环境温度变化或风场突变对空冷机组的影响

环境气温的影响(夏季)
在温度最高的夏季, 为了保证机组正 常运行,使凝汽器压力维持在一个较低的 水平, 就需要提高环境空气和汽轮机排汽 之间的传热能力, 设法提高传热系数。而 提高传热系数的最有效的方法就是提高冷 却空气的流速, 即提高空冷散热器的迎风 面风速。一般通过变频风机的风量调节, 提高空冷散热器的冷却空气流量, 实现机 组安全经济运行。
回流率

为了定量描述空冷凝汽器在有风条件下的 不利影响, 通常使用回流率的概念。回流 率定义为空冷凝汽器进风中所含有的由凝 汽器排出的被加热气体的质量流量与空冷 凝汽器进风口处的质量流量的比
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mR 为由凝汽器排出又重新回到凝 汽器进风口处的空气质量流量; m1 为凝汽器进风口处的空气质量 流量; T1为凝汽器进风口处的空气温度; T2 为凝汽器排风口处的空气温度; T0 为环境空气温度;
环境变化对空冷机组的影响
第一部分 简述 第二部分 环境气温的影响 第三部分 环境风场的影响 ( 系统,回流率, 散热器性能,针对不利风采取措施,实例) 第四部分 总述
环境温度或风场对空冷机组的影响

电站采用空冷系统是解决富煤贫水矛盾 的有效措施, 而直接空冷代表了未来空冷 系统的发展方向, 因而在世界上获得了快 速发展.直接空冷机组与常规机组的主要 区别在冷端系统, 直接空冷机组以环境空 气而不是以水做为汽轮机排汽的冷却介 质, 因此, 环境变化会显著影响直接空冷 系统的运行特性,而冬季严寒的气候可能 使不合理的空冷系统设计出现管束冻裂 现象.
（3） 当环境风场的速度大于7m/s，自 然风的作用会在极短的时间内使本应从散 热器翅片上扩散出的热气，突然压回，使 得大多的散热器的翅片被包围在热源中， 造成换热突然恶化，机组背压升高而危胁 机组的安全运行。
热风再回流
电厂运行时，冷空气通过散热器排出 的热气上升，呈现羽流状况。当大风从炉 后吹向平台散热器，风速度超出8m／s， 羽流状况要被破坏而出现热风再回流。热 气上升气流被炉后来风压下至钢平台以下， 这样的热风又被风机吸入，形式热风再循 环。甚至最边一行风机出现反向转动。在 工程上是增设挡风墙来克服热风再循环， 挡风墙高度要通过设计而确定。
1 在环境风的影响下, 空冷器进口空气 温度会升高, 进口空气流速降低, 需要通 过变频调速,增加冷却空气流量。散热器 出口热空气位于自然风的下层，热量不 能顺利散发到环境中，使空冷凝汽器置 身于环境温度比较高的区域，换热温差 减小，效率降低。
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在环境风的作用下, 空冷散热器进口 空气流量也会减少, 导致凝汽器内凝结温 度和凝Biblioteka Baidu器压力升高, 机组运行经济性变 差.由于自然风快速吹过空冷风机入口， 在风机功率消耗相同的情况下，吸入的 空气量却大幅度减少，由于冷却介质的 减少导致空冷凝汽器换热效率降低.
3 造成大量热空气被空冷风机吸入，导 致冷却介质温度升高，冷却效率下降。
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图1 环境风影响下的空冷岛进 出口温度场和流场 a) 进口温度场 (b) 出口温度 场 (c) 进出口速度场
在环境风作用下,由于环境风的影 响, 导致空冷岛进口空气的温度 场和流场都发生了变化, 图1中可 以看到:在空冷岛的上游, 进口空 气流速明显降低,冷却空气流量减 少, 使上游进口空气温度升高, 因 此处于上游的空冷散热器的冷却 效果最差, 凝汽器内冷却温度和 排汽压力最高。而下游空冷散热 器的冷却效果相对较好, 因此出 现了空冷岛不同位置处换热状况 的差异, 极易导致凝汽器内压力 失衡, 出现蒸汽回流和不凝汽的 聚集现象, 使空气冷却效果更加 恶化, 难以保证机组安全经济运 行。环境风也使空冷岛进口风速 降低, 即降低了空冷散热器的迎 风面整体风速, 使总的冷却空气 流量下降, 导致凝汽器整体压力 升高, 机组运行性能变差。
环境气温、风速、风向的影响
在所有影响直接空冷系统安全经济运 行的因素中 , 环境的影响最重要 , 由于空 冷机组直接以环境空气做为汽轮机排汽 的冷却介质, 因此环境气温, 环境风速、 风向会显著影响直接空冷系统的运行特 性。
环境气温的影响(夏季)
随着环境气温的升高, 空冷散热器的 进口空气温度就会相应升高, 在排汽热负 荷保持不变的条件下, 导致凝汽器冷凝温 度升高, 排汽压力增加, 使机组运行经济 性变差。另一方面, 当空冷系统位于锅炉 的下游,吹向下游空冷岛的空气温度也会 升高, 出现凝汽器压力升高的情况。
环境风场作用对空冷散热器换热性能的 影响

在无环境风场作用时，空冷散热器出 口会形成羽流现象，当环境风吹至空冷散 热器上方时，由于环境风同空冷散热器发 出的热气有热交换存在，这时原有的羽流 现象，将受自然风扩散的影响被破坏,若 此时自然风温度高于通过冷凝器后的热风 温度,散热器出口热空气位于自然风下层, 热量不能顺利散发到环境中,通过空冷风 机抽吸作用这样就出现了热风再循环.
（2） 在现有挡风墙的基础上，将挡风墙向 下延伸，以降低环境风场对挡风墙四周风机吸入 口的影响。同时使回热风的行程延长，以降低风 机吸入口因环境风场作用所形成的热风温度。此 项工作须进行相应的风洞试验准备，以确定挡风 墙的延伸长度。
不利风场对ACC系统影响所采取的措施
（3） 在延伸后的挡风墙上装设必要的电动 格栅，以满足在无环境风场作用时的风机吸入空 气量，此项内容也要进行相应的风洞试验准备， 以确定电动格栅的尺寸和数量。
环境气温的影响(冬季)
和湿冷机组相比，高寒地区的直接空 冷机组在启、停机过程中空冷凝汽器会发 生大面积冻结、损坏等事故。影响空冷凝 汽器冻结的主要原因有：①气象条件；② 空冷凝汽器的进汽量、进汽参数、时间； ③空冷风机运行方式的控制；④排汽参数 的控制；⑤旁路系统的配合
环境风场的影响
直接空冷系统受不同风向和不同风速影响比 较敏感，特别是风速超过3．0m／s以上时，对空 冷系统散热效果就有一定影响，特别是当风速达 到6．0/s以上时，不同的风向会对空冷系统形成 热回流，甚至降低风机效率.汽轮机背压经常因 环境风场的影响波动，冬季因环境温度偏低影响 不大。但夏季环境温度较高（26～34℃）,在恒 定高的环境温度和机组负荷不变的情况下，只要 环境风场发生变化（风速、风向），机组的背压 值就会发生大幅度升高，迫使机组降负荷甚至发 生机组掉闸的事故，严重影响机组的安全运行。
不利风向影响空冷机组实例

汽轮机背压经常因环境风场的影响波动， 冬季因环境温度偏低影响不大。但夏季环 境温度较高（26～34℃）,在恒定高的环 境温度和机组负荷不变的情况下，只要环 境风场发生变化（风速、风向），机组的 背压值就会发生大幅度升高，迫使机组降 负荷甚至发生机组掉闸的事故，严重影响 机组的安全运行
回流率

可以看到 , 在没有环境风 , 而且空冷岛设 置了挡风墙的情况下 , 凝汽器没有任何空 气回流 , 凝汽器进风口处的空气温度 T1 等于环境温度T0 , 此时回流率为0 ; 当凝 汽器进风口处的空气温度 T1 等于排风口 处的温度 T2 时 , 表明被凝汽器加热的热 空气又完全回到了进风口处 , 此时空气已 不具备任何冷却能力 , 回流率为 1 。故 0 ≤CR < 1 。
不利风向影响空冷机组实例
章山2号机组受到不利风向影响被迫降负荷运行
（1） 机组受大风影响前运行情况。在2005年4月28日 15∶ 00～16∶ 07期间，机组运行比较平稳，负荷维持在 286～291MW，环境温度在32℃，空冷风机入口空气温度在 37～38℃，机组背压在40．7～41．7kPa，机组全部空冷风 机转速维持在98%运行。 （2） 机组受大风影响期间运行情况。在2005年4月28日 16∶ 07～17∶ 00期间，机组由于受到环境大风的影响，环境 自然风向为东风，风力大约在8．0～10．0m/s，机组运行背 压发生大幅度变化，在16∶ 07时机组运行背压为41．5kPa， 截止到16∶ 14时，机组运行背压升高到51．2kPa；在此期间 机组负荷由291MW降低到272MW；环境温度在此期间由 32．5℃降低到30．8℃；空冷风机入口环境温度由37℃降低 到36℃；机组全部空冷风机转速维持在98%运行。截止到 16∶ 38时，机组负荷降低到220MW，这时机组运行背压为 44kPa，环境温度30．2℃，风机入口空气温度为36．7℃。 截止到19∶ 35时，机组负荷恢复到291MW，机组运行背压为 33kPa，环境温度为24．1℃，风机入口空气温度为27．4℃。
不利风场对ACC系统影响所采取的措施

针对不利风向对ACC系统的影响，目前为 止世界上的唯一行之有效的手段是在空冷 平台上部四周加装挡风墙 ,为了更好地减 少不利风向的影响建议采取如下措施：
不利风场对ACC系统影响所采取的措施
（1） 所有空冷风机按排列位置调整叶片角 度，靠近挡风墙的略高，中心区域的保持不变， 保证各风机功率不超过额定值，以提高各个空冷 单元的换热效率。
环境气温的影响(冬季)
汽机的启停过程中热负荷变化缓慢, 蒸汽流量低, 凝结水在严寒低温环境下可 能出现结冰, 使管道冻裂; 空冷凝汽器内 不凝性气体的聚集, 会导致局部蒸汽流量 减少, 管壁温度降低, 从而使凝结水流过 低温壁面时发生结冰现象; 多排管空冷散 热器, 由于各排管束间换热状况的差异, 可能出现压力失衡, 从而出现蒸汽回流, 导致不凝汽的聚集,出现局部凝结水结冰 就会发生管子冻裂的情况, 影响机组安全 运行。
（1） 当环境风场的速率小于2m/s时，因 为空冷风机出口风速为2.89m/s(暂用)， 则自然风的作用不会影响散热器排出热气 的羽流状况，热源扩散的大至方向不会改 变。
（2） 当环境风场的速度为3～7m/s时，因为 空冷风机出口风速为2.89m/s，则自然风 的作用使得热源扩散方向明显变化，尽管 这种影响是脉动的，不确定的，对空冷散 热性能会造成间歇性的很大影响。因为在 散热器上有环形翅片，而翅片间有间隙存 在，不会在散热器表面形成旋涡，会有部 分或大量的热气被挤压在部分散热器的翅 片四周而无法形成正常的羽流状况，另有 部分热气在扩散中经蒸汽分配管折向影响 后排散热器的排气。同时部分热气被环境 风携带扩散经挡风墙折向加速向下，被吸 入挡风墙附近的空冷风机的入口，造成空 冷散热器性能下降。
（4） 在1,2号机空冷岛上都装设高灵敏度 的风向风速仪，将其信号引至机组DCS画面，根 据不同的风向、风速，由运行人员控制电动格栅 的启/闭，同时依据风洞试验的结果，对照排汽 背压的趋势合理调整机组出力，以提高机组的安 全性和经济性。
不利风场对ACC系统影响所采取的措施
（5） 编制背压急速升高快速降负荷的 热控逻辑，通过背压急速升高率和风速、 风向仪的修正等变量，靠机组DCS控制系 统实现机组负荷的自动快速降低，尽可能 避免因大风突袭所造成的停机事件发生。
不利风向影响空冷机组实例
漳山2号机组受到不利风向的阵风影响机组掉闸
（1） 机组受大风影响前运行情况。在2005年6月22日 16∶ 00～17∶ 30期间，机组运行比较平稳，机组由于环境温度 比较高，机组负荷维持在250～254MW，环境温度在38℃，空冷风 机入口空气温度在40～45℃，机组运行背压在44.1～46．5kPa， 机组全部空冷风机转速维持在98%运行。 （2） 机组受大风影响期间运行情况。在2005年6月22日 17∶ 30～17∶ 42期间，机组由于受到环境大风的影响，环境自 然风向为东北风，风力估计在15～16m/s，是雷阵雨前大风，机组 运行背压发生大幅度变化，在17∶ 30时机组运行背压44．2kPa， 截止到17∶ 42时，机组运行背压升高到64．9kPa；在此期间机组 负荷由254MW降低到223MW，随后机组低真空保护动作，机组跳闸 停机；机组背压最高升高到81．1kPa；环境温度在此期间由37 5℃降低到32．9℃；空冷风机入口环境温度由40．5℃降低到 39．2℃；机组全部空冷风机转速维持在98%运行。截止到18∶ 17 时，机组再次启动并网。18∶ 58时，机组负荷恢复到66MW，机组 运行背压为13．5kPa，环境温度为30．9℃，风机入口空气温度为 34℃。