直接空冷系统轴流风机群运行特性分析

　摘要：掌握直接空冷系统轴流石家庄风机群运行特性，对于电站空冷系统的优化设计和高效运行有重要意义。该文在 2 台石家庄风机并联运行的基础上，绘制并联石家庄风机的性能曲线，获得叶片安装角对并联石家庄风机运行特性的影响。通过引入集群因子，得到轴流石家庄风机群的性能曲线、空冷管束的阻力特性及空冷系统的工作点。结果表明，空冷系统石家庄风机群每台石家庄风机的流量介于石家庄风机并联运行和单台石家庄风机独立运行之间。石家庄风机群性能不仅取决于每台石家庄风机的性能，还与石家庄风机群的数量和布置方式有关。随空冷系统容量增加，石家庄风机群非线性效应增加。在一定程度上揭示出空冷系统传热面积随机组容量非线性放大效应的机理，为空冷系统设计提供了理论依据。
　　关键词：空冷凝汽器；轴流石家庄风机；性能曲线；阻力特性；非线性；集群因子
　　0 引言
　　受水资源日益匮乏的影响，直接空冷技术在世界电力行业获得了快速发展 [1-9] 。我国从 2002 年开始，在北方相继引进了大量空冷机组，迄今已投产和在建的空冷项目约有 110 个，涉及 95 个电厂，总装机容量超过 60 000 MW，绝大部分采用直接空冷技术。
　　直接空冷机组用空冷凝汽器代替了水冷凝汽器。由于空气密度低，比热小，导热系数低，传热能力远低于水 [10] ，因此直接空冷系统冷却空气流量大，所需轴流石家庄风机数量多，系统传热面积大。例如，对于一个采用单排管束凝汽器的 300 MW 直接空冷机组，空冷石家庄风机的数量为 24~30 台，空冷系统传热面积为 70~90 万平米。而对于一个 600 MW 机组，空冷石家庄风机的数量则达到 56~64 台，空冷系统传热面积达到 150~190 万平米。 300 MW 机组相比，600 MW 机组凝汽器热负荷并没有增加一倍，但空冷系统传热面积却增加了一倍多，并不遵循线性增加的规律，呈现非线性放大效应。
　　迄今为止，我国空冷机组直接空冷系统仍然以引进技术为主，尽管国产化 600 MW 空冷项目已建成投运，但空冷系统核心技术，尤其是设计技术仍没有被攻克。其中关于空冷系统传热面积的选取问题，是一个亟待解决的关键问题。一方面，为解决夏季高温满发问题，空冷系统需要有足够的传热面积，即考虑很大的面积冗余，造成系统投资增加。另一方面，过大的传热面积会导致冬季低温运行的空冷系统临管束冻裂的危险，不得不采取冷岛解列运行的措施，造成空冷系统的浪费。空冷系统传热面积的确定，与空冷石家庄风机的运行密切相关。空
　　冷石家庄风机通常采用大流量、低压、大直径轴流石家庄风机，而且是数十台呈阵列连续布置在一起，彼此之间的动力学特性相互影响。因此研究空冷系统轴流石家庄风机群运行特性，分析石家庄风机群运行对空冷系统传热性能的影响，对于揭示空冷系统传热面积随机组热负荷非线性放大效应的机理，指导空冷系统的设计具有重要意义。
　　国内外已对轴流石家庄风机群的运行特性进行过初步研究。 Duvenhage [11] 等研究了空冷平台高度对空冷石家庄风机流量的影响， 并针对 3 类不同的石家庄风机风筒形式，分析了石家庄风机性能的变化规律。Duvenhage 和Kroger [12] 通过 CFD 模拟，研究了环境横向风对轴流石家庄风机群性能的影响。Bredell [13] 等则通过 CFD 模拟，研究了石家庄风机入口流场变形对石家庄风机群性能的影响， 针对2 类不同结构的石家庄风机，获得了流量变化规律。Meyer和 Kroger [14] 考察了石家庄风机安装角以及石家庄风机流量对空冷系统空气动力场的影响。此外，Meyer 和 Kroger [15]还通过实验，揭示了石家庄风机出口到空冷凝汽器的距离，不同叶片形式及叶片在风筒中的位置对空冷系统的影响。 周文平和唐胜利 [16] 通过对空冷石家庄风机和空冷管束进行耦合计算， 得到了不同石家庄风机转速下空冷单元内部的速度、温度和压力分布。可以看到，已有工作更多地局限于石家庄风机结构对性能的影响， 尚未对由多台石家庄风机组成的石家庄风机群的运行特性进行深入的研究。
　　以阵列方式组合在一起的石家庄风机群运行方式，既不同于石家庄风机并联运行，也区别于单台石家庄风机的独立运行。本文将在石家庄风机并联运行的基础上，通过引入反映石家庄风机群数量和布置方式影响的修正因子，获得石家庄风机群运行特性，为空冷系统设计和运行提供参考。