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直接空冷冷端系統(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)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(jì)算模型基礎(chǔ)上,導(dǎo)出了直接空冷系統(tǒng)冷端各運(yùn)行參數(shù)對(duì)機(jī)組運(yùn)行熱經(jīng)濟(jì)性影響的計(jì)算模型,為空冷機(jī)組冷端系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行提供了理論依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】空冷系統(tǒng);熱經(jīng)濟(jì)性;計(jì)算模型

1 前 言

隨著大量空冷機(jī)組的投運(yùn),降低空冷機(jī)組發(fā)電成本,提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性已成為發(fā)電企業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。目前,國(guó)內(nèi)外空冷機(jī)組運(yùn)行中的突出問題是冷端系統(tǒng)運(yùn)行性能達(dá)不到設(shè)計(jì)值,嚴(yán)重影響了機(jī)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(yán)重影響了機(jī)組真空,由此造成的煤耗損失多達(dá)1~4 g / kW × h。這些大多在其冷端系統(tǒng),因此對(duì)其冷端系統(tǒng)進(jìn)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(gè)設(shè)備的運(yùn)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(duì)排氣壓力的影響關(guān)系,通過排汽壓力變化對(duì)熱經(jīng)濟(jì)性的影響,建立變工況下冷端系統(tǒng)各參數(shù)與機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的直接關(guān)系模型,該關(guān)系更能反映機(jī)組冷端系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性,為機(jī)組運(yùn)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(jìn)行蒸汽的冷凝,管外進(jìn)行空氣的對(duì)流。

首先針對(duì)直接空冷裝置研究各種工況下凝汽器壓力的計(jì)算模型,由于所研究的對(duì)象是實(shí)際運(yùn)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(jì)完成,故采用傳熱單元數(shù)法(e - NTU )進(jìn)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(jī)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(jī)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(jìn)、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(jī)的排汽熱負(fù)荷(冷源損失),是機(jī)組的電負(fù)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(jī)組的運(yùn)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(duì)自然通風(fēng)空冷裝置,可認(rèn)為是不能人為改變的;對(duì)機(jī)械通風(fēng)空冷裝置,

可通過改變百葉窗開度或風(fēng)機(jī)的功率來進(jìn)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(hù)等改變的。

3 算例分析

以200MW 機(jī)組的機(jī)械通風(fēng)直接空冷系統(tǒng)為例進(jìn)行分析,汽輪機(jī)的排汽壓力n P 為0.0147MPa ,對(duì)應(yīng)的飽和水溫度n t 為52.6℃,在設(shè)計(jì)排汽壓力n P 下的散熱量n Q 為300MJ s,設(shè)計(jì)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(zhǎng)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(cuò)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(jì)算,每片散熱器面積3000 m2,翅化比13.9。

下面就上述各個(gè)影響參數(shù)進(jìn)行分析研究。

對(duì)于客觀因素:結(jié)構(gòu)參數(shù),如i F , o F ,對(duì)于已定型設(shè)計(jì)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(shí)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(jī)組的熱負(fù)荷n Q ,環(huán)境大氣溫度a1 t 和風(fēng)速NF v 。機(jī)組熱負(fù)荷不隨機(jī)組運(yùn)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(duì)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行產(chǎn)生影響。對(duì)

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

(1)機(jī)組環(huán)境特性分析

負(fù)荷特性:是指機(jī)組在一定運(yùn)行狀況下,一定的環(huán)境溫度下,機(jī)組熱負(fù)荷變化對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性影響的關(guān)系。環(huán)境溫度特性:是指機(jī)組在一定運(yùn)行狀況下,一定的熱負(fù)荷下,機(jī)組環(huán)境溫度變化對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性影響的關(guān)系。

環(huán)境風(fēng)速特性:是指機(jī)組在一定運(yùn)行狀況下,一定的熱負(fù)荷和環(huán)境溫度下,環(huán)境風(fēng)速變化對(duì)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的影響關(guān)系。

(2)機(jī)組運(yùn)行特性分析

另外一類運(yùn)行參數(shù),如a G , w G , NF v , i e ,o e 等則與機(jī)組運(yùn)行緊密相關(guān)。機(jī)組運(yùn)行特性分析則主要是對(duì)機(jī)組的這些相關(guān)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)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(fù)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(shí)不同的排汽熱負(fù)荷時(shí)的凝汽器壓力值。由圖可知,隨著負(fù)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(fù)荷下環(huán)境溫度越高,壓力也就越高。


 

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