初探直接空冷机组冷端传热特性

【摘 要】在正常的生产运行中，直接空冷机组在运行时背压较高，这一现象在夏季尤为严重。这在一定程度上对直接空冷机组的整体安全运行性能带来了消极影响。为了很好的解决直接空冷机组夏季背压过高的现象，本文对直接空冷机组冷端传热的特性进行研究，总结出改变其冷端传热的合理化建议。

【关键词】直接空冷机组;冷端传热特性;尖峰冷却系统

0 引言

在一些环境比较特殊的地段，比如煤炭资源丰富，但是水源总量不足，在建设新电厂的时候，往往使用直接空冷系统作为机组凝汽设备。在正常的生产过程期间，汽轮机的背压很难得到控制，容易出现高压现象，这一现象在夏天尤为严重，这在很大程度上影响着直接空冷机组的安全运行。传统的直接空冷机组汽轮机背压下降的方法就是在机组中装置喷水系统，但是一旦升高严重，这一方法将不能有效控制背压升高，进而严重影响机组的正常运行。这是因为喷水装置的喷水量是有一定限度的，不能从根本上解决背压过高这一问题，只能对此现象进行控制，并且这一现象还会造成直接空冷机组背部出现水垢，不利于散热器的正常工作。为了从根本上解决这一问题，我们必须创新和发展提高直接空冷机组冷端传热性能的方法。

1 直接冷空机组的工作原理

直接冷空机组的工作原理就是通过外界的空气对汽轮机组的发电机进行冷却。该冷却装置主要有五部分组成，排汽管道、空冷凝汽器、真空抽气系统、喷淋系统和冲洗系统。在这五部分系统中，空冷凝汽器是最关键的部分，该系统主要由两部分组成，主凝汽器和辅助凝汽器，这两部分主要是辅助凝汽器借用外界的空气对汽轮机进行冷却降压。凝汽器是对工作环境的要求较高，作为直接冷空机组最关键的部分，凝汽器的工作性能将直接影响着直接空冷机组整体的运行性能。一般的主凝汽器设计为汽水顺流式，辅助凝汽器设计成汽水逆流式。汽轮机的排放的汽体绝大都是通过主凝汽器，只有少部分排汽通过辅助凝汽器。同时在辅助凝汽器的逆流管道部位装置真空系统，通过真空系统保证系统拥有足够的真空度，这样能够有效规避较低温度下管道冻结的发生。

2 直接空冷机组的增容改造

我国早期的直接空冷机组存在很多问题，比如空冷系统散热面积太小，过小的散热面积不能满足实际生产的需求，同时汽轮机和匹配的空冷散热系统很不理想，这样就导致了在较高温度下汽轮机背压相对较高的现象，这一现象在夏季最为严重。传统的降压方法就是在机组中装置喷水系统，装置喷水装置能够在一定范围内控制汽轮机背压升高，但是一旦升高严重，这一方法将不能有效控制背压升高，还会严重影响正常的生产运行。这是因为喷水装置的喷水量是有一定限制的，不能从根本上解决这一问题，只能对此现象控制，并且这一现象还会造成直接空冷机组背部出现水垢，不利于散热器的正常工作。要想从根本上解决这一问题我们就需要提高汽轮机冷端散热性能，主要采取如下的几种方式：第一，直接空冷机组改造方案;第二，面式间接空冷改造方案;第三，蒸发式尖峰冷却器系统方案。下面我们对这三种方案进行详细的分析研究。

2.1 直接空冷机组改造方案

这一方案主要是通过增加风机单元的数量，直接的增加直接空冷系统散热面积的目的，从而提高直接空冷机组散热的性能。直接空冷系统突破了常规的做法，通过改变二次换热所需要的中间冷却介质，直接空冷系统是通过凝汽器接受来自汽轮机的排汽，然后借助外界的空气将排汽直接冷凝成水滴，通过这样的方式增大散热面积。所以，要想更好的实现直接空冷系统在高温下降低汽轮机的背压，就要对排汽管道，凝水管道和抽真空管道进行创新和优化。这种方案是基于原设备基本不变的情况下进行的，所以改变的优化的措施可能在一定程度上对发电机出线和存在于空冷平台下的设备造成一定程度的影响。

2.2 表面式间接空冷改造方案

这一方案的工作原理主要是发挥了凝结水泵的作用。通过分流一部分蒸汽，让分流的这部分蒸汽流经循环冷凝水的过程中转变成水滴，然后再通过这些凝结水通过汽轮机的回热系统，这样就会带走汽轮机较多的热量，然后通过凝结水泵，将这部分凝结水输送到通风塔，通过外界的空气对这部分凝结水进行冷却，然后温度降低的凝结水就会再次被利用到表面式凝汽器中，这样不断的循环实现汽轮机背压下降的目的。所以要想更好的发挥这一原理来降低汽轮机背压，就需要对凝汽器和凝结水泵和通风塔进行创新和优化。但是这一方案设计中牵扯到的设备可能会使用到较多的面积。并且整个设备的创新和优化过程中投入的成本也会相对较多。

2.3 蒸发式尖峰冷却器系统改造方案

蒸发式尖峰冷却器的工作原理是基于传热学理论进行的，这一系统主要由三部分组成：换热模块部分，水蒸汽循环系统和动力风机部分组成。这些部分共同完成的工作就是制造水蒸汽，利用水蒸汽换热代替原来的湿热换热方式。这样蒸发式尖峰冷却器系统就能够使用很少量的水蒸汽满足换热需求，系统在原来的主排汽管道上另接管道，然后将加热的水蒸汽输送到冷凝器中心冷却，然后被冷却的凝结水再被输送到排汽装置中，管道外壁的水吸收管道内的水蒸汽携带的热量蒸发变成水蒸汽，然后借助风机产生的动力排放到外界空气中去。该系统由于装有抽真空管线，在汽轮机背压较高时，尤其是在炎热的夏季，打开阀门使一部分水蒸汽流经主凝汽器，少部分水蒸汽流经辅助凝汽器，这样就能在一定程度上减缓直接空冷散热器的工作压力，从而能有效的降低汽轮机背压。

综合分析研究以上三种方案，可见蒸发式尖峰冷却系统这一方案是最佳方案。但是在进行方案的选择时要注意，不同的场所，资源环境不同，使用的方案往往是不同的。

3 结语

虽然最佳的方案是蒸发式尖峰冷却系统，但是这一系统在温度不高的阶段，会出现系统增容过大而出现机组阻塞背压部分，这样增加系统的容积将不能达到理想的效果。但是总体上来说，使用蒸发式尖峰冷却系统，能够很好的实现在高温尤其是夏季，有效控制直接空冷机组背压不至于过高，使直接空冷机组冷端传热的特性得到优化。

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[责任编辑：薛俊歌]

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