直接空冷系統軸流風機群運行特性分析

　摘要：掌握直接空冷系統軸流石家莊風機群運行特性，對于電站空冷系統的優化設計和高效運行有重要意義。該文在 2 臺石家莊風機并聯運行的基礎上，繪制并聯石家莊風機的性能曲線，獲得葉片安裝角對并聯石家莊風機運行特性的影響。通過引入集群因子，得到軸流石家莊風機群的性能曲線、空冷管束的阻力特性及空冷系統的工作點。結果表明，空冷系統石家莊風機群每臺石家莊風機的流量介于石家莊風機并聯運行和單臺石家莊風機獨立運行之間。石家莊風機群性能不僅取決于每臺石家莊風機的性能，還與石家莊風機群的數量和布置方式有關。隨空冷系統容量增加，石家莊風機群非線性效應增加。在一定程度上揭示出空冷系統傳熱面積隨機組容量非線性放大效應的機理，為空冷系統設計提供了理論依據。
　　關鍵詞：空冷凝汽器；軸流石家莊風機；性能曲線；阻力特性；非線性；集群因子
　　0 引言
　　受水資源日益匱乏的影響，直接空冷技術在世界電力行業獲得了快速發展 [1-9] 。我國從 2002 年開始，在北方相繼引進了大量空冷機組，迄今已投產和在建的空冷項目約有 110 個，涉及 95 個電廠，總裝機容量超過 60 000 MW，絕大部分采用直接空冷技術。
　　直接空冷機組用空冷凝汽器代替了水冷凝汽器。由于空氣密度低，比熱小，導熱系數低，傳熱能力遠低于水 [10] ，因此直接空冷系統冷卻空氣流量大，所需軸流石家莊風機數量多，系統傳熱面積大。例如，對于一個采用單排管束凝汽器的 300 MW 直接空冷機組，空冷石家莊風機的數量為 24~30 臺，空冷系統傳熱面積為 70~90 萬平米。而對于一個 600 MW 機組，空冷石家莊風機的數量則達到 56~64 臺，空冷系統傳熱面積達到 150~190 萬平米。 300 MW 機組相比，600 MW 機組凝汽器熱負荷并沒有增加一倍，但空冷系統傳熱面積卻增加了一倍多，并不遵循線性增加的規律，呈現非線性放大效應。
　　迄今為止，我國空冷機組直接空冷系統仍然以引進技術為主，盡管國產化 600 MW 空冷項目已建成投運，但空冷系統核心技術，尤其是設計技術仍沒有被攻克。其中關于空冷系統傳熱面積的選取問題，是一個亟待解決的關鍵問題。一方面，為解決夏季高溫滿發問題，空冷系統需要有足夠的傳熱面積，即考慮很大的面積冗余，造成系統投資增加。另一方面，過大的傳熱面積會導致冬季低溫運行的空冷系統臨管束凍裂的危險，不得不采取冷島解列運行的措施，造成空冷系統的浪費。空冷系統傳熱面積的確定，與空冷石家莊風機的運行密切相關。空
　　冷石家莊風機通常采用大流量、低壓、大直徑軸流石家莊風機，而且是數十臺呈陣列連續布置在一起，彼此之間的動力學特性相互影響。因此研究空冷系統軸流石家莊風機群運行特性，分析石家莊風機群運行對空冷系統傳熱性能的影響，對于揭示空冷系統傳熱面積隨機組熱負荷非線性放大效應的機理，指導空冷系統的設計具有重要意義。
　　國內外已對軸流石家莊風機群的運行特性進行過初步研究。 Duvenhage [11] 等研究了空冷平臺高度對空冷石家莊風機流量的影響， 并針對 3 類不同的石家莊風機風筒形式，分析了石家莊風機性能的變化規律。Duvenhage 和Kroger [12] 通過 CFD 模擬，研究了環境橫向風對軸流石家莊風機群性能的影響。Bredell [13] 等則通過 CFD 模擬，研究了石家莊風機入口流場變形對石家莊風機群性能的影響， 針對2 類不同結構的石家莊風機，獲得了流量變化規律。Meyer和 Kroger [14] 考察了石家莊風機安裝角以及石家莊風機流量對空冷系統空氣動力場的影響。此外，Meyer 和 Kroger [15]還通過實驗，揭示了石家莊風機出口到空冷凝汽器的距離，不同葉片形式及葉片在風筒中的位置對空冷系統的影響。 周文平和唐勝利 [16] 通過對空冷石家莊風機和空冷管束進行耦合計算， 得到了不同石家莊風機轉速下空冷單元內部的速度、溫度和壓力分布。可以看到，已有工作更多地局限于石家莊風機結構對性能的影響， 尚未對由多臺石家莊風機組成的石家莊風機群的運行特性進行深入的研究。
　　以陣列方式組合在一起的石家莊風機群運行方式，既不同于石家莊風機并聯運行，也區別于單臺石家莊風機的獨立運行。本文將在石家莊風機并聯運行的基礎上，通過引入反映石家莊風機群數量和布置方式影響的修正因子，獲得石家莊風機群運行特性，為空冷系統設計和運行提供參考。