空冷凝汽器全工況運(yùn)行特性分析(2)

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1空冷凝汽器理論模型通常情況下，排汽從汽輪機(jī)出口到凝汽器入口有幾千帕的壓降。該壓降變化不大，近似看作常數(shù)。當(dāng)忽略排汽由汽輪機(jī)出口流向凝汽器入口以及蒸汽在凝汽器內(nèi)的流動壓降時，凝汽器壓力可認(rèn)為是排汽壓力，即汽輪機(jī)背壓，空冷凝汽器內(nèi)發(fā)生的是等溫凝結(jié)過程。該假設(shè)盡管會對汽輪機(jī)背壓的分析引入一定的誤差，但在該假設(shè)下得到的結(jié)果對空冷凝汽器的運(yùn)行仍然具有一定的參考價值。通過對蒸汽側(cè)和空氣側(cè)能量平衡方程、空冷凝汽器傳熱方程以及空冷凝汽器效能、傳熱單元數(shù)的推導(dǎo)，可得到空冷凝汽器內(nèi)凝結(jié)溫度珞與各影響因素之間滿足關(guān)系式中：rh,為凝結(jié)蒸汽量；r為凝汽器壓力下的汽化潛熱；P、勺分別為空氣密度和比熱；戽、咋分別為空冷凝汽器迎風(fēng)面面積和迎風(fēng)面風(fēng)速；K、A為空冷凝汽器傳熱系數(shù)和傳熱面積，傳熱面積通常取管外側(cè)面積，即管外光管部分和翅片部分的面積之和；f。，為冷卻空氣進(jìn)口溫度。大容量空冷機(jī)組常用的蛇形翅片扁平管結(jié)構(gòu)空冷凝汽器傳熱系數(shù)量通過式(2)計(jì)算圓式中：E、￡為空冷凝汽器管內(nèi)外污垢熱阻；^、ho為空冷凝汽器管內(nèi)蒸汽凝結(jié)換熱系數(shù)和管外空氣對流換熱系數(shù)；萬、五分別為空冷凝汽器管壁厚度，導(dǎo)熱系數(shù)；A、A為空冷凝汽器內(nèi)外換熱面積；導(dǎo)熱系數(shù)、動力粘度；t。為管壁溫度；L為翅片管的長度；g為重力加速度。空冷凝汽器外側(cè)為空氣強(qiáng)迫對流換熱，其換熱系數(shù)一般由空冷凝汽器供應(yīng)商提供，通常通過實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式(4)計(jì)算：Nu=f(Re)(4)式中：Nu為空氣對流換熱的Nusselt數(shù)，Nu=h允；z為管外空氣對流換熱的特征尺度，根據(jù)不oll同翅片管形式選取不同的尺寸做為特征尺度。五為空氣導(dǎo)熱系數(shù)。RP為管外空氣流動的雷諾數(shù)，Re=VmlIV,,；屹為空氣運(yùn)動粘度，％為管外翅片空間空氣流通截面A。上的流速。空冷凝汽器設(shè)計(jì)通常采用迎面風(fēng)速的概念，滿足：可以得到管外空氣對流換熱系數(shù)與迎面風(fēng)速的關(guān)系：吃=g(vO(6)將通過式(3)和(6)得到的換熱系數(shù)和相應(yīng)污垢、積灰熱阻代入式(2)，即可獲得空冷凝汽器傳熱系數(shù)。然后根據(jù)式(1)即可得出凝汽器溫度k，從而獲得汽輪機(jī)背壓。
2空冷凝汽器全工況運(yùn)行特性
2．1全工況運(yùn)行特性理論依據(jù)式(1)表明，汽輪機(jī)背壓可用式(7)關(guān)系描述：即汽輪機(jī)背壓與空冷凝汽器凝結(jié)蒸汽量m．、空冷凝汽器迎風(fēng)面風(fēng)速vP、空冷凝汽器進(jìn)口空氣溫度乞．、空冷凝汽器管內(nèi)外污垢熱阻E、￡有關(guān)。當(dāng)不考慮污垢熱阻的影響時，汽輪機(jī)背壓僅與m。、％、fd．有關(guān)，即P，=，(他，PF，乞1) (8)根據(jù)SPX公司300 MW機(jī)組單排管束空冷凝汽器典型參數(shù)，計(jì)算汽輪機(jī)背壓隨各運(yùn)行參數(shù)的變化，進(jìn)行空冷凝汽器全工況運(yùn)行特性分析。計(jì)算分析以2個迎風(fēng)面風(fēng)速工況，軸流石家莊風(fēng)機(jī)全速運(yùn)行和半速運(yùn)行為例。該300 MW直接空冷機(jī)組設(shè)計(jì)參數(shù)為：汽輪機(jī)設(shè)計(jì)背壓為15 kPa：設(shè)計(jì)環(huán)境溫度為11．1℃；管束迎風(fēng)面面積為6116m2，迎風(fēng)面風(fēng)速為2．45 m／s；空冷凝汽器總傳熱面積793 692 m2，其中順流管束面積672 354 m2，逆流管束面積121 338 m2，順逆流管束面積比約為5．5。
2．2石家莊風(fēng)機(jī)全速運(yùn)行時直接空冷系統(tǒng)運(yùn)行特性軸流石家莊風(fēng)機(jī)全速運(yùn)行時，空冷凝汽器順流管束傳熱系數(shù)為30．7 W／(m2．K)，逆流管束傳熱系數(shù)為26．5 W／(m2．K1。根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，即可獲得石家莊風(fēng)機(jī)全速運(yùn)行時直接空冷系統(tǒng)運(yùn)行特性。圖1和圖2分別給出了凝汽器溫度、汽輪機(jī)背壓隨凝汽器進(jìn)口空氣溫度和凝汽器凝結(jié)蒸汽量的變化曲線。可以看到，隨空冷凝汽器進(jìn)口空氣溫度升高，凝汽器凝結(jié)溫度和汽輪機(jī)背壓也相應(yīng)升高。隨凝汽器凝結(jié)蒸汽量增加，凝汽器凝結(jié)溫度和汽輪機(jī)背壓也增加。在該性能曲線上，可以找到空冷凝汽器設(shè)計(jì)點(diǎn)，即m，=240 kg／s，f4l=11．1℃，胎15 kPa。在設(shè)計(jì)凝結(jié)蒸汽量下，當(dāng)凝汽器進(jìn)口空氣溫度達(dá)30℃時，汽輪機(jī)背壓達(dá)33．6kPa，此時背壓很高，機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性明顯下降。可見，在溫度較高的夏季，如要保證汽輪機(jī)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，就需降低凝汽器熱負(fù)荷，導(dǎo)致機(jī)組出力下降。反之，如要保證機(jī)組滿發(fā)，汽輪機(jī)就要在高背壓下運(yùn)行，機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性降低。為降低機(jī)組夏季高溫運(yùn)行時的背壓，向空氣中噴水以增加空氣濕度，從而提高空氣潛熱交換能力已經(jīng)成為一種有效方式。如Conradie和Kr69er[17])3乏Maulbetsch等【181就對空冷凝汽器空氣側(cè)噴霧以提高空冷凝汽器性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。國內(nèi)也有空冷電廠采取了這種措施，改善了機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。