直接空冷機組最佳背壓的研究

直接空冷機組最佳背壓的研究

目前，直接供冷技術廣泛應用于中國西北部的大型火力廠。在直接空冷電站中,空凝器配有大直徑軸流風機,投資高,為廠用電的大戶。在一定的環(huán)境條件和汽輪機排汽量下,增大空冷風機風量、降低背壓以提高汽輪機出力,可增加空冷風機功耗。以空凝器冷端數(shù)學模型為基礎,結合空冷風機變工況運行規(guī)律,得出了空凝器最佳背壓的數(shù)學模型;在建立由綜合因素影響的空凝器背壓關系的基礎上,從理論上研究空冷機組存在的理論最佳背壓及影響因素,為空冷機組的優(yōu)化運行提供參考。1排汽背壓的確定式(1)為空冷凝汽器的冷端數(shù)學模型［1］,求出凝結溫度tn后,通過水蒸氣圖表或焓熵計算軟件,可得出對應的飽和蒸汽壓力pc,即空凝器背壓,再加上汽輪機排汽管道壓降(由排汽管道結構和排汽量決定)即為汽輪機排汽背壓。2空冷風機的變換期2.1臺風機靜壓和風力空冷風機并聯(lián)運行數(shù)量越多,相互影響越大,對應到每臺風機的風量就越小。2臺風機并聯(lián)運行時,靜壓—風量特性曲線發(fā)生變化,靜壓和風量比單臺風機的靜壓和風量小,且不是單臺風機靜壓和風量之和。實驗表明,2臺風機并聯(lián)運行時的集群因子ηn=0.95,即2臺風機并聯(lián)時,每臺風機風量只能達到單臺運行時風量的95%［2］。對于600MW直接空冷機組,空冷風機布置方式為7×8或8×8(每列冷卻單元組7臺或8臺空冷風機并聯(lián)運行),集群因子ηn≈0.92。因此計算每列冷卻單元組空冷風機并聯(lián)運行的風量時,需實測空凝器冷卻單元翅片管束阻力特性,結合空冷風機的性能曲線得到單臺風機的風量,再根據(jù)集群因子計算出空冷風機并聯(lián)運行后的總風量［3］。2.2環(huán)境橫向風的影響空冷風機運行時常受到環(huán)境風影響,由于空凝器加裝擋風墻,可消除部分環(huán)境橫向風對空冷風機運行的影響,但不能完全消除。環(huán)境橫向風相當于增加了翅片管束的氣體流動阻力,使系統(tǒng)阻力特性曲線上移,導致風機工作點左移,減小了風量,影響了冷卻單元的換熱性能。常用的橫向風對翅片管束阻力的修正經(jīng)驗公式為式中:Δpa為橫向環(huán)境風對翅片管束阻力的靜壓,Pa;ρa為空氣密度,kg/m3;va為橫向風速,kg/s。2.3風機臺數(shù)計算通過熱力模型公式得出相應的風機風量后,根據(jù)風機性能參數(shù)間關系得到空冷風機功耗PG。根據(jù)相似理論,對于同一類風機而言,風機功率和風量之間的關系為式中:PFi為風機實際運行時的電功率,kW;ρi為風機出口處實際空氣密度,kg/m3;ρ0為風機在標準工況下的空氣密度,kg/m3;Li為各風機實際風量,m3/h;L0max為風機在標準工況下的最大風量,m3/h;PFmax為最大風量時風機消耗的電功率,kW。確定出翅片管束阻力特性和風機性能曲線后,可得到單臺風機的風量,由集群因子可近似得到每列冷卻單元組風機100%轉速工況下的總風量,計算公式如下［4］:式中:GL為每列冷卻單元組風量,m3/h;ηn為風機集群因子;m為每臺風機的風量,kg/s;ρa為空氣密度,kg/m3;N為每列空冷單元組風機臺數(shù)。已知每列冷卻單元組風機的風量后,再根據(jù)風機的變頻調速情況,結合風量與風機功率的近似關系,可得出空凝器風機群的總風量與最大風量。3輪機微增功率曲線的計算汽輪機凈收益功率的公式為式(5)中背壓變化對汽輪機功率的影響ΔP由汽輪機微增功率曲線經(jīng)過擬合得到,ΔPt的大小與汽輪機背壓變化的大小有關。因此,最佳背壓的計算過程中會出現(xiàn)迭代現(xiàn)象,需要編寫程序進行計算。以汽輪機凈收益最大為目標函數(shù),計算出最佳風量后,利用式(6)即可得到最佳背壓值［5］。4臺布置方式某600MW空冷機組,空冷島為8×8(列×臺)布置方式,每臺機組共有風機64臺,每臺風機額定功率66.6kW,通過式(4)和風機變頻運行計算得到了冷卻單元風機在不同頻率下的總風量,見表1。4.1風機在最佳背壓下運行以600MW空冷機組數(shù)據(jù)為基礎,以空凝器設計背壓15kPa為初始計算點,根據(jù)式(5)的數(shù)學模型得到了不同負荷下空凝器最佳背壓隨進口空氣溫度的變化規(guī)律。從圖1可見,空凝器最佳背壓隨進口空氣溫度的升高而增大,當進口空氣溫度超過20℃,溫度變化1℃最佳背壓變化2kPa左右,且汽輪機負荷對最佳背壓的影響要小于進口空氣溫度的影響。圖1中直線段的出現(xiàn)是由于汽輪機阻塞背壓的限制,背壓不能繼續(xù)降低。表2為不同負荷下最佳背壓隨進口空氣溫度變化的統(tǒng)計表,其風量并不能直接確定各列冷卻單元組風機的運行參數(shù),需結合表1才能得到。表3給出了100%負荷下達到最佳背壓值時各列冷卻單元組風機的運行參數(shù),其它工況下達到最佳背壓值時風機運行參數(shù)可照此法得到。值得注意的是選擇各列冷卻單元組風機組合時,為保證各列冷卻單元組的換熱平衡及風機的節(jié)能運行,應盡量使各列冷卻單元組風機運行在相同或相近的頻率下。如在100%負荷下(排汽量350.5t/h)、進口空氣溫度為-10℃,此時空凝器的背壓為8kPa,所需風量為15550kg/s,這時若以7/42(逆流風機停運)臺風機,頻率40Hz運行時,風機總功率為1415.4kW,如果以8/48(逆流風機停運)臺風機,頻率35Hz運行時,則風機總功率為1128.3kW。兩者相比,顯然風機運行的原則是應盡量使風機多投、低頻運行。4.2環(huán)境橫向風對機組運行的影響以空凝器當前背壓為15kPa和20kPa為起算點,結合最佳背壓數(shù)學模型,得出最佳背壓隨環(huán)境橫向風速的變化規(guī)律。由于環(huán)境橫向風減小了風機群的最大風量,最佳背壓隨風速的不斷增加而減小,要求的風量也不斷降低,但風機功率不斷增加,見表4。如圖2所示,隨著橫向風速的不斷增大最佳背壓不斷升高,當風速大于6m/s時,最佳背壓上升速度開始加快。當機組遇到較大環(huán)境橫向風時應時刻注意機組背壓的變化。表5為由當前背壓15kPa時計算出的不同環(huán)境橫向風速下達到最佳背壓時風機運行參數(shù),可見橫向風速越大,風機提供的風量越小,所需功率越大。如果機組運行在夏季環(huán)境即溫度較高時,機組背壓高,遇到較高環(huán)境風速時風機風量迅速減少,背壓升高較快,嚴重威脅機組的安全運行,雖然風機超負荷運行可抵消一部分環(huán)境橫向風的影響,但不能完全消除,此時就需要采取其它措施保證機組安全運行,如降低機組負荷、開啟噴淋裝置、投運備用水環(huán)真空泵等,防止空凝器背壓惡化,導致機組跳閘停機,給電廠帶來不必要的損失。直接空冷機組在冬季時無法在最佳背壓下運行,首先應該考慮機組防凍,切不可簡單考慮機組經(jīng)濟性而忽視機組安全,如果背壓控制不合理,很容易將空凝器凝結水管凍裂［6］。5空冷