引言

国内外学者研究了空冷凝器的变工特性和机组冷端系统的最佳运行模式，分析了机组负荷、环境温度、污垢热阻等对机组排气背压的影响。周兰欣等人采用传统的传热单元数法，考虑了排气通道散热等因素的影响，得到了机组的最佳排气背压。

1直接概述空冷系统

国家发改委、国家能源局联合发布了《全国煤电机组改造升级实施方案》（以下简称《方案》），指出到2025年，全国火电平均供电煤耗将降至300g标准煤/(kW·h)以下。300g标准煤/(kW·h以上煤电机组，应加快创造条件实施节能改造。同时，目前国内在役亚临界汽轮机组普遍存在三缸效率低、热耗率高、经济性差等问题。同时，受火电机组发电小时数持续下降、煤炭价格上涨等因素影响，燃煤发电企业经营形式恶劣；随着机组利用小时数的大幅下降，机组运行条件偏离了设计的最佳工作条件，运行经济性较差。在当前“双碳”背景下，煤电机组节能提效已成为我国能源电力领域的重要举措。近年来，许多工程技术专家和学者围绕燃煤火电机组的节能效率改造开展了大量的研究工作。分析了近年来十余台机组通流改造的改造效果和投资水平，结果表明，在假设边界条件下，我国大部分地区300MW、600MW等级机组通流改造可以取得良好的经济效益。分析了不同类型亚临界机组的通流改造方案和改造经济性，通流改造后加权供电煤耗可降低10~14g/(kW·h)，经济增长3%~4.5%。提出国内亚临界机组升级参数节能改造，汽轮机组设计参数由原来的16.7/538/538增加到24.2/566/566，改造后机组供电煤耗下降约4%。对亚临界直接空冷机组增加尖峰冷凝器的改造技术方案和经济性进行了比较分析。改造后，夏季机组平均背压可降低7kPa以上，节能效果明显。提出对机组抽真空系统进行改造，提高空冷系统抽真空设备的极限抽真空能力，优化抽真空系统管道。改造后，直接空冷机组冬季运行的背压可降低2~3kpa，同时加强了空冷系统的传热，具有良好的防冻效果。建议采用AIBT通流改造技术和辅机节能技术对汽轮机组进行节能改造，对改造后的机组进行性能考核试验，改造后供电煤耗下降7.5%。提出了汽轮机通流提效改造＋锅炉加热参数节能降耗综合效率改造技术方案，锅炉侧部分加热面和管道更换，主再热蒸汽温度由原来的541℃升至568℃，汽机侧进行通流改造，改造后机组供电煤耗降低7.4%。

2机组微增功率与轴流风机转速的关系

2.1机组微增功率与排气压力的关系

排气压力变化引起的机组微增功率变化主要体现在末级发电功率的变化上，包括两个方面：①末级排气焓变化；②排气压力的变化改变了凝结水的温度，影响了最后一次抽气的份额，导致了最后一次蒸汽量的变化。对于通流部分未改造的机组，可以利用汽轮机厂给出的通用曲线，找出典型工况下排气压力与功率变化的关系。因此，可以结合典型工况下机组微增功率与排气压力之间的函数关系。

2.2排气压力与轴流风机转速之间的关系

由于直接空冷机组的排气通道较长，阀门和弯头较多，排气通道内的压力损失不容忽视，因此机组的排气压力与空冷凝器内的压力在数值上有很大差异。研究表明，在机组负荷较低的情况下，风机组在同一速度下同时运行的经济性高于部分风机停止运行时的经济性。考虑到机组位于华北，冬季气温不会降到太低，本文没有考虑环境温度急剧下降导致部分风机停机的工况。

2.3缺乏汽提质供热技术

在现有发电疲劳高背压+第一站峰值加热机组中，进一步提高机组效率的方向是蒸汽加热热网循环水与中压缸排气和疲劳之间的压力水平，实现热网循环水的梯级加热。由于汽轮机热系统低压加热器的直径限制，高背压换热器后的热网循环水无法进一步加热。蒸汽喷射压缩是通过喷嘴将优质蒸汽加速到音速或超音速，通过蒸汽绝对压力的急剧下降，引入和吸收低压蒸汽，通过后混合和扩压，进一步提高蒸汽压力，实现两种蒸汽的混合和增压。蒸汽喷射器为进一步优化现有供热方式提供了很好的解决方案。通过蒸汽喷射器，通过动力蒸汽喷射，将现有高背压空冷岛的疲劳泵出进一步增压。增压后，疲劳可将热网循环水加热到更高的温度水平，进一步降低原热网第一站高峰加热的优质蒸汽消耗。响应排出的优质蒸汽可返回汽轮机低压缸进一步发电，降低机组热耗。在该系统中，高背压疲劳加热为一级加热，二级加热为二级加热。电厂现有的峰值调节电锅炉系统为三级加热（根据峰值调节需要，可更换峰值加热器），峰值加热为四级加热。机组可灵活参与调峰，也可进一步提高机组供热效率。

空冷系统运行优化试验

基于机组为330MW亚临界，一次中间再热直接空冷机组，汽轮机组型号为NZK330-16.7/538/538(合缸)。机组空冷凝器为GEA公司设计制造，空冷岛共6排5列，共30个空冷单元，每个空冷单元配备一台直径9.754m的轴流风机。空冷凝器总散热面积为941857m2。

3.1风机耗功试验

通过测量不同环境温度和频率下的风机功率，可以得到风机功耗、环境温度和频率的规律，作为空冷系统优化的基础。风机功率随频率变化近三个函数，随环境温度的增加而降低，近似线性。随着风机频率的增加，风机功率的变化率与环境温度相比增加。在性能优化试验中，通过频率和环境温度插值可以获得每个工况下的风机功率。

3.2空冷系统优化曲线优化曲线

同样，环境温度为7℃、在15℃和19℃下进行空冷优化试验，得到不同负荷、不同环境温度对应的最佳风机频率，通过曲线拟合得到个别工况优化结果。

3.3最佳风机转速和最佳排气压力

在选定的运行条件下，改变风机转速，增加风机冷却风量，降低汽轮机末级排气压力后的级组微增功率ΔPe及其对应的轴流风机增加的功耗ΔN差值即净功率增加量ΔP最大时相应的风机转速称为最佳空冷风机转速，此时的排气压力为最佳排气压力。当环境温度保持不变时，随着环境风速的提高，最佳风机转速增加，但最佳排气压力几乎保持不变。可以看出，由于风机转速的灵活控制，与环境温度相比，环境风速对最佳真空影响不大。环境风的风向不同，最佳风机转速也发生了变化。环境风x方向横掠时的最佳风机转速大于y方向纵掠时的最佳风机转速，证明横掠风对空冷单元进气量的影响大于纵掠风。风向横掠时，迎风侧空冷单元内的负压区域使空气流场发生较大变化，阻碍空气进出，减少空冷单元内参与换热的空气量，削弱换热能力。但由于风机转速的相应调整和变化，两个方向环境风对应的机组最佳排气压力变化不大。

结语

通过净出力增量法对电厂进行空冷系统优化试验，得到了空冷风机最佳频率与机组负荷和环境温度的对应关系，指导机组运行。空冷优化后，机组净出力增加，估计节约煤耗约0.65g/(kW•h)，节能效益明显。直接空冷机组空冷系统运行优化试验研究可推广到各容量空冷机组，提高空冷电厂运行经济性，符合“节能减排”政策，具有重要的经济价值和社会意义。