空冷凝汽器全工况运行特性分析(2)

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1空冷凝汽器理论模型通常情况下，排汽从汽轮机出口到凝汽器入口有几千帕的压降。该压降变化不大，近似看作常数。当忽略排汽由汽轮机出口流向凝汽器入口以及蒸汽在凝汽器内的流动压降时，凝汽器压力可认为是排汽压力，即汽轮机背压，空冷凝汽器内发生的是等温凝结过程。该假设尽管会对汽轮机背压的分析引入一定的误差，但在该假设下得到的结果对空冷凝汽器的运行仍然具有一定的参考价值。通过对蒸汽侧和空气侧能量平衡方程、空冷凝汽器传热方程以及空冷凝汽器效能、传热单元数的推导，可得到空冷凝汽器内凝结温度珞与各影响因素之间满足关系式中：rh,为凝结蒸汽量；r为凝汽器压力下的汽化潜热；P、勺分别为空气密度和比热；戽、咋分别为空冷凝汽器迎风面面积和迎风面风速；K、A为空冷凝汽器传热系数和传热面积，传热面积通常取管外侧面积，即管外光管部分和翅片部分的面积之和；f。，为冷却空气进口温度。大容量空冷机组常用的蛇形翅片扁平管结构空冷凝汽器传热系数量通过式(2)计算圆式中：E、￡为空冷凝汽器管内外污垢热阻；^、ho为空冷凝汽器管内蒸汽凝结换热系数和管外空气对流换热系数；万、五分别为空冷凝汽器管壁厚度，导热系数；A、A为空冷凝汽器内外换热面积；导热系数、动力粘度；t。为管壁温度；L为翅片管的长度；g为重力加速度。空冷凝汽器外侧为空气强迫对流换热，其换热系数一般由空冷凝汽器供应商提供，通常通过实验关联式(4)计算：Nu=f(Re)(4)式中：Nu为空气对流换热的Nusselt数，Nu=h允；z为管外空气对流换热的特征尺度，根据不oll同翅片管形式选取不同的尺寸做为特征尺度。五为空气导热系数。RP为管外空气流动的雷诺数，Re=VmlIV,,；屹为空气运动粘度，％为管外翅片空间空气流通截面A。上的流速。空冷凝汽器设计通常采用迎面风速的概念，满足：可以得到管外空气对流换热系数与迎面风速的关系：吃=g(vO(6)将通过式(3)和(6)得到的换热系数和相应污垢、积灰热阻代入式(2)，即可获得空冷凝汽器传热系数。然后根据式(1)即可得出凝汽器温度k，从而获得汽轮机背压。
2空冷凝汽器全工况运行特性
2．1全工况运行特性理论依据式(1)表明，汽轮机背压可用式(7)关系描述：即汽轮机背压与空冷凝汽器凝结蒸汽量m．、空冷凝汽器迎风面风速vP、空冷凝汽器进口空气温度乞．、空冷凝汽器管内外污垢热阻E、￡有关。当不考虑污垢热阻的影响时，汽轮机背压仅与m。、％、fd．有关，即P，=，(他，PF，乞1) (8)根据SPX公司300 MW机组单排管束空冷凝汽器典型参数，计算汽轮机背压随各运行参数的变化，进行空冷凝汽器全工况运行特性分析。计算分析以2个迎风面风速工况，轴流石家庄风机全速运行和半速运行为例。该300 MW直接空冷机组设计参数为：汽轮机设计背压为15 kPa：设计环境温度为11．1℃；管束迎风面面积为6116m2，迎风面风速为2．45 m／s；空冷凝汽器总传热面积793 692 m2，其中顺流管束面积672 354 m2，逆流管束面积121 338 m2，顺逆流管束面积比约为5．5。
2．2石家庄风机全速运行时直接空冷系统运行特性轴流石家庄风机全速运行时，空冷凝汽器顺流管束传热系数为30．7 W／(m2．K)，逆流管束传热系数为26．5 W／(m2．K1。根据设计参数，即可获得石家庄风机全速运行时直接空冷系统运行特性。图1和图2分别给出了凝汽器温度、汽轮机背压随凝汽器进口空气温度和凝汽器凝结蒸汽量的变化曲线。可以看到，随空冷凝汽器进口空气温度升高，凝汽器凝结温度和汽轮机背压也相应升高。随凝汽器凝结蒸汽量增加，凝汽器凝结温度和汽轮机背压也增加。在该性能曲线上，可以找到空冷凝汽器设计点，即m，=240 kg／s，f4l=11．1℃，胎15 kPa。在设计凝结蒸汽量下，当凝汽器进口空气温度达30℃时，汽轮机背压达33．6kPa，此时背压很高，机组运行经济性明显下降。可见，在温度较高的夏季，如要保证汽轮机安全经济运行，就需降低凝汽器热负荷，导致机组出力下降。反之，如要保证机组满发，汽轮机就要在高背压下运行，机组运行的经济性降低。为降低机组夏季高温运行时的背压，向空气中喷水以增加空气湿度，从而提高空气潜热交换能力已经成为一种有效方式。如Conradie和Kr69er[17])3乏Maulbetsch等【181就对空冷凝汽器空气侧喷雾以提高空冷凝汽器性能进行了实验研究。国内也有空冷电厂采取了这种措施，改善了机组运行的经济性。