直接空冷汽轮机背压节能优化的潜力研究

摘 要：随着我国空冷技术的快速发展，直接空冷机组的投入运行越来越普及。直接空冷机组在适宜背压下运行，可以有效的提高汽轮机的热效率，从而给企业、工厂运行起到节能增效的作用。目前，我国大多数直接空冷汽轮机运行背压偏高，而且容易受到环境的温度影响，尤其在夏季高温大风期间极易出现背压过高，汽轮机带不满负荷被迫降负荷的情况，高背压运行严重威胁机组的安全、经济运行。直接空冷汽轮机通过优化风机运行方式，可以得到直接空冷机组最佳背压范围，从而实现节能优化的目的。本文在此基础上，展开直接空冷汽轮机背压节能优化的潜力研究，以期为进一步挖掘机组节能潜力提供有益的指导。

关键词：直接空冷汽轮机;背压节能优化;潜力研究

随着直接空冷系统在我国发电厂体系中越来越广泛应用，空冷机组采用空气作为冷却介质，不仅可以应用于水源充沛的地区，还可以应用于水资源匮乏地区，大大减少水资源消耗、促进水资源可持续利用。根据数据调查显示，相同容量的空冷机组比湿冷机组仅在冷却系统本身就能节水97%以上，全厂性节水可高达65%以上，成为目前火力发电厂节水量最多的一项技术，从而提高了直接空冷汽轮机组的实效性、经济性。

1 直接空冷汽轮机组简介

1.1 直接空冷汽轮机组简介

目前，空冷技术分为直接空冷和间接空冷，在全世界已建成的空冷机组中，直接空冷技术约占60%，而间接空冷技术占40%，直接空冷汽轮机系统要比间接空冷系统更庞大，结构更加复杂。直接空冷技术是一种利用环境中空气对汽轮机组中的乏汽进行冷却循环的技术。直接空冷技术整个系统的核心就是空气冷凝器，通过轴流风机作用，使空气流经散热器外表面，散热器管束内的排汽受到冷空气作用凝结成水滴，经过内部泵的作用将凝结水输送回热系统，再经过抽汽加热后，给锅炉提供水循环利用[1]。图1所示直接空冷系统结构简图。空气冷凝器的运行效果将直接影响直接空冷汽轮机的效率，因此，机组在运行过程中，工作人员要时刻注意空气冷凝器的工作状态，确保直接空冷汽轮机系统有序、高效运行。

1.2 直接空冷机组特点

直接空冷系一般是在高背压方式下运行，运行过程中会受到温度、大气压以及风力风向的严重影响，变化幅度变大，安全系数较小[2]。如果环境温度过高，空冷散热器表面的空气温度就会随之升高，大大降低冷却效果，导致机组背压过高，影响汽轮机组的正常运行，在夏季的影响最为突出。另外，流经冷凝器的空气流量（流速）也会对机组运行系数产生一定的影响，如下图。

因此，直接空冷机组运行过程中，存在最佳的风机运行频率使得机组功率增量与空冷风机耗功增量的差值最大，此时机组运行经济性最佳。工作人员需要积极优化调整结构，维持机组运行最佳背压，保证机组的平稳运行。

2 影响直接空冷机组背压节能增效的因素

2.1 汽轮机背压偏离标准值

调查数据统计显示，目前，在我国运行的直接空冷机系统，大部分空冷机组背压较设计水平偏高，只有少数在高温条件运行时负荷工况背压可以达到设计参数的标准，导致厂内各空冷机组年平均供电煤耗增加，造成能源的浪费。从以下三个主要方面分析背压偏离设计值的影响因素。

2.1.1 空冷散热器运行性能较差

管束内的蒸汽冷凝热阻、管壁导热热阻、空气侧的对流换热热阻以及脏污热阻串联组成直接空冷系统传热热阻。汽轮机长期运行过程中，扇片、系统很容易粘藏上脏污、灰尘，

使得脏污热阻增加，减少了时管束的通流面积，导致系统的通风量下降，从而大大降低了空气侧的换热能力[3]。另外，工作人员在安装汽轮机组过程中，忽视冷却单元隔墙与管束之间间隙要求，导致空冷散热器出现漏风现象，而冬季温度过低，运行管束结冻，也会导致空冷翅片管间间隙变大。以上常见的问题，都会导致汽轮机背压值偏析标准设计值。

2.1.2 空冷系统设计容量不合理

部门直接空冷系统在设计过程中，忽视了实际情况以及环境因素的影响，例如，极端气候环境、散热器灰尘脏污、排汽热负荷增加等，导致空冷系统容量设计偏小，缺乏科学合理性，导致系统在运行过程中，汽轮机背压高出设计标准值[4]，进而造成能源的不必要消耗。

2.1.3 真空系统严密性较差

大多數电厂在长期运行管理过程中，已经开始高度重视系统真空的严密性，但是由于长期使用，部分系统的真空严密性还是较差。一旦真空系统严密性出现问题时，会导致逆流区空气分压力增加，进而造成系统内温度降低，冷凝热阻增加[5]，从而大大降低了蒸汽侧换热能力。

2.2 高温时段机组出力受限

由于直接空冷汽轮机组自身的结构性质，绝大多数电厂针对空冷机组背压高的问题，导致其在极端炎热气候条件下会出现机组出力受限5%～10%的情况。

3 直接空冷机组节能增效改造的基本原则

背压与空冷机组的安全、经济运行水平息息相关，一旦排汽压力偏离目标值时，就会给运行系统运行带来发面影响，并且增大了资源的消耗。通过调整最佳运行参数以及适宜的环境因素，可以使得直接空冷汽轮机背压值达到的最优。因此，相关管理人员必须要高度重视汽轮机组规范、合理的背压值，有力保障系统的经济运行，并且可以用来监督和规范电厂的系统能耗。在实行节能增效的改造过程中，首先，全面诊断主机及空冷系统的实际运行性能，挖掘现有设备的自身能力，加强运行维护管理、提高设备高效运行水平;另外，制定科学合理的标准，从系统结构设计、排汽热负荷、扇叶脏污程度、冷却空气的均匀性等多个方面[6]，研究探讨提高和改善空冷运行性能的主要方式，采用先进的科学技术随系统进行调整改，实现直接空冷系统背压节能增效的目的，减少不必要的能源、资源消耗，最终发挥工厂企业的经济效益的最大化。

4 结语

综上所述，直接空冷机组在运行过程中受到自身结构限制，易受到温度以及风力以及其他环境因素影响，导致汽轮机组运行背压高、出力受限，因此，相关部门实行节能增效技术改造直接空冷系统，提高运行维护管理水平。在进行直接空冷汽轮机背压优化节能改造时，提高直接空冷系统的运行性能和效率，极大程度上降低运行能耗，促进工厂长远健康发展。

参考文献：

[1]高建强，肖雄.某300MW直接空冷机组风机运行调整研究[J].汽轮机技术，2017，59（3）：221-223.

[2]刘文华，李高潮，闫永强等.600MW机组直接空冷系统动态特性研究[J].热力发电，2014，43（3）：76-78.

[3]石维柱.直接空冷机组优化运行关键技术研究[D].北京：华北电力大学，2010.

[4]范永胜，袁丁，靖长财等.超临界600MW直接空冷机组能耗诊断及节能措施[J].热力发电，2013，42（05）：7-10+14.

[5]张学海.600MW直接空冷机组背压修正曲线及经济运行背压研究[J].中国电机工程学报，2017，39（3）：1-4.

[6]郝润田.国产600MW超临界直接空冷机组背压运行优化分析[J].汽轮机技术，2016，58（4）：283-286.

作者简介：

薛静明（1978- ），山西翼城人，本科，热动助理工程师。