如何选择挡风墙高度

在实际运行中，直接空冷凝汽器（ACC）会在环境风作用下产生热回流，特别在炎热夏季的高温时段，热回流的产生严重地影响了机组正常运行，甚至会造成系统停机。因此，有必要采取有效的工程措施，尽可能降低热回流给空冷凝汽器散热效果带来的不利影响。现有的工程措施中，除了合理布置空冷塔以及周围建筑物之外，在空冷平台周围加装挡风墙是目前世界上普遍采用的工程措施。加装挡风墙具有降低热回流、有助于防冻等作用。同时文献[22]中报道，山西大同、漳山等直接空冷电厂，空冷塔周围都安装了一定高度的挡风墙，但是在炎热夏季高温时段，当大风从炉后吹过空冷塔时，系统背压急剧升高，虽然采取了降低负荷限制出力的措施，仍然导致了跳闸事故，迫使汽轮机停机。因此现有挡风墙高度的选择在夏季炎热的天气条件下，不能有效地阻止跳闸事故，需要进一步研究。

目前，可能是由于知识产权的原因，很少有涉及挡风墙高度设计的公开文献发表。而且在实际工程中影响系统效率的因素很多，如布置朝向、平台高度、平台长度、宽度、风机特性等，是综合因素的体现，还需进行经济比较，如适当抬高平台高度和增高挡风墙高度在提高同样的系统效率时哪个更经济。在工程设计中，为了考虑上述多方面因素以及便于挡风墙的支撑和结构设计，一般计算出的值并根据蒸汽分配管的尺寸取整并形成标准模式，即目前工程中挡风墙高度有与蒸汽分配管中心对齐的，也有与蒸汽分配管顶对齐的，还有与蒸汽分配管底部对齐的，有的工程中明确规定挡风墙高度高出蒸汽分配管顶1.5～2m的要求。

由于在设计条件下，直接空冷系统的安全运行的环境风速小于3m/s，因此挡风墙高度的设计是近似在无风条件下进行的；在有风条件下，挡风墙的高度需在无风条件下挡风墙高度的基础上加以修正。第2章2.4节对直接空冷散热器进行了理论分析，由式（2.24）可以计算出挡风墙的高度，即

马义伟[38]对翅片管束迎面风速、横向风问题进行探讨，由于热空气从两蒸汽分配管之间的空间排出，流通面积减少，导致风速增加；同时，管束翅片出口温度升高25～30℃，导致出口空气密度值下降10%左右。如果假设翅片管束出口风速vo，翅片管束面积Ao，两蒸汽分配管之间的出口面积为Adj，如图4.14所示，由连续方程（质量守恒方程）可得

即　　

式中　LF——跨距；

DN——蒸汽分配管内径；

s——蒸汽分配管壁厚。

如果蒸汽分配管出口空气密度近似等于翅片管束出口空气密度，即ρo=ρj，将式（4.3）带入式（4.2）可得

因此确定式（4.4）中的出口流速vj，即可由式（2.24）计算挡风墙的高度。

表4.6给出了国内4个600MW直接空冷电厂和2个300MW直接空冷电厂的空冷凝汽器几何尺寸和考核工况下的相关设计参数。其中LF、DN、Lhe、s分别为风机的跨距、风机直径、翅片管束长度、蒸汽分配管厚度；HE、Ht、Hb、Hd、Hp、Hc分别为蒸汽分配管标高、与蒸汽分配管顶部齐平的风墙高度、与蒸汽分配管顶部齐平的风墙高度、设计挡风墙高度、实际施工风墙高程以及采用式（2.24）计算的风墙高度；ρi、ρo分别为空冷凝汽器入口和出口密度；vo、vj分别为翅片管束出口风速和蒸汽分配管出口风速。

图4.14　A-型构架空冷散热器流动示意图

表4.6　直接空冷电厂空冷塔及冷凝汽器主要设计参数

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从表4.6可以看出，利用式（2.24）计算的无风条件下风墙高度介于蒸汽分配管顶部和底部高度之间，这与上述设计取整并形成标准的思路相吻合。并且实际挡风墙的设计高度Hd与利用式（2.24）计算值Hc之间的关系，可以发现

式中　k1——比例系数。

k1与风速比KV和密度弗劳德数FrD密切相关，即

其中　

式中　KV——实际来流风速与蒸汽分配管出口羽流射流速度的比值；

Lo、vo、To——特征物理量[34-37]。

系数k1根据试验所得，对于600MW机组k1=1.05～1.23，Hp为实际施工时推荐的挡风墙高度的最大值，Hd为实际挡风墙的设计值，那么

其中，k2根据经验给出，对于600MW空冷机组，k2=1.01～1.05。因此，实际施工高度，即挡风墙高度的最佳值为

其中，k3=k1k2=1.07～1.25。

结合试验结果，以及实际施工高度可以看出，最佳施工高度为

其中，C=1.5～2.0。

由式（4.9）可知，推荐最大挡风墙高度为式（2.24）计算结果的基础上加高挡风墙1.5～2.0m。