摘 要:在研究海勒式空冷系统凝汽器压力变工况计算模型基础上,导出了海勒式空冷系统冷端各运行参数对机组运行热经济性影响的计算模型，为空冷机组冷端系统的优化运行提供了理论依据。
关键词:空冷系统；热经济性；计算模型
1 前言
目前，国内外空冷机组运行中的突出问题是冷端系统运行性能达不到设计值，严重影响了机组出力和厂用电。特别是冷却塔出力不足、循环水系统不匹配、凝汽器漏空气和冷却管结垢等严重影响了机组真空，由此造成的煤耗损失多达1～4。这些大多在其冷端系统,因此对其冷端系统进行研究,尤其冷端变工况下特性的研究具有重要意义。
目前，空冷冷端系统的研究大多限于单个设备的运行特性研究或是局部系统变工况研究。本文首先根据变工况下冷端参数对排气压力的影响关系，通过排汽压力变化对热经济性的影响，建立变工况下冷端系统各参数与机组热经济性的直接关系模型，该关系更能反映机组冷端系统运行经济性，为机组运行和优化提供指导。
2海勒式间接空冷系统冷端变工况的分析模型
2.1 海勒式间接空冷系统凝汽器压力变工况分析模型
海勒式间接空冷系统有两次换热，见图1、2。第1次为在喷射式凝汽器内进行的蒸汽冷凝,属混合式换热；第2次为在空冷塔内进行的冷却水的冷却,属表面式换热。
图1 海勒式间接空冷系统冷端系统图
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图2 海勒式间接空冷系统换热示意图
对喷射式凝汽器,其热平衡方程为:
(1)
式中:为凝汽器的凝汽量,kg/s;为凝汽器的循环水量,kg/s;为汽轮机排汽焓,kJ/kg;为凝汽器压力饱和水焓,kJ/kg;为循环水焓,kJ/kg.
对空冷器采用法，此时管内介质为循环水，则
(2)
由式（2）有
(3)
式中， 、为空冷器进出口空气温度，℃； 为空气的水当量，kJ/s℃。其中为空冷器传热有效度。
空冷器的总热阻为：
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(4)
式中：，为管内、外污垢系数，；为肋面总效率；为管壁的对数平均表面积；，为换热器内、外换热面积；为换热管壁厚；为换热管的导热系数；、为管内、外对流换热系数，。
管内为循环水强制对流换热，故表达式如下：
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(5)
式中，，为雷诺数、普朗特数。
空冷器管外为空气强制对流换热，如对福哥型铝制表面式空冷散热器有：
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(6)
式中，为每平方米面积进风量，。
将式(4)～(6)代入式(3)可以得出，也就是汽轮机的排汽温度。而凝汽器压力为。利用上述计算模型即可以得出任意工况下凝汽器压力的值：
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(7)
由式（3）可知道：
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(8)
式中：表示凝汽器热负荷；为空气的水当量，kJ/s℃；为空冷器传热有效度，可由式（4）～（8）计算。
这样，由凝汽器压力相关变量可以得出其影响因素，用如下关系式表述：
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(9)
式中：为循环水流量，kg／s；为空气流量，kg／s。
由于循环水流量对于已设计完好的机组为定值，空气流量常以空气流速表征。而空冷器热阻对机组经济性影响较小，而且随机组运行时间和状况有关，故这里不作讨论。这样就得到海勒式间接空冷系统排汽压力变工况的分析模型：
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（10）
2.2 排汽压力对机组热经济性影响的分析模型
排汽压力是影响机组热经济性的重要因素，汽轮机排汽压力变化对机组热经济性的影响有两个方面：（1）排汽焓的变化，引起机组有效焓降即作功量的变化。（2）凝结水温度的变化，引起最末一级低加抽汽量的变化，从而影响作功量的变化。所以，排汽压力变化引起的新蒸汽等效热降变化：，装置效率相对变化：。
热耗率相对变化：
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（11）
标准煤耗率绝对变化：
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（12）
式中：,,均为原背压时的流量对应的运行工况下机组的新蒸汽净等效热降、机组的热耗率和机组的标准煤耗率。
综上所述, 当已知运行工况的等效热降参数(,) 和排汽压力变化引起,的变化时,就可以计算机组效率的相对变化以及热耗率和煤耗率的绝对变化值：、。所以，机组在负荷和背压一定的条件下,当背压变化到时,在流量不变的条件下,由文献[2]介绍的方法可求得主机变化后的排汽焓。即可由排汽压力确定排汽焓。这样，就建立排汽压力对热经济性影响的数学模型：
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（13）
3 海勒式间接空冷冷端系统变工况经济性分析模型
综上所述，由式（10）和式（13）可以得到海勒式间接空冷系统冷端变工况经济性分析模型：
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（14）
式中，凝汽器热负荷反映凝汽器系统性能影响因素；空气流速；空冷器进口空气温度反映环境温度的影响。
4 实例计算
以丰镇电厂#3机组为例，对200MW海勒式间接空冷机组冷端系统进行经济性分析。汽轮机主要技术参数：NK200-12.7/535/535型，额定功率200MW。主/再热蒸汽压力/温度为12.7MPa/535℃、2.4MPa/535℃。平均大气干球温度6.4℃,对给水温度244℃。冷却水温34.16℃。额定流量610t/h。空冷系统主要参数：空冷系统由福哥型铝制表面式空冷散热器和喷射式凝汽器组成。凝汽器循环水量22000t/h，设计气温14℃。空冷塔为干式冷却自然通风塔，塔高115m,底部直径95m,喉部直径60m。冷却三角107个，高15m,宽2.4m,厚0.15m。根据上述分析模型，计算得到海勒式空冷机组各个经济性影响因素与机组煤耗的直接对应关系，如图3～图7。
图3、图4分别表示的是机组在额定负荷，=6.4℃时凝汽器热负荷变化对机组煤耗影响关系曲线。由图可知，随着凝汽器热负荷的增加煤耗增加，在热负荷在290～300MJ/s区间段其对机组经济性影响不明显。额定负荷下其对机组经济性影响较小。
图5、图6分别表示的是机组在不同负荷，=300MJ/s时环境温度变化对煤耗影响关系曲线。由图可知，随着环境温度的升高，机组煤耗增大，在环境温度<6℃时，其对煤耗的影响趋于0。
图7表示在机组在额定负荷下，=300
MJ/s,=6.4℃时空气流速对煤耗的影响关系曲线，由图可知，随着空气流速增大，煤耗成对数下降，在=1.5～2.0m/s达到最小值，在>2.0m/s时其变化对机组经济性影响很小。
5 结论
（1）通过海勒式间接空冷变工况经济性分析模型可得到冷端系统变工况下各参数与煤耗、热耗的影响关系。
（2）通过该关系能直接地分析海勒间接空冷机组冷端各设备及系统的运行状况，诊断分析故障，进而指导和优化空冷冷端系统运行和管理。
（3）该模型普适性强，为空冷机组运行热经济性分析提供了一个新的技术手段。
参考文献
[1]丁尔谋．发电厂空冷技术[M]．水利电力出版社，1992.
[2]蔡颐年.蒸汽轮机. 西安:西安交通大学出版社,1988,215～218.
[3]林万超.火电厂热系统节能理论.西安:西安交通大学出版,1994.
[4]李秀云.火电机组冷端系统经济性诊断理论的研究.西安：西安交通大学能源与动力工程学院，1999．