环境温度变化或风场突变对空冷机组的影响

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。
（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

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
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℃。
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。
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.
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。
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 度和凝汽器压力升高, 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.
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
1. 2. 3. 4. 5.
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;
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。
（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。
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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。
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。
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.
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 。
（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。