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火電廠空冷與濕冷機組性能分析與比較
摘要： 在火力發電過程中，空冷機組和濕冷機組之間的運行性能進行比較和分析是空冷技術在電廠發電應用的前提和基礎。文章對這兩個機組的技術和經濟效益指標進行詳細的分析，對提高空冷機組運行經濟性有著顯著的作用和意義。本文主要結合實際的現狀，就火電廠空冷機組和濕冷機組的性能進行比較分析，然后分析了這兩種機組的經濟效益，希望通過本次研究對更好促進火電廠空冷技術的應用有一定的幫助。
關鍵詞：火電廠 性能比較 經濟效益 空冷機組 濕冷機組
隨著國內直接空冷電站的技術發展和進步，其主要的技術經濟效益，與同等量的濕冷機組的性能比較和分析逐漸成為了研究重點和難點。在進行火力發電過程中，空冷汽輪機組是相對于常規的濕冷汽輪機組而言的，這兩個機組最為主要的區別就是在汽輪機組尾部的排汽冷卻所采用的冷卻方式不同，冷卻方式的不同導致了汽輪機組尾部運行參數發生了顯著的變化，因此汽輪機在設計和制造過程中，必須對其結構進行有效改變。
一、火電廠空冷和濕冷機組冷卻系統的結構對比
在直接空冷機組冷卻系統中，汽輪機所排的汽直接進入到空冷熱交換器中，其會直接與空氣進行交換，系統中的冷凝水會由凝結水泵進入汽輪機組的回熱系統中，空冷系統的冷卻風通常情況下都是由機械通風方式進行提供。通常情況下，系統都會采用大直徑的軸流風機進行通風。而濕冷冷卻系統中，汽輪機排汽系統進入表面式凝汽器中。在系統中，冷凝水主要由凝結水泵進入汽輪機組的回熱系統中，冷卻水在凝汽器和冷卻塔之間進行循環往復的循環。這兩個機組的結構在設計和制造過程中存在較大的差異性。其中直接空冷系統使用的是大型的風機風扇，濕冷系統采用的主要是凝汽器和冷卻塔。直接空冷機組中，汽輪機排汽直接進入到空冷熱交換器中，直接空冷系統冷卻介質主要空氣，并且空氣不需要進行循環，濕冷機組中汽輪機排汽直接進入表面式凝汽器中，濕冷系統冷卻介質是循環冷卻水，需要其無限循環。
二、不同冷卻方式能效對比
1、凝汽器換熱端差對機組熱耗的影響
首先，端差的變化和空冷機組的之間的熱耗關系。空冷機組在方案設計和額定負荷條件之下，汽輪機組的熱耗變化量與不同入口空氣的溫度關系呈正比例函數關系。隨著端差不斷變高，汽輪機組的熱耗不斷增加，在相同端差條件下，入口的空氣溫度越高，機組的所產生的熱耗越大;其次，端差變化與濕冷機組之間的熱耗關系。濕冷機組在設計下給水量和額定負荷條件下，汽輪機的熱耗變化量與不同端口冷卻水的入口溫度呈現正比關系，隨著端差的升高，汽輪機組的熱耗不斷增加，在相同端差條件下，入口冷卻水的溫度會越來越高，這時機組的熱耗效率會越來越大;最后，端差變化是對機組熱耗影響的比較。空冷機組和濕冷機組在額定的負荷大小和額定的入口介質溫度條件下，汽輪機的熱耗效率和端差變化呈現正比例函數關系。在機組運行過程中，隨著端差溫度的升高，空冷機組熱耗增大的趨勢明顯高于濕冷機組，因此，空冷機組在運行過程中會比濕冷機組消耗更多的煤炭，我們以入口的介質溫度為18度為例，當端差溫度為12度時，空冷機組的熱耗率就會增加為324KJ/(Kg・h)，而濕冷機組的熱耗增加量為132 KJ/(Kg・h)。
2、空冷機組和濕冷機組的水耗分析
對不同負荷和不同冷卻方式下的空冷機組和濕冷機組的水耗情況進行分析發現，空冷機組水耗為常規濕冷機組水耗指標1/3～1/5。在機組運行過程中，機組的規模越小，空冷機組的節水能力就會越強。在空冷機組中，直接進行空冷比間接進行空冷的節水能力更強。
3、空冷機組和濕冷機組的煤耗性能分析
供電煤耗綜合計算出了發電煤耗以及廠用電率的水平，也是一個發電企業經濟效益和發電技術完善程度的一個重要綜合效益指標。其中，表1為不同冷卻方式機組發電標準煤耗均值情況。
根據相關的統計結果顯示，在相同負荷情況下，不同的冷卻方式的機組，空冷機組比濕冷機組的煤耗率要大，而隨著機組容量越大，機組供電煤耗的消耗就越小，其經濟效益也就越高。
4、環境溫度對兩種不同冷卻方式的影響
在研究過程中我們發現，環境因素對濕冷機組的影響較小，其對空冷機組的影響較大，尤其是在夏季，季風風向和風速對真空設備的影響是十分顯著的，嚴重時會在短時間內真空迅速下降，因而對空冷機組的經濟效益影響十分大。在對這種影響進行研究過程中，實驗選擇的環境條件較為穩定，以此來確定環境溫度對空冷機組的真空所產生的影響。具體操作方式實施選擇一個600MW負荷的機組運行時段的每日環境溫度，對其所對應的機組真空情況進行平均算數，從而能夠得到環境溫度對空冷機組真空所產生的影響系數x，其中x=(y1-y2)/(t1-t2)，這其中y1、y2分別代表是實驗開始和結束階段的真空系數，而t1、t2則表示的是實驗開始和結束的兩個時間點。具體數據見 表2。
通過計算我們可以發現，當時機組的負荷為600MW時，平均的影響系數為-0、3Kpa/℃，也就是當環境中溫度每上升1度，空冷機組的真空就會下降0、3KPa，當真空出現下降之后，會導致汽輪機組額排氣壓力逐漸升高，導致了整個機組運行的經濟效益下降。
三、綜合效益對比分析
1、經濟指標對比分析
通過對這兩個系統進行對比可以發現，直接空冷系統具備了初始溫差大，涉及到的設備少，系統構造簡單，空氣質量調節靈活多變以及冬季防凍措施性能優越的優點。但是該系統也存在明顯的缺點，那就是整個系統的噪音比較大，空氣凝汽器的所占體積比較大，龐大的真空系統很容易導致漏氣現象的發生，同時，直接空冷大多數都采用的是強制通風，因此，其耗電量還是比較大。而封閉式冷卻系統表面水分的蒸發量比較大，在使用過程中，可能會消耗大量的水資源。通過效能實計算我們發現，與濕冷機組相比較，空冷機組能夠大幅度的實現節水，但是其能耗較高，煤耗比較顯著。
2、經濟性比較
2*600MW的直接空冷機組的了冷卻系統的初始投資約為5億元人民幣，而相同容量的濕冷機組的冷卻系統的投資金額約為2億元人民幣左右，在運行過程中，濕冷機組按照年發電8000小時計算，每年的經濟效益約為8900萬元，而空冷機組的經濟效益約為4300萬元。綜合上述，短期效益，濕冷機組優于空冷機組，但是從社會效益角度出發，空冷機組的節水效果更加明顯。
四、結論
首先，換熱端差主要由凝汽器表面的傳熱系數以及熱負荷決定。要減小熱耗，就必須減小換熱端差，須盡量保持冷卻設備的清潔，定時檢查其真空嚴密性。環境因素對空冷機組真空影響較大。環境溫度的變化會影響機組經濟性，尤其以夏季最明顯。此外，空冷機組節水效果明顯，但存在初投資大、供電煤耗高。如果在方案選擇上可以采用空冷、濕冷機組并列運行可能會較為合理地對水資源進行利用，同時還可能會充分發揮空冷機組越冬特點和常年運行節水優點，不過這方面設想還需要再進行研究求證。
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