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火电厂空冷与湿冷机组性能分析与比较
摘要： 在火力发电过程中，空冷机组和湿冷机组之间的运行性能进行比较和分析是空冷技术在电厂发电应用的前提和基础。文章对这两个机组的技术和经济效益指标进行详细的分析，对提高空冷机组运行经济性有着显著的作用和意义。本文主要结合实际的现状，就火电厂空冷机组和湿冷机组的性能进行比较分析，然后分析了这两种机组的经济效益，希望通过本次研究对更好促进火电厂空冷技术的应用有一定的帮助。
关键词：火电厂 性能比较 经济效益 空冷机组 湿冷机组
随着国内直接空冷电站的技术发展和进步，其主要的技术经济效益，与同等量的湿冷机组的性能比较和分析逐渐成为了研究重点和难点。在进行火力发电过程中，空冷汽轮机组是相对于常规的湿冷汽轮机组而言的，这两个机组最为主要的区别就是在汽轮机组尾部的排汽冷却所采用的冷却方式不同，冷却方式的不同导致了汽轮机组尾部运行参数发生了显著的变化，因此汽轮机在设计和制造过程中，必须对其结构进行有效改变。
一、火电厂空冷和湿冷机组冷却系统的结构对比
在直接空冷机组冷却系统中，汽轮机所排的汽直接进入到空冷热交换器中，其会直接与空气进行交换，系统中的冷凝水会由凝结水泵进入汽轮机组的回热系统中，空冷系统的冷却风通常情况下都是由机械通风方式进行提供。通常情况下，系统都会采用大直径的轴流风机进行通风。而湿冷冷却系统中，汽轮机排汽系统进入表面式凝汽器中。在系统中，冷凝水主要由凝结水泵进入汽轮机组的回热系统中，冷却水在凝汽器和冷却塔之间进行循环往复的循环。这两个机组的结构在设计和制造过程中存在较大的差异性。其中直接空冷系统使用的是大型的风机风扇，湿冷系统采用的主要是凝汽器和冷却塔。直接空冷机组中，汽轮机排汽直接进入到空冷热交换器中，直接空冷系统冷却介质主要空气，并且空气不需要进行循环，湿冷机组中汽轮机排汽直接进入表面式凝汽器中，湿冷系统冷却介质是循环冷却水，需要其无限循环。
二、不同冷却方式能效对比
1、凝汽器换热端差对机组热耗的影响
首先，端差的变化和空冷机组的之间的热耗关系。空冷机组在方案设计和额定负荷条件之下，汽轮机组的热耗变化量与不同入口空气的温度关系呈正比例函数关系。随着端差不断变高，汽轮机组的热耗不断增加，在相同端差条件下，入口的空气温度越高，机组的所产生的热耗越大;其次，端差变化与湿冷机组之间的热耗关系。湿冷机组在设计下给水量和额定负荷条件下，汽轮机的热耗变化量与不同端口冷却水的入口温度呈现正比关系，随着端差的升高，汽轮机组的热耗不断增加，在相同端差条件下，入口冷却水的温度会越来越高，这时机组的热耗效率会越来越大;最后，端差变化是对机组热耗影响的比较。空冷机组和湿冷机组在额定的负荷大小和额定的入口介质温度条件下，汽轮机的热耗效率和端差变化呈现正比例函数关系。在机组运行过程中，随着端差温度的升高，空冷机组热耗增大的趋势明显高于湿冷机组，因此，空冷机组在运行过程中会比湿冷机组消耗更多的煤炭，我们以入口的介质温度为18度为例，当端差温度为12度时，空冷机组的热耗率就会增加为324KJ/(Kg・h)，而湿冷机组的热耗增加量为132 KJ/(Kg・h)。
2、空冷机组和湿冷机组的水耗分析
对不同负荷和不同冷却方式下的空冷机组和湿冷机组的水耗情况进行分析发现，空冷机组水耗为常规湿冷机组水耗指标1/3～1/5。在机组运行过程中，机组的规模越小，空冷机组的节水能力就会越强。在空冷机组中，直接进行空冷比间接进行空冷的节水能力更强。
3、空冷机组和湿冷机组的煤耗性能分析
供电煤耗综合计算出了发电煤耗以及厂用电率的水平，也是一个发电企业经济效益和发电技术完善程度的一个重要综合效益指标。其中，表1为不同冷却方式机组发电标准煤耗均值情况。
根据相关的统计结果显示，在相同负荷情况下，不同的冷却方式的机组，空冷机组比湿冷机组的煤耗率要大，而随着机组容量越大，机组供电煤耗的消耗就越小，其经济效益也就越高。
4、环境温度对两种不同冷却方式的影响
在研究过程中我们发现，环境因素对湿冷机组的影响较小，其对空冷机组的影响较大，尤其是在夏季，季风风向和风速对真空设备的影响是十分显著的，严重时会在短时间内真空迅速下降，因而对空冷机组的经济效益影响十分大。在对这种影响进行研究过程中，实验选择的环境条件较为稳定，以此来确定环境温度对空冷机组的真空所产生的影响。具体操作方式实施选择一个600MW负荷的机组运行时段的每日环境温度，对其所对应的机组真空情况进行平均算数，从而能够得到环境温度对空冷机组真空所产生的影响系数x，其中x=(y1-y2)/(t1-t2)，这其中y1、y2分别代表是实验开始和结束阶段的真空系数，而t1、t2则表示的是实验开始和结束的两个时间点。具体数据见 表2。
通过计算我们可以发现，当时机组的负荷为600MW时，平均的影响系数为-0、3Kpa/℃，也就是当环境中温度每上升1度，空冷机组的真空就会下降0、3KPa，当真空出现下降之后，会导致汽轮机组额排气压力逐渐升高，导致了整个机组运行的经济效益下降。
三、综合效益对比分析
1、经济指标对比分析
通过对这两个系统进行对比可以发现，直接空冷系统具备了初始温差大，涉及到的设备少，系统构造简单，空气质量调节灵活多变以及冬季防冻措施性能优越的优点。但是该系统也存在明显的缺点，那就是整个系统的噪音比较大，空气凝汽器的所占体积比较大，庞大的真空系统很容易导致漏气现象的发生，同时，直接空冷大多数都采用的是强制通风，因此，其耗电量还是比较大。而封闭式冷却系统表面水分的蒸发量比较大，在使用过程中，可能会消耗大量的水资源。通过效能实计算我们发现，与湿冷机组相比较，空冷机组能够大幅度的实现节水，但是其能耗较高，煤耗比较显著。
2、经济性比较
2*600MW的直接空冷机组的了冷却系统的初始投资约为5亿元人民币，而相同容量的湿冷机组的冷却系统的投资金额约为2亿元人民币左右，在运行过程中，湿冷机组按照年发电8000小时计算，每年的经济效益约为8900万元，而空冷机组的经济效益约为4300万元。综合上述，短期效益，湿冷机组优于空冷机组，但是从社会效益角度出发，空冷机组的节水效果更加明显。
四、结论
首先，换热端差主要由凝汽器表面的传热系数以及热负荷决定。要减小热耗，就必须减小换热端差，须尽量保持冷却设备的清洁，定时检查其真空严密性。环境因素对空冷机组真空影响较大。环境温度的变化会影响机组经济性，尤其以夏季最明显。此外，空冷机组节水效果明显，但存在初投资大、供电煤耗高。如果在方案选择上可以采用空冷、湿冷机组并列运行可能会较为合理地对水资源进行利用，同时还可能会充分发挥空冷机组越冬特点和常年运行节水优点，不过这方面设想还需要再进行研究求证。
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