直接空冷机组最佳背压的研究

直接空冷机组最佳背压的研究

目前，直接供冷技术广泛应用于中国西北部的大型火力厂。在直接空冷电站中,空凝器配有大直径轴流风机,投资高,为厂用电的大户。在一定的环境条件和汽轮机排汽量下,增大空冷风机风量、降低背压以提高汽轮机出力,可增加空冷风机功耗。以空凝器冷端数学模型为基础,结合空冷风机变工况运行规律,得出了空凝器最佳背压的数学模型;在建立由综合因素影响的空凝器背压关系的基础上,从理论上研究空冷机组存在的理论最佳背压及影响因素,为空冷机组的优化运行提供参考。1排汽背压的确定式(1)为空冷凝汽器的冷端数学模型［1］,求出凝结温度tn后,通过水蒸气图表或焓熵计算软件,可得出对应的饱和蒸汽压力pc,即空凝器背压,再加上汽轮机排汽管道压降(由排汽管道结构和排汽量决定)即为汽轮机排汽背压。2空冷风机的变换期2.1台风机静压和风力空冷风机并联运行数量越多,相互影响越大,对应到每台风机的风量就越小。2台风机并联运行时,静压—风量特性曲线发生变化,静压和风量比单台风机的静压和风量小,且不是单台风机静压和风量之和。实验表明,2台风机并联运行时的集群因子ηn=0.95,即2台风机并联时,每台风机风量只能达到单台运行时风量的95%［2］。对于600MW直接空冷机组,空冷风机布置方式为7×8或8×8(每列冷却单元组7台或8台空冷风机并联运行),集群因子ηn≈0.92。因此计算每列冷却单元组空冷风机并联运行的风量时,需实测空凝器冷却单元翅片管束阻力特性,结合空冷风机的性能曲线得到单台风机的风量,再根据集群因子计算出空冷风机并联运行后的总风量［3］。2.2环境横向风的影响空冷风机运行时常受到环境风影响,由于空凝器加装挡风墙,可消除部分环境横向风对空冷风机运行的影响,但不能完全消除。环境横向风相当于增加了翅片管束的气体流动阻力,使系统阻力特性曲线上移,导致风机工作点左移,减小了风量,影响了冷却单元的换热性能。常用的横向风对翅片管束阻力的修正经验公式为式中:Δpa为横向环境风对翅片管束阻力的静压,Pa;ρa为空气密度,kg/m3;va为横向风速,kg/s。2.3风机台数计算通过热力模型公式得出相应的风机风量后,根据风机性能参数间关系得到空冷风机功耗PG。根据相似理论,对于同一类风机而言,风机功率和风量之间的关系为式中:PFi为风机实际运行时的电功率,kW;ρi为风机出口处实际空气密度,kg/m3;ρ0为风机在标准工况下的空气密度,kg/m3;Li为各风机实际风量,m3/h;L0max为风机在标准工况下的最大风量,m3/h;PFmax为最大风量时风机消耗的电功率,kW。确定出翅片管束阻力特性和风机性能曲线后,可得到单台风机的风量,由集群因子可近似得到每列冷却单元组风机100%转速工况下的总风量,计算公式如下［4］:式中:GL为每列冷却单元组风量,m3/h;ηn为风机集群因子;m为每台风机的风量,kg/s;ρa为空气密度,kg/m3;N为每列空冷单元组风机台数。已知每列冷却单元组风机的风量后,再根据风机的变频调速情况,结合风量与风机功率的近似关系,可得出空凝器风机群的总风量与最大风量。3轮机微增功率曲线的计算汽轮机净收益功率的公式为式(5)中背压变化对汽轮机功率的影响ΔP由汽轮机微增功率曲线经过拟合得到,ΔPt的大小与汽轮机背压变化的大小有关。因此,最佳背压的计算过程中会出现迭代现象,需要编写程序进行计算。以汽轮机净收益最大为目标函数,计算出最佳风量后,利用式(6)即可得到最佳背压值［5］。4台布置方式某600MW空冷机组,空冷岛为8×8(列×台)布置方式,每台机组共有风机64台,每台风机额定功率66.6kW,通过式(4)和风机变频运行计算得到了冷却单元风机在不同频率下的总风量,见表1。4.1风机在最佳背压下运行以600MW空冷机组数据为基础,以空凝器设计背压15kPa为初始计算点,根据式(5)的数学模型得到了不同负荷下空凝器最佳背压随进口空气温度的变化规律。从图1可见,空凝器最佳背压随进口空气温度的升高而增大,当进口空气温度超过20℃,温度变化1℃最佳背压变化2kPa左右,且汽轮机负荷对最佳背压的影响要小于进口空气温度的影响。图1中直线段的出现是由于汽轮机阻塞背压的限制,背压不能继续降低。表2为不同负荷下最佳背压随进口空气温度变化的统计表,其风量并不能直接确定各列冷却单元组风机的运行参数,需结合表1才能得到。表3给出了100%负荷下达到最佳背压值时各列冷却单元组风机的运行参数,其它工况下达到最佳背压值时风机运行参数可照此法得到。值得注意的是选择各列冷却单元组风机组合时,为保证各列冷却单元组的换热平衡及风机的节能运行,应尽量使各列冷却单元组风机运行在相同或相近的频率下。如在100%负荷下(排汽量350.5t/h)、进口空气温度为-10℃,此时空凝器的背压为8kPa,所需风量为15550kg/s,这时若以7/42(逆流风机停运)台风机,频率40Hz运行时,风机总功率为1415.4kW,如果以8/48(逆流风机停运)台风机,频率35Hz运行时,则风机总功率为1128.3kW。两者相比,显然风机运行的原则是应尽量使风机多投、低频运行。4.2环境横向风对机组运行的影响以空凝器当前背压为15kPa和20kPa为起算点,结合最佳背压数学模型,得出最佳背压随环境横向风速的变化规律。由于环境横向风减小了风机群的最大风量,最佳背压随风速的不断增加而减小,要求的风量也不断降低,但风机功率不断增加,见表4。如图2所示,随着横向风速的不断增大最佳背压不断升高,当风速大于6m/s时,最佳背压上升速度开始加快。当机组遇到较大环境横向风时应时刻注意机组背压的变化。表5为由当前背压15kPa时计算出的不同环境横向风速下达到最佳背压时风机运行参数,可见横向风速越大,风机提供的风量越小,所需功率越大。如果机组运行在夏季环境即温度较高时,机组背压高,遇到较高环境风速时风机风量迅速减少,背压升高较快,严重威胁机组的安全运行,虽然风机超负荷运行可抵消一部分环境横向风的影响,但不能完全消除,此时就需要采取其它措施保证机组安全运行,如降低机组负荷、开启喷淋装置、投运备用水环真空泵等,防止空凝器背压恶化,导致机组跳闸停机,给电厂带来不必要的损失。直接空冷机组在冬季时无法在最佳背压下运行,首先应该考虑机组防冻,切不可简单考虑机组经济性而忽视机组安全,如果背压控制不合理,很容易将空凝器凝结水管冻裂［6］。5空冷