梁娅莉，姚冬梅，顾红芳

(1.西北电力设计院，西安 710075；2.西安交通大学，西安 710049)

本工程厂址位于某市某县工业园区西区内。厂址地势平坦开阔，平均海拔约2475 m，属高海拔地区。

本工程系新建电厂性质，本期建设容量为2×660 MW空冷机组，预留再扩建条件。电厂年利用小时数为5500 h。

1 气象特点

1.1 气候特征及气象要素特征值

气象站地处青藏高原和黄土高原过渡地带，深居内陆，属于高原大陆性气候。多年各气象要素特征值见表1。

表1 气象站累年基本气象要素统计值

1.2 风向

厂址10 m高度全年的风向见图1，主导风为SSE风；在风速＞3 m/s时主导风向见图2为ESE和WNW。厂址50 m高度的风向分布见图3和图4，10 m高度主导风向稍有变化，风向顺时针旋转了22.5°，但高温大风的主导风没有变化，还是为ESE为主，并且出现的次数很少。

图1 厂址10 m高度全年风向分布图

图2 10 m高度风速＞3 m/s的全年风向图

图3 厂址50 m高度全年风向分布

图4 50 m高度风速＞3 m/s全年风向分布

2 散热器垂直布置间接空冷系统几何模型

本工程2×660 MW机组主机及小机排汽采用表凝式间接空冷系统，循环水系统采用单元制闭式循环供水系统。间冷系统采用一机一塔方案，散热器垂直布置在间冷塔进风口处。建立的几何模型见图5。

图5 2×660 MW一机一塔间接空冷系统几何模型图

3 设计基础资料

本次对600 MW超临界和超超临界机组，以及660 MW超临界和超超临界机组分别进行了计算。汽机资料，见表2。

根据对厂址典型年累积干球温度频率表整理，本工程设计空气干球温度为 11℃，夏季满发空气干球温度为24℃。

10 m高的环境风速3 m/s，环境温度11℃，设计背压10.5 kPa，主导风向ESE 风。

表2 汽机参数

4 海拔高度对间接空冷性能的影响

通过对海拔高度为0 m和300 m的模拟计算，并与厂址海拔高度2500 m进行比较，结果见图6～图9和表3。从数据结果看，随着海拔高度增加，虽然迎面风速变化不大，但是空气质量流量减少较多，散热能力相差很大，出水温度变化较大。从300 m海拔地区到2500 m的高海拔地区，随着海拔高度的增加，同样规模配置的空冷系统散热能力会降低近12%，所以对高海拔地区的间接空冷系统的设计，在同样的设计条件下需要加大约12%，才能承担对应的设计散热负荷。

表3 不同海拔高度下出塔水温和迎面风速

图6 1号塔各海拔高度下出水温度

图7 2号塔各海拔高度下出水温度

图8 1号塔各海拔高度下迎面风速

图9 2号塔各海拔高度下迎面风速

5 不同海拔高度对应不同气温对空冷系统的影响

由表3可知，在同样的设计条件下，同样规模配置的空冷系统散热能力会随着海拔高度的增高而降低。

但随着海拔高度变化，环境气温也会发生变化。通过对全国不同海拔地区气象资料的比较汇总，可见在不同的海拔地区气象资料随之不同，几个典型的比较见表4。从表中可以看出，由于各个地区海拔不同造成了自然气候的差异，海拔高度增加，设计环境温度降低。从表4和表5可以看出，随着海拔高度的增加，会使得环境温度降低，从而传热温差和自然循环动力增加，各个扇段的出水温度都降低，这就造成了随着海拔增加所对应的空冷规模减小；然而，随着海拔高度的增加，大气压力降低、空气密度将减少，空冷系统性能将削弱，因此需要增加散热面积和提高迎面风量；但是综合到电厂厂址的环境参数的同步变化，以及空冷系统出于防冻考虑—5℃以下环境温度均为无效低温，因此海拔高度的增加引起环境温度的变化在空冷系统的设计中无法进行准确定义，所以空冷系统的规模不是简单的随海拔高度的增加而增加。

表4 不同海拔地区的设计气候条件

表5的设计条件：平均风速取10 m高的环境风速3 m/s，厂址海拔高度2470 m，大气压力737.0 hPa，相同的间冷系统配置，对应不同的环境气温。

表5 塔的性能随环境温度的变化

6 高海拔地区空冷系统与常规海拔地区空冷系统的比较

6.1 工艺的比较

(1)在表4列举的三个典型设计环境参数条件下，在设计背压都为10.5 kPa的工况时，针对不同的机组规模和不同机组参数进行了塔的初步设计，得到的各个海拔高度下的塔规模以及散热性能参数，见表6。从计算数据看，在同样的海拔高度下，超临界机组的间冷系统规模要大于超超临界，并且随着海拔高度的增加两者之间的差距加大；在不同的海拔高度下，随着海拔高度的增加，环境气温降低，同样规模的机组需要的间冷系统规模将减小。

(2)表7为1×660 MW超超临界机组在相同环境气温11℃、设计背压都为10.5 kPa的工况时，对应不同海拔高度的间冷系统规模比较。由计算结果可知， 2500 m海拔高度空冷散热器面积比0 m需要增加约12%，才能承担对应的设计散热负荷。

表6 不同机组参数在不同海拔高度、不同气温地区的规模比较

表7 660 MW超超临界机组不同海拔高度、相同气温地区的规模比较

6.2 土建结构的比较

660 MW超超临界机组不同海拔高度、不同气温地区的冷却塔规模比较见图8、图9。

表8 660 MW超超临界机组不同海拔高度、不同气温地区的冷却塔规模比较

表9 660 MW超超临界机组相同气温地区、不同海拔高度的冷却塔规模比较

7 结论及措施

(1)随着海拔高度的增加，设计环境温度的趋势是降低。若考虑海拔高度及环境温度同时变化(见表4)，由表6可看出，汽机背压不变，随着海拔高度增加，间接空冷系统的配置规模是减小趋势。由表8计算可以看出来，660 MW超超临界机组相比600 m海拔，1000 m海拔所配置的间冷塔土建部分费用减少7.58%，2500 m 海拔所配置的间冷塔土建部分费用减少19.87%。其余机组类型所配间冷塔的发展趋势同660 MW超超临界机组。

(2)若考虑环境温度不变，海拔高度变化，汽机背压不变，由表9可看出相比600 m海拔，1000 m海拔所配置的间冷塔土建部分增加5.8%，2500 m海拔所配置的间冷塔土建部分费用增加15.9%。

(3)表6可见，在同样的海拔高度下，超临界机组的空冷系统规模要大于超超临界机组，并且随着海拔高度的增加两者之间的差距加大。

(4)在一台660 MW级机组规模的情况下，汽机背压相同时，相同规模配置下,仅考虑海拔高度的变化，2500 m高海拔地区与600 ～1000 m低海拔地区相比，间接空冷系统设备费总投资增加约12%，土建部分费用增加约15.9%，总投资增加约2500万元。

由于空冷散热是以环境空气作为冷却介质，高海拔带来的环境空气的密度、湿度等物性参数的变化，必然导致满足同样散热条件的需要的空气流量增加或者散热面积增加，这样才能保证同样的背压运行，因此对于间接空冷系统，应对高海拔的有效方法是增加塔的抽力和散热面积，相应增加塔的高度和直径，以达到满意的换热效果。