环境温度变化或风场突变对空冷机组的影响

1、环境变化对空冷机组的影响环境变化对空冷机组的影响第一部分第一部分 简述简述第二部分第二部分 环境气温的影响环境气温的影响第三部分第三部分 环境风场的影响环境风场的影响 ( 系统系统,回流率回流率, 散热器性能散热器性能,针对不利风采取措施针对不利风采取措施,实例实例) 第四部分第四部分 总述总述环境温度或风场对空冷机组的影响环境温度或风场对空冷机组的影响电站采用空冷系统是解决富煤贫水矛盾电站采用空冷系统是解决富煤贫水矛盾的有效措施的有效措施, 而直接空冷代表了未来空冷而直接空冷代表了未来空冷系统的发展方向系统的发展方向, 因而在世界上获得了快因而在世界上获得了快速发展速发展.直接空冷机组与常规

2、机组的主要直接空冷机组与常规机组的主要区别在冷端系统区别在冷端系统, 直接空冷机组以环境空直接空冷机组以环境空气而不是以水做为汽轮机排汽的冷却介气而不是以水做为汽轮机排汽的冷却介质质, 因此因此, 环境变化会显著影响直接空冷环境变化会显著影响直接空冷系统的运行特性系统的运行特性,而冬季严寒的气候可能而冬季严寒的气候可能使不合理的空冷系统设计出现管束冻裂使不合理的空冷系统设计出现管束冻裂现象现象.环境气温、风速、风向的影响环境气温、风速、风向的影响 在所有影响直接空冷系统安全经济运在所有影响直接空冷系统安全经济运行的因素中行的因素中,环境的影响最重要环境的影响最重要, 由于空由于空冷机组直接以环

3、境空气做为汽轮机排汽冷机组直接以环境空气做为汽轮机排汽的冷却介质的冷却介质, 因此环境气温因此环境气温, 环境风速、环境风速、风向会显著影响直接空冷系统的运行特风向会显著影响直接空冷系统的运行特性。性。环境气温的影响环境气温的影响(夏季夏季) 随着环境气温的升高随着环境气温的升高, 空冷散热器的空冷散热器的进口空气温度就会相应升高进口空气温度就会相应升高, 在排汽热负在排汽热负荷保持不变的条件下荷保持不变的条件下, 导致凝汽器冷凝温导致凝汽器冷凝温度升高度升高, 排汽压力增加排汽压力增加, 使机组运行经济使机组运行经济性变差。另一方面性变差。另一方面, 当空冷系统位于锅炉当空冷系统位于锅炉的下

4、游的下游,吹向下游空冷岛的空气温度也会吹向下游空冷岛的空气温度也会升高升高, 出现凝汽器压力升高的情况。出现凝汽器压力升高的情况。环境气温的影响环境气温的影响(夏季夏季) 在温度最高的夏季在温度最高的夏季, 为了保证机组正为了保证机组正常运行常运行,使凝汽器压力维持在一个较低的使凝汽器压力维持在一个较低的水平水平, 就需要提高环境空气和汽轮机排汽就需要提高环境空气和汽轮机排汽之间的传热能力之间的传热能力, 设法提高传热系数。而设法提高传热系数。而提高传热系数的最有效的方法就是提高冷提高传热系数的最有效的方法就是提高冷却空气的流速却空气的流速, 即提高空冷散热器的迎风即提高空冷散热器的迎风面风速

5、。一般通过变频风机的风量调节面风速。一般通过变频风机的风量调节, 提高空冷散热器的冷却空气流量提高空冷散热器的冷却空气流量, 实现机实现机组安全经济运行。组安全经济运行。 环境气温的影响环境气温的影响(冬季冬季) 汽机的启停过程中热负荷变化缓慢汽机的启停过程中热负荷变化缓慢, 蒸汽流量低蒸汽流量低, 凝结水在严寒低温环境下可凝结水在严寒低温环境下可能出现结冰能出现结冰, 使管道冻裂使管道冻裂; 空冷凝汽器内空冷凝汽器内不凝性气体的聚集不凝性气体的聚集, 会导致局部蒸汽流量会导致局部蒸汽流量减少减少, 管壁温度降低管壁温度降低, 从而使凝结水流过从而使凝结水流过低温壁面时发生结冰现象低温壁面时发

6、生结冰现象; 多排管空冷散多排管空冷散热器热器, 由于各排管束间换热状况的差异由于各排管束间换热状况的差异, 可能出现压力失衡可能出现压力失衡, 从而出现蒸汽回流从而出现蒸汽回流, 导致不凝汽的聚集导致不凝汽的聚集,出现局部凝结水结冰出现局部凝结水结冰就会发生管子冻裂的情况就会发生管子冻裂的情况, 影响机组安全影响机组安全运行。运行。环境气温的影响环境气温的影响(冬季冬季) 和湿冷机组相比，高寒地区的直接空和湿冷机组相比，高寒地区的直接空冷机组在启、停机过程中空冷凝汽器会发冷机组在启、停机过程中空冷凝汽器会发生大面积冻结、损坏等事故。影响空冷凝生大面积冻结、损坏等事故。影响空冷凝汽器冻结的主要

7、原因有：气象条件；汽器冻结的主要原因有：气象条件；空冷凝汽器的进汽量、进汽参数、时间；空冷凝汽器的进汽量、进汽参数、时间；空冷风机运行方式的控制；排汽参数空冷风机运行方式的控制；排汽参数的控制；旁路系统的配合的控制；旁路系统的配合 环境风场的影响环境风场的影响 直接空冷系统受不同风向和不同风速影响比直接空冷系统受不同风向和不同风速影响比较敏感，特别是风速超过较敏感，特别是风速超过3 30m0ms s以上时，对空以上时，对空冷系统散热效果就有一定影响，特别是当风速达冷系统散热效果就有一定影响，特别是当风速达到到6 60/s0/s以上时，不同的风向会对空冷系统形成以上时，不同的风向会对空冷系统形成

8、热回流，甚至降低风机效率热回流，甚至降低风机效率. .汽轮机背压经常因汽轮机背压经常因环境风场的影响波动，冬季因环境温度偏低影响环境风场的影响波动，冬季因环境温度偏低影响不大。但夏季环境温度较高（不大。但夏季环境温度较高（26263434）, ,在恒在恒定高的环境温度和机组负荷不变的情况下，只要定高的环境温度和机组负荷不变的情况下，只要环境风场发生变化（风速、风向），机组的背压环境风场发生变化（风速、风向），机组的背压值就会发生大幅度升高，迫使机组降负荷甚至发值就会发生大幅度升高，迫使机组降负荷甚至发生机组掉闸的事故，严重影响机组的安全运行。生机组掉闸的事故，严重影响机组的安全运行。 1 在环

9、境风的影响下在环境风的影响下, 空冷器进口空气空冷器进口空气温度会升高温度会升高, 进口空气流速降低进口空气流速降低, 需要通需要通过变频调速过变频调速,增加冷却空气流量。散热器增加冷却空气流量。散热器出口热空气位于自然风的下层，热量不出口热空气位于自然风的下层，热量不能顺利散发到环境中，使空冷凝汽器置能顺利散发到环境中，使空冷凝汽器置身于环境温度比较高的区域，换热温差身于环境温度比较高的区域，换热温差减小，效率降低。减小，效率降低。 2 在环境风的作用下在环境风的作用下, , 空冷散热器进口空冷散热器进口空气流量也会减少空气流量也会减少, , 导致凝汽器内凝结温导致凝汽器内凝结温度和凝汽器压

10、力升高度和凝汽器压力升高, , 机组运行经济性变机组运行经济性变差差. .由于自然风快速吹过空冷风机入口，由于自然风快速吹过空冷风机入口，在风机功率消耗相同的情况下，吸入的在风机功率消耗相同的情况下，吸入的空气量却大幅度减少，由于冷却介质的空气量却大幅度减少，由于冷却介质的减少导致空冷凝汽器换热效率降低减少导致空冷凝汽器换热效率降低. 3 造成大量热空气被空冷风机吸入，导造成大量热空气被空冷风机吸入，导致冷却介质温度升高，冷却效率下降致冷却介质温度升高，冷却效率下降。图图1环境风影响下的空冷岛进环境风影响下的空冷岛进出口温度场和流场出口温度场和流场a) 进口温度场进口温度场(b) 出口温度出口

11、温度场场(c) 进出口速度场进出口速度场4 在环境风作用下在环境风作用下,由于环境风的影由于环境风的影响响, 导致空冷岛进口空气的温度导致空冷岛进口空气的温度场和流场都发生了变化场和流场都发生了变化, 图图1中可中可以看到以看到:在空冷岛的上游在空冷岛的上游, 进口空进口空气流速明显降低气流速明显降低,冷却空气流量减冷却空气流量减少少, 使上游进口空气温度升高使上游进口空气温度升高, 因因此处于上游的空冷散热器的冷却此处于上游的空冷散热器的冷却效果最差效果最差, 凝汽器内冷却温度和凝汽器内冷却温度和排汽压力最高。而下游空冷散热排汽压力最高。而下游空冷散热器的冷却效果相对较好器的冷却效果相对较好

12、, 因此出因此出现了空冷岛不同位置处换热状况现了空冷岛不同位置处换热状况的差异的差异, 极易导致凝汽器内压力极易导致凝汽器内压力失衡失衡, 出现蒸汽回流和不凝汽的出现蒸汽回流和不凝汽的聚集现象聚集现象, 使空气冷却效果更加使空气冷却效果更加恶化恶化, 难以保证机组安全经济运难以保证机组安全经济运行。环境风也使空冷岛进口风速行。环境风也使空冷岛进口风速降低降低, 即降低了空冷散热器的迎即降低了空冷散热器的迎风面整体风速风面整体风速, 使总的冷却空气使总的冷却空气流量下降流量下降, 导致凝汽器整体压力导致凝汽器整体压力升高升高, 机组运行性能变差。机组运行性能变差。回流率回流率为了定量描述空冷凝汽

13、器在有风条件下的为了定量描述空冷凝汽器在有风条件下的不利影响不利影响, 通常使用回流率的概念。回流通常使用回流率的概念。回流率定义为空冷凝汽器进风中所含有的由凝率定义为空冷凝汽器进风中所含有的由凝汽器排出的被加热气体的质量流量与空冷汽器排出的被加热气体的质量流量与空冷凝汽器进风口处的质量流量的比凝汽器进风口处的质量流量的比 pmR 为由凝汽器排出又重新回到凝汽器进风口处的空气质量流量;pm1 为凝汽器进风口处的空气质量流量;pT1为凝汽器进风口处的空气温度;pT2 为凝汽器排风口处的空气温度;pT0 为环境空气温度;回流率回流率可以看到可以看到, 在没有环境风在没有环境风, 而且空冷岛设而且空

14、冷岛设置了挡风墙的情况下置了挡风墙的情况下, 凝汽器没有任何空凝汽器没有任何空气回流气回流, 凝汽器进风口处的空气温度凝汽器进风口处的空气温度T1 等于环境温度等于环境温度T0 , 此时回流率为此时回流率为0 ; 当凝当凝汽器进风口处的空气温度汽器进风口处的空气温度T1 等于排风口等于排风口处的温度处的温度T2 时时, 表明被凝汽器加热的热表明被凝汽器加热的热空气又完全回到了进风口处空气又完全回到了进风口处, 此时空气已此时空气已不具备任何冷却能力不具备任何冷却能力, 回流率为回流率为1 。故。故0 CR 1 。环境风场作用对空冷散热器换热性能的环境风场作用对空冷散热器换热性能的影响影响在无环

15、境风场作用时，空冷散热器出在无环境风场作用时，空冷散热器出口会形成羽流现象，当环境风吹至空冷散口会形成羽流现象，当环境风吹至空冷散热器上方时，由于环境风同空冷散热器发热器上方时，由于环境风同空冷散热器发出的热气有热交换存在，这时原有的羽流出的热气有热交换存在，这时原有的羽流现象，将受自然风扩散的影响被破坏现象，将受自然风扩散的影响被破坏,若若此时自然风温度高于通过冷凝器后的热风此时自然风温度高于通过冷凝器后的热风温度温度,散热器出口热空气位于自然风下层散热器出口热空气位于自然风下层,热量不能顺利散发到环境中热量不能顺利散发到环境中,通过空冷风通过空冷风机抽吸作用这样就出现了热风再循环机抽吸作用

16、这样就出现了热风再循环.（1） 当环境风场的速率小于当环境风场的速率小于2m/s时，因时，因为空冷风机出口风速为为空冷风机出口风速为2.89m/s(暂用暂用)，则自然风的作用不会影响散热器排出热气则自然风的作用不会影响散热器排出热气的羽流状况，热源扩散的大至方向不会改的羽流状况，热源扩散的大至方向不会改变。变。（2） 当环境风场的速度为当环境风场的速度为3 37m/s7m/s时，因为时，因为空冷风机出口风速为空冷风机出口风速为2.89m/s2.89m/s，则自然风，则自然风的作用使得热源扩散方向明显变化，尽管的作用使得热源扩散方向明显变化，尽管这种影响是脉动的，不确定的，对空冷散这种影响是脉动

17、的，不确定的，对空冷散热性能会造成间歇性的很大影响。因为在热性能会造成间歇性的很大影响。因为在散热器上有环形翅片，而翅片间有间隙存散热器上有环形翅片，而翅片间有间隙存在，不会在散热器表面形成旋涡，会有部在，不会在散热器表面形成旋涡，会有部分或大量的热气被挤压在部分散热器的翅分或大量的热气被挤压在部分散热器的翅片四周而无法形成正常的羽流状况，另有片四周而无法形成正常的羽流状况，另有部分热气在扩散中经蒸汽分配管折向影响部分热气在扩散中经蒸汽分配管折向影响后排散热器的排气。同时部分热气被环境后排散热器的排气。同时部分热气被环境风携带扩散经挡风墙折向加速向下，被吸风携带扩散经挡风墙折向加速向下，被吸入

18、挡风墙附近的空冷风机的入口，造成空入挡风墙附近的空冷风机的入口，造成空冷散热器性能下降。冷散热器性能下降。 （3） 当环境风场的速度大于当环境风场的速度大于7m/s，自，自然风的作用会在极短的时间内使本应从散然风的作用会在极短的时间内使本应从散热器翅片上扩散出的热气，突然压回，使热器翅片上扩散出的热气，突然压回，使得大多的散热器的翅片被包围在热源中，得大多的散热器的翅片被包围在热源中，造成换热突然恶化，机组背压升高而危胁造成换热突然恶化，机组背压升高而危胁机组的安全运行。机组的安全运行。热风再回流热风再回流 电厂运行时，冷空气通过散热器排出电厂运行时，冷空气通过散热器排出的热气上升，呈现羽流状

19、况。当大风从炉的热气上升，呈现羽流状况。当大风从炉后吹向平台散热器，风速度超出后吹向平台散热器，风速度超出8ms，羽流状况要被破坏而出现热风再回流。热羽流状况要被破坏而出现热风再回流。热气上升气流被炉后来风压下至钢平台以下，气上升气流被炉后来风压下至钢平台以下，这样的热风又被风机吸入，形式热风再循这样的热风又被风机吸入，形式热风再循环。甚至最边一行风机出现反向转动。在环。甚至最边一行风机出现反向转动。在工程上是增设挡风墙来克服热风再循环，工程上是增设挡风墙来克服热风再循环，挡风墙高度要通过设计而确定。挡风墙高度要通过设计而确定。 不利风场对不利风场对ACC系统影响所采取的措施系统影响所采取的措

20、施针对不利风向对针对不利风向对ACC系统的影响，目前为系统的影响，目前为止世界上的唯一行之有效的手段是在空冷止世界上的唯一行之有效的手段是在空冷平台上部四周加装挡风墙平台上部四周加装挡风墙 ,为了更好地减为了更好地减少不利风向的影响建议采取如下措施：少不利风向的影响建议采取如下措施：不利风场对不利风场对ACC系统影响所采取的措施系统影响所采取的措施 （1） 所有空冷风机按排列位置调整叶片角所有空冷风机按排列位置调整叶片角度，靠近挡风墙的略高，中心区域的保持不变，度，靠近挡风墙的略高，中心区域的保持不变，保证各风机功率不超过额定值，以提高各个空冷保证各风机功率不超过额定值，以提高各个空冷单元的换

21、热效率。单元的换热效率。（2） 在现有挡风墙的基础上，将挡风墙向在现有挡风墙的基础上，将挡风墙向下延伸，以降低环境风场对挡风墙四周风机吸入下延伸，以降低环境风场对挡风墙四周风机吸入口的影响。同时使回热风的行程延长，以降低风口的影响。同时使回热风的行程延长，以降低风机吸入口因环境风场作用所形成的热风温度。此机吸入口因环境风场作用所形成的热风温度。此项工作须进行相应的风洞试验准备，以确定挡风项工作须进行相应的风洞试验准备，以确定挡风墙的延伸长度。墙的延伸长度。 不利风场对不利风场对ACC系统影响所采取的措施系统影响所采取的措施 （3） 在延伸后的挡风墙上装设必要的电动在延伸后的挡风墙上装设必要的电

22、动格栅，以满足在无环境风场作用时的风机吸入空格栅，以满足在无环境风场作用时的风机吸入空气量，此项内容也要进行相应的风洞试验准备，气量，此项内容也要进行相应的风洞试验准备，以确定电动格栅的尺寸和数量。以确定电动格栅的尺寸和数量。（4） 在在1,2号机空冷岛上都装设高灵敏度号机空冷岛上都装设高灵敏度的风向风速仪，将其信号引至机组的风向风速仪，将其信号引至机组DCS画面，根画面，根据不同的风向、风速，由运行人员控制电动格栅据不同的风向、风速，由运行人员控制电动格栅的启的启/闭，同时依据风洞试验的结果，对照排汽闭，同时依据风洞试验的结果，对照排汽背压的趋势合理调整机组出力，以提高机组的安背压的趋势合理

23、调整机组出力，以提高机组的安全性和经济性。全性和经济性。 不利风场对不利风场对ACC系统影响所采取的措施系统影响所采取的措施（5） 编制背压急速升高快速降负荷的编制背压急速升高快速降负荷的热控逻辑，通过背压急速升高率和风速、热控逻辑，通过背压急速升高率和风速、风向仪的修正等变量，靠机组风向仪的修正等变量，靠机组DCS控制系控制系统实现机组负荷的自动快速降低，尽可能统实现机组负荷的自动快速降低，尽可能避免因大风突袭所造成的停机事件发生。避免因大风突袭所造成的停机事件发生。 不利风向影响空冷机组实例不利风向影响空冷机组实例汽轮机背压经常因环境风场的影响波动，汽轮机背压经常因环境风场的影响波动，冬季

24、因环境温度偏低影响不大。但夏季环冬季因环境温度偏低影响不大。但夏季环境温度较高（境温度较高（2634）,在恒定高的环在恒定高的环境温度和机组负荷不变的情况下，只要环境温度和机组负荷不变的情况下，只要环境风场发生变化（风速、风向），机组的境风场发生变化（风速、风向），机组的背压值就会发生大幅度升高，迫使机组降背压值就会发生大幅度升高，迫使机组降负荷甚至发生机组掉闸的事故，严重影响负荷甚至发生机组掉闸的事故，严重影响机组的安全运行机组的安全运行 不利风向影响空冷机组实例不利风向影响空冷机组实例章山章山2号机组受到不利风向影响被迫降负荷运行号机组受到不利风向影响被迫降负荷运行（1） 机组受大风影响前

25、运行情况。在机组受大风影响前运行情况。在2005年年4月月28日日15 0016 07期间，机组运行比较平稳，负荷维持在期间，机组运行比较平稳，负荷维持在286291MW，环境温度在环境温度在32，空冷风机入口空气温度在，空冷风机入口空气温度在3738，机组背压在，机组背压在407417kPa，机组全部空冷风机组全部空冷风机转速维持在机转速维持在98%运行。运行。（2） 机组受大风影响期间运行情况。在机组受大风影响期间运行情况。在2005年年4月月28日日16 0717 00期间，期间，机组由于受到环境大风的影响，环境机组由于受到环境大风的影响，环境自然风向为东风，风力大约在自然风向为东风，风

26、力大约在80100m/s，机组运行背，机组运行背压发生大幅度变化，在压发生大幅度变化，在16 07时机组运行背压为时机组运行背压为415kPa，截止到截止到16 14时，机组运行背压升高到时，机组运行背压升高到512kPa；在此期间在此期间机组负荷由机组负荷由291MW降低到降低到272MW；环境温度在此期间由；环境温度在此期间由325降低到降低到308；空冷风机入口环境温度由；空冷风机入口环境温度由37降低降低到到36；机组全部空冷风机转速维持在；机组全部空冷风机转速维持在98%运行。截止到运行。截止到16 38时，机组负荷降低到时，机组负荷降低到220MW，这时机组运行背压为，这时机组运行

27、背压为44kPa，环境温度，环境温度302，风机入口空气温度为，风机入口空气温度为367。截止到截止到19 35时，机组负荷恢复到时，机组负荷恢复到291MW，机组运行背压为，机组运行背压为33kPa，环境温度为，环境温度为241，风机入口空气温度为，风机入口空气温度为274。不利风向影响空冷机组实例不利风向影响空冷机组实例漳山漳山2 2号机组受到不利风向的阵风影响机组掉闸号机组受到不利风向的阵风影响机组掉闸（1 1） 机组受大风影响前运行情况。在机组受大风影响前运行情况。在20052005年年6 6月月2222日日 16 0016 0017 3017 30期间，机组运行比较平稳，机组由于环境

28、温度期间，机组运行比较平稳，机组由于环境温度比较高，机组负荷维持在比较高，机组负荷维持在250250254MW254MW，环境温度在环境温度在3838，空冷风，空冷风机入口空气温度在机入口空气温度在40404545，机组运行背压在，机组运行背压在44.144.146465kPa5kPa，机组全部空冷风机转速维持在机组全部空冷风机转速维持在98%98%运行。运行。（2 2） 机组受大风影响期间运行情况。在机组受大风影响期间运行情况。在20052005年年6 6月月2222日日17 3017 3017 4217 42期间，期间，机组由于受到环境大风的影响，环境自机组由于受到环境大风的影响，环境自然风向为东北风，风力估计在然风向