直接空冷机组具有十分明显的节水优势,但由于直接空冷凝汽器直接与空气接触,换热管束易污染,受外界环境影响较大,使得直接空冷机组存在运行背压高且变化范围大等问题。机组运行背压是影响机组经济性的重要参数,且最佳运行背压在冷端系统运行中会受到环境温度、汽轮机排汽流量、风机转速和环境风等因素的综合影响,特别是在空冷凝汽器实际运行过程中,因环境风变化而产生的热风回流、倒灌等现象使得空冷凝汽器换热性能发生改变,导致传统的空冷凝汽器模型计算的机组背压偏离实际值较大,从而影响最佳背压计算的准确性。本文首先对直接空冷凝汽器的变工况特性进行了分析。采用ε-NTU法,考虑凝汽器冷凝温度变化引起的实际凝结热的变化及变工况下排汽压损的变化,建立了某600MW直接空冷机组凝汽器变工况特性计算模型。该模型计算结果与厂家提供的特性曲线对比,其最大误差为1.68%,满足工程精度要求,与传统模型相比,计算精度更高。在空冷凝汽器变工况计算模型基础上,详细分析了环境温度、汽轮机排汽流量和迎面风速等主要参数对凝汽器压力的影响规律。其次建立了该机组空冷岛环境风影响数值分析模型,模拟分析了正向来风、侧向来风和炉后来风三种不同风向工况,以及3m/s、6m/s、9m/s和12m/s四种不同风速工况对空冷岛换热性能的影响,在空冷岛有环境风影响时,分析了各空冷单元之间的通风量和入口空气温度变化规律及其导致各空冷单元换热能力的差异性。在上述数值模型得到的各空冷单元流量及入口温度数据基础上,以空冷单元作为计算尺度,建立了环境风影响下直接空冷机组背压的计算模型,该模型计算结果与实际值进行对比,其最大误差不超过1.8%,满足工程精度要求。基于上述模型,得到了不同环境风向、风速下的机组背压,与未考虑环境风影响时的背压进行比较,考虑环境风影响时的最大背压影响值达到2k Pa,表明考虑环境风影响得到的机组背压更符合机组实际值。最后对直接空冷机组背压和风机运行进行了运行优化研究,建立了直接空冷机组冷端系统整体优化运行模型。提出一种计算简单、所需参数少的通用直接空冷机组微增功率计算模型,得到了不同排汽流量工况下的机组背压对汽轮机出力的修正曲线,模型计算结果与厂家提供的修正曲线非常吻合,最大误差为0.3%。根据风机相似原理,建立了在环境风影响下的风机群耗功量计算模型,将机组微增功率模型、风机功耗模型及背压计算模型耦合后,结合CFD数值模拟,可以得到不同环境温度、风机转速和排汽流量下对应的机组背压和净出力,基于耦合模型计算结果得到建模样本,建立了基于BP神经网络的全工况背压和净出力预测模型,且对该模型进行了误差分析,验证了该模型预测结果的准确性。基于耦合的冷端系统整体优化模型,以机组最大净出力为优化目标,采用遗传算法得到了变工况下的最佳运行背压和对应的风机最优运行转速,并得到不同季节下风机群的最佳运行方式,为直接空冷机组冷端系统运行提供参考。