，造成机组背压上升，效率下降，带负荷能力下降。

注：环境温度为间冷塔实测温度

(2)经过机组投产后，在负荷高，风速、风向、环境温度不停变动的情况下，对机组背压参数进行分析，当风速达到3级以上时，自然环境因素对间接空冷系统的正常运行是有影响的，会降低间冷散热器的散热能力。当风带泥沙时，穿过三角形底部时冷却间接冷却塔，塔内和塔外的气流混乱，存在涡流；并且，塔顶的出流受到气压的影响，使阻力增加，削弱了空冷塔的塔体抽风能力，使机组背压异常升高。通过现场间冷塔地理位置布置、数据测试结果表明，3#、4#机组间冷塔位于厂房迎风面，在高或满负荷下，环境风速＞3 m/s,，环境温度＞17℃时，机组背压的受到的影响尤为明显，见表1。

表1 运行参数及环境因素记录

总结：大风及高温天气影响间冷塔的换热效率，进而影响机组的背压，造成机组负荷下降。其中风速对背压的影响较大。

图8 改造方案

问题处理：为了减小自然风对空冷塔性能的影响，需对现有系统进行防风改造。根据国内对空冷系统的研究，一般的改造方案分为内部十字挡风墙、外部挡风墙和二者结合。本文论述厂址的空冷塔内中心建有地下泵房，内部十字挡风墙方案不适用。因此，建议加装外部挡风墙，建议改造方案如下，见图8。

4片外部挡风墙，位置为3/7、4/8；

6 片外部挡风墙，位置为 3/7、4/8、5/6；

6 片外部挡风墙，位置为 3/7、4/8、1/5、2/6。塔外翅墙平面垂直于主导风向。

改造结果：间冷塔挡风墙施工完成后，对比2015年与2016年相同月份日期内的同时间区间的3#机组主要运行参数，如表2、表3。

表2 未安装挡风墙3#机组运行参数

表3 安装挡风墙3#机组运行参数

从表2、表3数据中可以看出，在挡风墙安装前后，平均风速均在3 m/s以上，环境温度均大于17℃，机组负荷基本相同的情况，3#机组的背压降低至20 kPa以下，进回水温度由10℃以下升高至10℃以上，换热效率增加，机组背压降低。

同时为保证机组的满发运行，需配合以下措施：

（1）在高温及大风天气来临前，需提前对间冷塔扇区散热器进行冲洗，除去散热器表面浮灰与杂物。在高温及大风天气中，不间断进行冲洗，降低散热器表面温度。

（2）在高温及大风天气中，对散热器的百叶窗进行杂物清理，防止百叶窗因杂物卡涩造成开度不足。

（3）当运行机组背压异常上升时，值班人员应查看备用真空泵连锁是否正常投入。

（4）当背压升高且无法控制时，应合理降低机组负荷。

4 应用推广

本文通过对针对电厂的实际环境和运行情况，对该厂的间接空冷系统的空冷塔和散热器在大风及高温气候下的运行情况进行了数据收集，对不同环境风速、温度和机组不同工况下的空冷塔运行特性进行了对比，并分析原因。针对空冷塔内外的流场分布，提出了增加外部挡风墙方案，并予以实施，对比改造前后的数据，改善效果较为明显，提高了空冷塔运行性能，做出了有益的尝试，为同类型电厂解决此类问题提供了实际依据参考。

5 结论

结合我厂机组所在区域的主要气候特征与电站运行方式，从经济性方面讲，选用了在机组塔外安装不定数量的挡风墙作为机组改进方案。结果证明，加装6扇挡风墙均能大幅度提高空冷塔散热器的通风量与换热量。改造后的空冷塔周围的静压受到挡风墙的抑制，塔外静压趋于均匀，且高于塔内，促进了塔内外的空气流动；塔外的横向风受到挡风墙的阻碍，风速减小，一周风速也趋于均匀，提高了通风量；因静压与风速的变化，使塔内的温度稳定，保证了塔内空气的出流，提高了间接空冷系统的通风量与换热效率。改造后，机组的凝结水温度、冷却水入口、出口温度、塔内温度数据均有明显的降低，实际结果中，背压降幅为10.2 kPa、8.75 kPa，改造比较成功。