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直接空冷机组空冷系统运行特性分析
摘 要：本文以代表山西南北两地不同气温特性、不同年负荷特性的两台空冷机组作为研究对象，分析了空冷机组年运行负荷率、背压分布情况与环境特性和机组设计参数的变化关系，发现了机组运行方式存在的问题，并探讨了机组优化运行的调整潜力。
关键词： 空冷机组 负荷率 背压 运行优化

0 前言
目前，我国大容量直接空冷机组已广泛采用，在北方缺水地区，已基本采用了直接空冷冷却系统，直接空冷技术正在超临界600MW机组、超（超）临界1000MW机组中推广应用。系统分析不同时间投产，不同类型空冷散热器的设计特性和运行特性，是开展好直接空冷机组优化设计和运行控制工作的基础。
1 不同类型机组设计特性的比较
为分析比较不同气象条件，不同类型直接空冷机组的设计特性对机组运行经济性的影响，重点选择了有代表性的两台机组进行比较和分析，以掌握空冷机组各设计参数与运行特性的关系。以下称山西北部某电厂为甲电厂，称山西南部某电厂为乙电厂。
表1 典型直接空冷机组的设计参数比较
电厂
单位
甲电厂
乙电厂
机组容量
MW
600
300
考核工况设计气温
℃
30
36
考核工况排汽压力
kPa
29.2
33
考核工况ITD
℃
38.5
35.33
年平均气温
℃
7.4
14.3
平均大气压
hPa
895.4
975.1
极端最高气温
℃
37.7
41.5
极端最低气温
℃
-29.1
-15.3
THA工况设计背压
kPa
15
18
散热面积
m2
1531849
668885
迎风面风速
m/s
2
2.24
风机耗功
kW
5027
1925
变频调节范围
%
0-110
0-115
散热器型式
排
1
3
由以上的数据可以看出，甲电厂考核工况设计气温为30℃，比乙电厂的设计气温低6℃；甲电厂的考核工况ITD值为38.5℃，比乙电厂高3.2℃；甲电厂散热器型式采用单排管结构，迎风面风速为2 m/s，乙电厂散热器型式采用三排管结构，迎风面风速为2.24 m/s；甲电厂风机的变频调节范围为0-110%，乙电厂风机的变频调节范围为0-115%。
2 不同地区环境气温特性比较
为研究山西的典型气象参数对直接空冷机组的影响，我们对甲电厂和乙电厂的基本气象条件进行了比较。
表2 两个地区基本气象条件比较
地区
甲电厂
乙电厂
地区
甲电厂
乙电厂
环境气温℃
温度概率%
温度概率%
环境气温℃
温度概率%
温度概率%
-24
0.046

9
7.066
8.570
-21
0.320

12
7.660
8.594
-18
1.381

15
7.454
8.431
-15
3.048

18
8.322
7.688
-12
3.984

21
8.333
9.186
-9
4.806
0.139
24
5.171
9.441
-6
5.160
2.508
27
4.395
5.934
-3
6.861
5.110
30
2.877
4.541
0
7.591
8.083
33
1.153
3.844
3
7.352
8.001
36
0.057
2.520
6
6.963
8.083
39
0.000
0.499
由以上的数据可以看出，环境温度小于0℃的概率甲电厂占到25%，而乙电厂不到8%，大于12℃的气温，甲电厂占到45%，乙电厂为60%。以3℃为间隔，出现概率超过4%的温度范围甲电厂为-12℃到27℃，而乙电厂为-3℃到33℃。
3 典型机组年运行数据的统计分析研究
本文以代表山西南北两地不同气温特性、不同年负荷特性的两台机组作为研究对象，对机组年运行负荷—背压—环境特性进行分析研究，为机组优化运行控制提供依据。
3.1 甲电厂600MW 机组年运行数据统计分析
3.1.1 不同环境气温段运行时间和负荷率的分布关系
对甲电厂全年运行每间隔1小时的运行数据进行了收集和整理，计算确定出的不同温度下的负荷率分布见图1；机组平均负荷率与环境温度的关系见图2。
图1 各温度段负荷率分布
图2 机组平均负荷率与环境温度的关系
由图1和图2可以看出，机组的不同温度段的平均负荷率随气温升高而升高，高气温对应于高负荷，机组低温段的满负荷率在10～15%，而高温段达到60%，除有一定的调度原因外，也是正常的电网日负荷率决定的，这一运行特点决定了空冷机组设计和运行中需重点解决的问题：机组过夏满发与经济运行，冬季防冻与优化运行调整工作。
3.1.2 机组不同背压运行时间和负荷率的分布关系
机组的运行背压对机组的运行经济性有显著的影响，针对该机组冬季运行背压普便偏高的问题，在电厂的大力配合下，对机组冬季运行背压进行了系统的调整，调整后50%负荷运行背压最低调整到6kPa，80%负荷背压调整到8 kPa，满负荷调整到9～10kPa，进一步的研究表明：机组在低温时段背压仍有下降的潜力。调整以后机组运行一年来的不同背压运行时间和负荷率的分布关系如表3。统计表明：全年运行小时的平均背压为12.9 kPa，全年利用小时平均背压为13.8 kPa。年运行11 kPa以下的运行时间为65.5%，12.5 kPa以下的运行时间为76%。机组运行背压与气温的关系如图3 。
表3 不同背压运行时间和负荷率的分布关系
机组负荷率
机组年统计运行背压
6.5
7.5
8.5
9.5
11
12.5
17.5
22.5
27.5
32.5
35
50%
53
266
337
361
244
46
20
4
0
0
0
55%
19
120
224
248
188
22
0
1
0
0
0
60%
20
92
153
144
196
23
5
0
0
0
0
65%
9
58
161
193
240
97
9
3
0
0
0
70%
0
38
86
127
134
72

30
5
0
0
0
75%
1
23
94
98
163
127
62
17
4
0
0
80%
0
10
67
120
147
97
79
31
5
5
0
85%
0
7
47
104
160
119
110
52
31
5
0
90%
0
4
35
86
81
117
125
82
49
8
2
95%
0
0
15
110
112
92
138
86
58
16
9
100%
0
1
19
248
270
104
310
336
276
112
20
图3 机组运行背压与气温的统计关系
3.2 乙电厂300MW 机组年运行数据统计分析
3.2.1 不同环境气温段运行时间和负荷率的分布关系
对乙电厂全年运行每间隔1小时的运行数据进行了收集和整理，计算确定出的不同温度段下不同负荷利用小时与年总利用小时的关系见图4。

图4 不同环境气温段运行时间和负荷率的分布关系
与甲电厂600MW机组相比，乙电厂调峰范围小，年平均负荷高于甲电厂，高温段平均负荷率与甲电厂基本接近，总体来看各负荷分布密度较甲电厂均匀。负荷分布密度不同也与电网的调度方式不同有关。年95%以上的负荷运行时间占34%，高于甲电厂19.4%。21℃以上，大于95%负荷的运行时间低于甲电厂。
3.2.2 机组不同背压运行时间和负荷率的分布关系
3.2.3 统计表明：该机组全年运行小时的平均背压为15.6 kPa，年运行11 kPa以下的运行时间为36.6%，12.5 kPa以下的运行时间为63.4%。机组运行背压与气温的统计关系如表4及图5 。机组的运行背压主要集中在9.5～22.5的范围内。

图5 机组运行统计背压与环境温度的关系

表4 不同背压运行时间和负荷率的分布关系
机组负荷率
机组年统计运行背压
7.5
8.5
9.5
11
12.5
17.5
22.5
27.5
32.5
35
60%
1.7
22.7
78.7
194.2
302.8
48.1
4.4
0
0
0
65%
0.25
13.2
57.7
224.5
253.3
66.1
7
1.5
0
0.5
70%
0
18
69
226.5
252
121.5
26.2
3
0
3
75%
0
7.6
51.2
188.2
173.3
113.4
49.5
4.1
1.63
4.62
80%
0
3.7
52.5
183
187.5
144.8
42.7
15.7
3.75
6.75
85%

0
4
36.6
231.1
203.9
191.5
73.1
35.2
10.2
11.8
90%
0
2.2
41.2
135.7
111.8
128.3
66
33.7
15.7
22.5
95%
0
2
39.3
165.2
100.8
139.8
85.8
76.1
50.8
36.6
100%
0
4.4
87.5
389.3
266.9
282.6
265.1
171.5
99.7
62.1
由图5和表4可以看出，机组高负荷区的背压与环境温度关系基本同甲电厂相同，低负荷的运行背压偏高，这与风机运行方式有关。但由于该机组设计IDT值比甲电厂低3.2℃，风机调频范围大，因此实际运行特性较甲电厂差。该机组最低运行背压为10kPa，经过试验调整，可使机组80%负荷下的机组背压降到7.5 kPa，100%负荷降到了8 kPa，由于机组采用三排管系统，降背压运行仍有一定的节能潜力。
4 小结
4.1 对目前投产的具有代表性的两台空冷机组的设计参数进行了比较，分析了机组的负荷、运行背压与环境温度的变化关系。
4.2 对山西省内两个具有代表性地区的气象参数和分布规律进行了对比，分析了气温年分布规律对空冷系统运行背压与负荷率的影响。
4.3 统计分析了两台不同容量不同气象参数的机组年运行负荷率和背压分布情况，发现了机组运行方式存在的问题和探讨了机组优化运行调整的潜力。