史 超

（神华陕西国华锦界能源有限责任公司，陕西 榆林 719319）

本文根据空冷风机的运作模式，设计出机组空冷岛运行优化的概念模型，并以600MW直接空冷机为例，对其进行了设备性能的运算和优化，最后明确了空冷岛体系内冷却风机的优化运作形式以及背压最佳方式。

一、机组空冷岛运作机制

相关文献阐释，当机组处于一定的温度条件下，其负荷的不同会带来不同的风量、风机数目以及运作风机的转动时速，但是有关风量和背压的最佳数据却无法确定。此外，还有数据资料显示：当环境外在因素不一致时，让一项机组背压得以维持的就是风量与负荷之间的内在联系，而在机组的负荷和热力指数一致的情况下，汽轮机设备的背压会对机组的经济性能产生一定的影响，背压是受汽轮设备的排放量还有冷风机的风量共同影响的。当机组的负重和环境因素一致的时候，随着风量的递增，风机的损耗也会递增，二者成正比递增或递减，但是需要指出的是，一旦风机的风量递减，损耗虽然减小，但是背压会变大，经济性急剧下降。

二、空冷岛季节性运作分析

（一）冬季运行特点

冬季气温骤降，空气的凝结装置特别容易出现大规模的冷冻故障，常常为机组的安全功能和经济效益带来负面影响，可能造成空冷岛冻结的原因可以归为以下几点：

首先可能受到热负荷不均匀的影响。由于空冷凝结设备多采用多排管束运作，管束接触到空气的时间各不相同，由此产生的热量负荷也就不均匀。靠近风向的管束最先接触到外界冷空气，导热的温差相对较大，管接口处的压力比较低；而在外部的管束，在与空气接触时温差不会很大，产生的蒸汽比较少，管口的压力非常大，热量负荷比较小，正是由于这种不平衡，非常容易出现管道内部空气滞留的死角，不能凝结的气体没有办法很好的被排放出去，堆积在管道里面。背压的增加直接干扰到管束内部的换热机制，带来一系列的灌输冷冻现象。如图1所示，即空冷凝汽装置构造以及热负荷的示意图。

另外一种可能的情况就是蒸汽的流量较低以及冷空机量过度。一旦温度达到零下四十度的极限状态时，蒸汽想要形成凝结的时间变短，管束内极容易形成蒸气滞留。同时，即便空冷器内部的蒸汽流量没有超出预计的范围，运作流程中的任一行为不当都会造成冷冻现象。

（二）冬季冷冻的解决途径

第一，发现背压过高时，及时开启抽气机制，将无法凝结的气体抽出，避免在管束内部形成死角。

第二，机组处于常规运行状态时，风机的负重要及时关注，适时的降低其负荷，间隔一段时间就要清理风机外侧的冻霜，将定时测量的空冷管道温度绘制成观察表，以便及时发现问题。

图1 空冷凝汽装置构造以及热负荷示意图

图2 不同温度下风量与机组背压关系示意图

图3 不同环境温度下汽轮排气量与机组背压关系示意图

图4 不同排气量与温度状态下与机组背压关系图

图5 不同排气量下风量与机组背压关系图

图6 不同机组负荷与温度状态下冷却风机的最佳转速示意图

图7 不同机组负荷与温度状态下的最佳背压示意图

第三，空冷岛热负荷温度太低引起的管道冷冻要即时关闭百叶窗装置，在管道内部铺设挡板。控制空冷岛的热负荷在安全的范围间，保障其安全运作。

（三）空冷岛夏季运作特点

夏季温度较高，空气所含的杂质也较多，空冷岛在夏季常出现的问题主要集中在以下三部分：

第一，夏季由于空气较湿润温度高，蒸汽同空气的换热比例不如冬季，昼夜温差的巨大差异也造成了空冷岛背压的起伏变化。

第二，外界环境的风也是影响空冷岛夏季性能的一个主要源头。空冷风机在起始接口的位置产生负压区域，原本应该吸引到风机的气体停滞在负压区域，冷却效果大不如前。另一方面，环境风沿着空冷体系形成负压也会造成热体回流。

第三，空冷岛内部管束较多，间距狭小。时间越长，积压的灰尘杂质就会越多，传热也会受到干扰，机组的经济效益也会受到影响。

（四）优化措施

首先要运作抽气机制，将蒸汽实现凝结，空冷岛背压较高的时候，运作抽气装置，及时将管道中的无效气体排除，以此实现机组的安全运行。其次要定期清理灌输内的积尘。最后就是强化冷却系统，降低温度和排压力，实现机组性能的优化。

三、实例剖析

这里拿600MW直接冷机组举例说明，空冷风机携带变频功能，汽轮的压力排量为15kPa，排气量规格为400ka/s，空冷凝结装置散热设计为1600000m2，迎风部分为13000m2，风速设置为2m/s。

（一）温度因素以及风量对机组的影响

机组的排汽流量不变，空冷器风速与温度改变对背压的影响如图2所示。明显看出，温度不同，风速与背压成反比姿态，风速越高，被压受影响越小。

（二）汽轮装置的排气量与温度对机组的影响

图3显示的是机组背压量伴随汽轮装置流量的递增而递增，并且温度越高，变化的趋势越为明显。图4显示，机组背压与环境温度成正比递增，同时汽轮排量越大，机组背压的递增就越明显。

（三）风量与汽轮排气量对机组的影响

温度设定一致，正如图4所示，迎面风速递增，机组的背压明显下降；然而风量骤增时，下降的情况变得不再明显，趋于平缓。这也侧面说明了，风量的增加对于机组背压的影响并不大。

（四）优化方案

如图6与图7显示，一旦温度低于零度，汽轮最佳背压即处于极致状态下的背压，其同时拥有最好的旋转速度。伴随温度的改变、温度升高整个机制的最佳背压升高后，空冷风机要选取一定负荷以及温度状态下最乐观的旋转速度，以此来弱化汽轮机背压运行产生的风机工作效率，进一步实现经济效益的飞跃。

结语

直接空冷机组在我国的各个区域都得到了快速的应用和发展，但是在其实际运作中还是会出现一系列的问题，热空气回流、受热面遭遇污染、易冷冻等问题都会影响到机组的运作安全和经济效益。文章结合实际中常遇到的问题对于直接空冷机组在冬夏两季的相关内容进行分析，并提出了优化的方案，对于其安全性能的提升是非常有益的。同时，本文针对600MW空冷机组其风量、温度以及汽轮机排量等数据进行曲线制图，更加直观验证文中的观点以及优化策略的可行性，对于最佳背压的探索也得到应有的答案。

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