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初探直接空冷機(jī)組冷端傳熱特性

2015-08-15 00:54:11范瑞卿
科技視界 2015年7期
關(guān)鍵詞:水蒸汽冷端尖峰

范瑞卿

(河北省電力建設(shè)第一工程公司,河北 石家莊050000)

0 引言

在一些環(huán)境比較特殊的地段,比如煤炭資源豐富,但是水源總量不足,在建設(shè)新電廠的時(shí)候,往往使用直接空冷系統(tǒng)作為機(jī)組凝汽設(shè)備。在正常的生產(chǎn)過程期間,汽輪機(jī)的背壓很難得到控制,容易出現(xiàn)高壓現(xiàn)象,這一現(xiàn)象在夏天尤為嚴(yán)重,這在很大程度上影響著直接空冷機(jī)組的安全運(yùn)行。傳統(tǒng)的直接空冷機(jī)組汽輪機(jī)背壓下降的方法就是在機(jī)組中裝置噴水系統(tǒng),但是一旦升高嚴(yán)重,這一方法將不能有效控制背壓升高,進(jìn)而嚴(yán)重影響機(jī)組的正常運(yùn)行。這是因?yàn)閲娝b置的噴水量是有一定限度的,不能從根本上解決背壓過高這一問題,只能對此現(xiàn)象進(jìn)行控制,并且這一現(xiàn)象還會造成直接空冷機(jī)組背部出現(xiàn)水垢,不利于散熱器的正常工作。為了從根本上解決這一問題,我們必須創(chuàng)新和發(fā)展提高直接空冷機(jī)組冷端傳熱性能的方法。

1 直接冷空機(jī)組的工作原理

直接冷空機(jī)組的工作原理就是通過外界的空氣對汽輪機(jī)組的發(fā)電機(jī)進(jìn)行冷卻。該冷卻裝置主要有五部分組成,排汽管道、空冷凝汽器、真空抽氣系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)和沖洗系統(tǒng)。在這五部分系統(tǒng)中,空冷凝汽器是最關(guān)鍵的部分,該系統(tǒng)主要由兩部分組成,主凝汽器和輔助凝汽器,這兩部分主要是輔助凝汽器借用外界的空氣對汽輪機(jī)進(jìn)行冷卻降壓。凝汽器是對工作環(huán)境的要求較高,作為直接冷空機(jī)組最關(guān)鍵的部分,凝汽器的工作性能將直接影響著直接空冷機(jī)組整體的運(yùn)行性能。一般的主凝汽器設(shè)計(jì)為汽水順流式,輔助凝汽器設(shè)計(jì)成汽水逆流式。汽輪機(jī)的排放的汽體絕大都是通過主凝汽器,只有少部分排汽通過輔助凝汽器。同時(shí)在輔助凝汽器的逆流管道部位裝置真空系統(tǒng),通過真空系統(tǒng)保證系統(tǒng)擁有足夠的真空度,這樣能夠有效規(guī)避較低溫度下管道凍結(jié)的發(fā)生。

2 直接空冷機(jī)組的增容改造

我國早期的直接空冷機(jī)組存在很多問題,比如空冷系統(tǒng)散熱面積太小,過小的散熱面積不能滿足實(shí)際生產(chǎn)的需求,同時(shí)汽輪機(jī)和匹配的空冷散熱系統(tǒng)很不理想,這樣就導(dǎo)致了在較高溫度下汽輪機(jī)背壓相對較高的現(xiàn)象,這一現(xiàn)象在夏季最為嚴(yán)重。傳統(tǒng)的降壓方法就是在機(jī)組中裝置噴水系統(tǒng),裝置噴水裝置能夠在一定范圍內(nèi)控制汽輪機(jī)背壓升高,但是一旦升高嚴(yán)重,這一方法將不能有效控制背壓升高,還會嚴(yán)重影響正常的生產(chǎn)運(yùn)行。這是因?yàn)閲娝b置的噴水量是有一定限制的,不能從根本上解決這一問題,只能對此現(xiàn)象控制,并且這一現(xiàn)象還會造成直接空冷機(jī)組背部出現(xiàn)水垢,不利于散熱器的正常工作。要想從根本上解決這一問題我們就需要提高汽輪機(jī)冷端散熱性能,主要采取如下的幾種方式:第一,直接空冷機(jī)組改造方案;第二,面式間接空冷改造方案;第三,蒸發(fā)式尖峰冷卻器系統(tǒng)方案。下面我們對這三種方案進(jìn)行詳細(xì)的分析研究。

2.1 直接空冷機(jī)組改造方案

這一方案主要是通過增加風(fēng)機(jī)單元的數(shù)量,直接的增加直接空冷系統(tǒng)散熱面積的目的,從而提高直接空冷機(jī)組散熱的性能。直接空冷系統(tǒng)突破了常規(guī)的做法,通過改變二次換熱所需要的中間冷卻介質(zhì),直接空冷系統(tǒng)是通過凝汽器接受來自汽輪機(jī)的排汽,然后借助外界的空氣將排汽直接冷凝成水滴,通過這樣的方式增大散熱面積。所以,要想更好的實(shí)現(xiàn)直接空冷系統(tǒng)在高溫下降低汽輪機(jī)的背壓,就要對排汽管道,凝水管道和抽真空管道進(jìn)行創(chuàng)新和優(yōu)化。這種方案是基于原設(shè)備基本不變的情況下進(jìn)行的,所以改變的優(yōu)化的措施可能在一定程度上對發(fā)電機(jī)出線和存在于空冷平臺下的設(shè)備造成一定程度的影響。

2.2 表面式間接空冷改造方案

這一方案的工作原理主要是發(fā)揮了凝結(jié)水泵的作用。通過分流一部分蒸汽,讓分流的這部分蒸汽流經(jīng)循環(huán)冷凝水的過程中轉(zhuǎn)變成水滴,然后再通過這些凝結(jié)水通過汽輪機(jī)的回?zé)嵯到y(tǒng),這樣就會帶走汽輪機(jī)較多的熱量,然后通過凝結(jié)水泵,將這部分凝結(jié)水輸送到通風(fēng)塔,通過外界的空氣對這部分凝結(jié)水進(jìn)行冷卻,然后溫度降低的凝結(jié)水就會再次被利用到表面式凝汽器中,這樣不斷的循環(huán)實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)背壓下降的目的。所以要想更好的發(fā)揮這一原理來降低汽輪機(jī)背壓,就需要對凝汽器和凝結(jié)水泵和通風(fēng)塔進(jìn)行創(chuàng)新和優(yōu)化。但是這一方案設(shè)計(jì)中牽扯到的設(shè)備可能會使用到較多的面積。并且整個(gè)設(shè)備的創(chuàng)新和優(yōu)化過程中投入的成本也會相對較多。

2.3 蒸發(fā)式尖峰冷卻器系統(tǒng)改造方案

蒸發(fā)式尖峰冷卻器的工作原理是基于傳熱學(xué)理論進(jìn)行的,這一系統(tǒng)主要由三部分組成:換熱模塊部分,水蒸汽循環(huán)系統(tǒng)和動(dòng)力風(fēng)機(jī)部分組成。這些部分共同完成的工作就是制造水蒸汽,利用水蒸汽換熱代替原來的濕熱換熱方式。這樣蒸發(fā)式尖峰冷卻器系統(tǒng)就能夠使用很少量的水蒸汽滿足換熱需求,系統(tǒng)在原來的主排汽管道上另接管道,然后將加熱的水蒸汽輸送到冷凝器中心冷卻,然后被冷卻的凝結(jié)水再被輸送到排汽裝置中,管道外壁的水吸收管道內(nèi)的水蒸汽攜帶的熱量蒸發(fā)變成水蒸汽,然后借助風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力排放到外界空氣中去。該系統(tǒng)由于裝有抽真空管線,在汽輪機(jī)背壓較高時(shí),尤其是在炎熱的夏季,打開閥門使一部分水蒸汽流經(jīng)主凝汽器,少部分水蒸汽流經(jīng)輔助凝汽器,這樣就能在一定程度上減緩直接空冷散熱器的工作壓力,從而能有效的降低汽輪機(jī)背壓。

綜合分析研究以上三種方案,可見蒸發(fā)式尖峰冷卻系統(tǒng)這一方案是最佳方案。但是在進(jìn)行方案的選擇時(shí)要注意,不同的場所,資源環(huán)境不同,使用的方案往往是不同的。

3 結(jié)語

雖然最佳的方案是蒸發(fā)式尖峰冷卻系統(tǒng),但是這一系統(tǒng)在溫度不高的階段,會出現(xiàn)系統(tǒng)增容過大而出現(xiàn)機(jī)組阻塞背壓部分,這樣增加系統(tǒng)的容積將不能達(dá)到理想的效果。但是總體上來說,使用蒸發(fā)式尖峰冷卻系統(tǒng),能夠很好的實(shí)現(xiàn)在高溫尤其是夏季,有效控制直接空冷機(jī)組背壓不至于過高,使直接空冷機(jī)組冷端傳熱的特性得到優(yōu)化。

[1]孫東海,張樹芳,申哲巍.直接空冷機(jī)組冷端傳熱特性研究[J].節(jié)能,2012,08:20-24+2.

[2]張亞玲.直接空冷機(jī)組冷端傳熱特性研究[J].科技與企業(yè),2013,18:284-285.

[3]周蘭欣,楊靖,楊祥良.600MW直接空冷機(jī)組變工況特性的研究[J].動(dòng)力工程,2007,02:165-168+217.

[4]周蘭欣,楊靖,楊祥良.200MW直接空冷機(jī)組變工況特性研究[J].汽輪機(jī)技術(shù),2007,02:118-120+124.

[5]周蘭欣,楊靖,楊祥良.300MW直接空冷機(jī)組變工況特性[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),2007,17:78-82.

[6]王智剛.600MW直接空冷機(jī)組冷端系統(tǒng)變工況特性分析[J].發(fā)電設(shè)備,2010,02:101-103+107.

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