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直接空冷冷端系統(tǒng)熱經(jīng)濟性分析研究
武漢天立華高電氣設(shè)備有限公司
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【摘 要】 在分析直接空冷系統(tǒng)凝汽器壓力變工況計算模型基礎(chǔ)上,導(dǎo)出了直接空冷系統(tǒng)冷端各運行參數(shù)對機組運行熱經(jīng)濟性影響的計算模型,為空冷機組冷端系統(tǒng)的優(yōu)化運行提供了理論依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】空冷系統(tǒng);熱經(jīng)濟性;計算模型

1 前 言

隨著大量空冷機組的投運,降低空冷機組發(fā)電成本,提高機組運行經(jīng)濟性已成為發(fā)電企業(yè)的當務(wù)之急。目前,國內(nèi)外空冷機組運行中的突出問題是冷端系統(tǒng)運行性能達不到設(shè)計值,嚴重影響了機組出力和廠用電。特別是冷卻塔出力不足、循環(huán)水系統(tǒng)不匹配、凝汽器漏空氣和冷卻管結(jié)垢等嚴重影響了機組真空,由此造成的煤耗損失多達1~4 g / kW × h。這些大多在其冷端系統(tǒng),因此對其冷端系統(tǒng)進行研究,尤其冷端變工況下特性的研究具有重要意義。

目前,空冷冷端系統(tǒng)的研究大多限于單個設(shè)備的運行特性研究或是局部系統(tǒng)變工況研究。本文首先根據(jù)變工況下冷端參數(shù)對排氣壓力的影響關(guān)系,通過排汽壓力變化對熱經(jīng)濟性的影響,建立變工況下冷端系統(tǒng)各參數(shù)與機組熱經(jīng)濟性的直接關(guān)系模型,該關(guān)系更能反映機組冷端系統(tǒng)運行經(jīng)濟性,為機組運行和優(yōu)化提供指導(dǎo)。

2 數(shù)學(xué)模型

直接空冷裝置的換熱模型如圖1 和2 所示。

空冷凝汽器為表面式換熱器,其管內(nèi)進行蒸汽的冷凝,管外進行空氣的對流。

首先針對直接空冷裝置研究各種工況下凝汽器壓力的計算模型,由于所研究的對象是實際運行的直接空冷裝置,其換熱面積和結(jié)構(gòu)尺寸已經(jīng)設(shè)計完成,故采用傳熱單元數(shù)法(e - NTU )進行研究[15]。

管內(nèi)凝結(jié)放熱量: ( ) n n n sn Q =q h -h (1)

管外空氣吸熱量: 1 2 ( ) a a p a a Q = G c t -t (2)

式中, n q 汽輪機排汽量,kg s; sn h 空冷凝汽器的凝結(jié)水焓,kJ kg ; n h 汽輪機排汽焓,kJ kg ;n空冷凝汽器的凝結(jié)側(cè)參數(shù)。a1 t , a2 t表示空氣進、出口溫度,℃; p c 表示質(zhì)量定壓熱容,kJ (kg × ?C); a G F NF = S v r 表示空氣流量,kg s; F S 表示換熱器迎風(fēng)面積,m2;r 表示空氣密度,kg m3 ; NF v 表示迎面風(fēng)速,m s;“ a ” 表示表示空冷凝汽器的空氣側(cè)參數(shù)

分析式(8)中的影響因素可發(fā)現(xiàn): n P 代表汽輪機的排汽熱負荷(冷源損失),是機組的電負荷和熱力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征(即熱力循環(huán))所決定的,即為機組的運行工況所決定,不能人為改變;a1 t 為外界環(huán)境溫度,也是不能人為改變的;NF v 為迎面風(fēng)速,對自然通風(fēng)空冷裝置,可認為是不能人為改變的;對機械通風(fēng)空冷裝置,

可通過改變百葉窗開度或風(fēng)機的功率來進行調(diào)整; ,i o M M 為空冷裝置管內(nèi)、外的污垢系數(shù),是可通過檢修、維護等改變的。

3 算例分析

以200MW 機組的機械通風(fēng)直接空冷系統(tǒng)為例進行分析,汽輪機的排汽壓力n P 為0.0147MPa ,對應(yīng)的飽和水溫度n t 為52.6℃,在設(shè)計排汽壓力n P 下的散熱量n Q 為300MJ s,設(shè)計空氣溫度a1 t 為17℃,空冷凝汽器采用矩形翅片橢圓管束,其外表全部熱鍍鋅。

空冷凝汽器的有關(guān)資料: 1)橢圓鋼管長短徑100mm×20 mm,壁厚1.5 mm;2)矩形鋼翅片119 mm×49 mm,冷空氣側(cè)片距4mm,熱空氣側(cè)片距2.5 mm;3)每片散熱器外形尺寸9.66×2.95×0.52 m,每排共有兩排管錯列布置,縱橫向節(jié)距125 mm和50 mm,每片散熱器有115 根管;4)以翅片外表面計算,每片散熱器面積3000 m2,翅化比13.9。

下面就上述各個影響參數(shù)進行分析研究。

對于客觀因素:結(jié)構(gòu)參數(shù),如i F , o F ,對于已定型設(shè)計完成的電廠是不可能改變的,故這里不作討論。另外諸如r , p C ,l 等物性參數(shù)只隨物質(zhì)種類變化而改變,在實際電廠中也是無法改變的。最后需要考慮的是客觀因素中的環(huán)境特性,即機組的熱負荷n Q ,環(huán)境大氣溫度a1 t 和風(fēng)速NF v 。機組熱負荷不隨機組運行的影響,它只與外界用電量的多少有關(guān);環(huán)境溫度和環(huán)境風(fēng)速均對機組的經(jīng)濟運行產(chǎn)生影響。對

于另外一類運行參數(shù),如a G , w G , NF v , i e ,o e 等則與機組運行狀況緊密相關(guān)。

(1)機組環(huán)境特性分析

負荷特性:是指機組在一定運行狀況下,一定的環(huán)境溫度下,機組熱負荷變化對機組經(jīng)濟性影響的關(guān)系。環(huán)境溫度特性:是指機組在一定運行狀況下,一定的熱負荷下,機組環(huán)境溫度變化對機組經(jīng)濟性影響的關(guān)系。

環(huán)境風(fēng)速特性:是指機組在一定運行狀況下,一定的熱負荷和環(huán)境溫度下,環(huán)境風(fēng)速變化對機組熱經(jīng)濟性的影響關(guān)系。

(2)機組運行特性分析

另外一類運行參數(shù),如a G , w G , NF v , i e ,o e 等則與機組運行緊密相關(guān)。機組運行特性分析則主要是對機組的這些相關(guān)運行參數(shù)進行分析。

通過上章中介紹的凝汽器壓力分析模型可以得到凝汽器壓力的熱負荷、環(huán)境溫度影響特性。

圖3為直接空冷系統(tǒng)在空氣流速2.8m s下,不考慮散熱器的內(nèi)外熱阻,在環(huán)境溫度為15℃、17℃、19℃、21℃、24℃時不同的排汽熱負荷時的凝汽器壓力值。由圖可知,隨著負荷的增加,凝汽器壓力直線增加,環(huán)境溫度越高,背壓越大。同一負荷下環(huán)境溫度越高,壓力也就越高。


 

狀 態(tài): 離線

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