空冷凝汽器全工況運行特性分析(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。當忽略排汽由汽輪機出口流向凝汽器入口以及蒸汽在凝汽器內的流動壓降時，凝汽器壓力可認為是排汽壓力，即汽輪機背壓，空冷凝汽器內發生的是等溫凝結過程。該假設盡管會對汽輪機背壓的分析引入一定的誤差，但在該假設下得到的結果對空冷凝汽器的運行仍然具有一定的參考價值。通過對蒸汽側和空氣側能量平衡方程、空冷凝汽器傳熱方程以及空冷凝汽器效能、傳熱單元數的推導，可得到空冷凝汽器內凝結溫度珞與各影響因素之間滿足關系式中：rh,為凝結蒸汽量；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面面積和迎風面風速；K、A為空冷凝汽器傳熱系數和傳熱面積，傳熱面積通常取管外側面積，即管外光管部分和翅片部分的面積之和；f。，為冷卻空氣進口溫度。大容量空冷機組常用的蛇形翅片扁平管結構空冷凝汽器傳熱系數量通過式(2)計算圓式中：E、￡為空冷凝汽器管內外污垢熱阻；^、ho為空冷凝汽器管內蒸汽凝結換熱系數和管外空氣對流換熱系數；萬、五分別為空冷凝汽器管壁厚度，導熱系數；A、A為空冷凝汽器內外換熱面積；導熱系數、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?？绽淠魍鈧葹榭諝鈴娖葘α鲹Q熱，其換熱系數一般由空冷凝汽器供應商提供，通常通過實驗關聯式(4)計算：Nu=f(Re)(4)式中：Nu為空氣對流換熱的Nusselt數，Nu=h允；z為管外空氣對流換熱的特征尺度，根據不oll同翅片管形式選取不同的尺寸做為特征尺度。五為空氣導熱系數。RP為管外空氣流動的雷諾數，Re=VmlIV,,；屹為空氣運動粘度，％為管外翅片空間空氣流通截面A。上的流速。空冷凝汽器設計通常采用迎面風速的概念，滿足：可以得到管外空氣對流換熱系數與迎面風速的關系：吃=g(vO(6)將通過式(3)和(6)得到的換熱系數和相應污垢、積灰熱阻代入式(2)，即可獲得空冷凝汽器傳熱系數。然后根據式(1)即可得出凝汽器溫度k，從而獲得汽輪機背壓。
2空冷凝汽器全工況運行特性
2．1全工況運行特性理論依據式(1)表明，汽輪機背壓可用式(7)關系描述：即汽輪機背壓與空冷凝汽器凝結蒸汽量m．、空冷凝汽器迎風面風速vP、空冷凝汽器進口空氣溫度乞．、空冷凝汽器管內外污垢熱阻E、￡有關。當不考慮污垢熱阻的影響時，汽輪機背壓僅與m。、％、fd．有關，即P，=，(他，PF，乞1) (8)根據SPX公司300 MW機組單排管束空冷凝汽器典型參數，計算汽輪機背壓隨各運行參數的變化，進行空冷凝汽器全工況運行特性分析。計算分析以2個迎風面風速工況，軸流石家莊風機全速運行和半速運行為例。該300 MW直接空冷機組設計參數為：汽輪機設計背壓為15 kPa：設計環境溫度為11．1℃；管束迎風面面積為6116m2，迎風面風速為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石家莊風機全速運行時直接空冷系統運行特性軸流石家莊風機全速運行時，空冷凝汽器順流管束傳熱系數為30．7 W／(m2．K)，逆流管束傳熱系數為26．5 W／(m2．K1。根據設計參數，即可獲得石家莊風機全速運行時直接空冷系統運行特性。圖1和圖2分別給出了凝汽器溫度、汽輪機背壓隨凝汽器進口空氣溫度和凝汽器凝結蒸汽量的變化曲線?？梢钥吹剑S空冷凝汽器進口空氣溫度升高，凝汽器凝結溫度和汽輪機背壓也相應升高。隨凝汽器凝結蒸汽量增加，凝汽器凝結溫度和汽輪機背壓也增加。在該性能曲線上，可以找到空冷凝汽器設計點，即m，=240 kg／s，f4l=11．1℃，胎15 kPa。在設計凝結蒸汽量下，當凝汽器進口空氣溫度達30℃時，汽輪機背壓達33．6kPa，此時背壓很高，機組運行經濟性明顯下降。可見，在溫度較高的夏季，如要保證汽輪機安全經濟運行，就需降低凝汽器熱負荷，導致機組出力下降。反之，如要保證機組滿發，汽輪機就要在高背壓下運行，機組運行的經濟性降低。為降低機組夏季高溫運行時的背壓，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噴霧以提高空冷凝汽器性能進行了實驗研究。國內也有空冷電廠采取了這種措施，改善了機組運行的經濟性。