我國(guó)北方地區(qū)富煤缺水,電站空冷技術(shù)得到了迅速發(fā)展。自然通風(fēng)空冷系統(tǒng)冬季低溫運(yùn)行時(shí),空冷散熱器內(nèi)循環(huán)水極易發(fā)生凍結(jié),導(dǎo)致翅片管束遭受破壞,使間接空冷機(jī)組的安全運(yùn)行面臨嚴(yán)峻考驗(yàn)。但目前國(guó)內(nèi)外研究缺乏對(duì)高寒環(huán)境下自然通風(fēng)空冷系統(tǒng)熱力性能變化規(guī)律的深入揭示,導(dǎo)致空冷機(jī)組現(xiàn)有的防凍措施更多依賴于經(jīng)驗(yàn)背壓控制策略,使得冬季機(jī)組運(yùn)行背壓偏高,發(fā)電熱效率下降。本文以高寒地區(qū)空冷散熱器防凍運(yùn)行為對(duì)象,開(kāi)展自然通風(fēng)空冷系統(tǒng)防凍理論、防凍方法和應(yīng)對(duì)措施研究,為空冷電站冬季安全高效運(yùn)行提供重要的理論和實(shí)踐指導(dǎo)。首先,本文根據(jù)汽輪機(jī)排汽、循環(huán)水,以及環(huán)境空氣的熱負(fù)荷匹配原則,建立了凝汽器/自然通風(fēng)空冷系統(tǒng)熱力耦合模型。分析了低溫環(huán)境下自然通風(fēng)空冷系統(tǒng)的流動(dòng)換熱特性,揭示了不同循環(huán)水流量下空冷散熱器扇區(qū)和散熱器單元的循環(huán)水出口水溫變化規(guī)律,發(fā)現(xiàn)了低溫環(huán)境下存在潛在凍結(jié)風(fēng)險(xiǎn)的空冷扇區(qū)內(nèi)散熱器單元的分布特性,獲得了不同環(huán)境氣象條件下空冷扇區(qū)防凍流量,分析了各扇區(qū)循環(huán)水流量再分配對(duì)自然通風(fēng)空冷系統(tǒng)防凍及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的影響。研究表明:通過(guò)增加循環(huán)水流量,迎風(fēng)扇區(qū)只在低風(fēng)速條件下脫離凍結(jié)危險(xiǎn),高風(fēng)速下翅片管束仍處于嚴(yán)重凍結(jié)狀態(tài),側(cè)前風(fēng)扇區(qū)和背風(fēng)扇區(qū)的凍結(jié)危險(xiǎn)全部解除,說(shuō)明通過(guò)強(qiáng)化空冷散熱器水側(cè)熱負(fù)荷可達(dá)到防凍目的。低風(fēng)速時(shí)不應(yīng)過(guò)多降低側(cè)風(fēng)及側(cè)后風(fēng)扇區(qū)循環(huán)水流量,以免在環(huán)境溫度降低時(shí)發(fā)生凍結(jié)危險(xiǎn);然而在高風(fēng)速下,側(cè)風(fēng)及側(cè)后風(fēng)扇區(qū)在循環(huán)水流量大幅削減時(shí)仍具有較高的防凍能力。可見(jiàn),循環(huán)水流量再分配應(yīng)遵循“低風(fēng)速時(shí)適度提高迎風(fēng)扇區(qū)且適度降低側(cè)風(fēng)及側(cè)后風(fēng)扇區(qū)水側(cè)流量,高風(fēng)速時(shí)盡可能增加迎風(fēng)扇區(qū)而降低側(cè)風(fēng)及側(cè)后風(fēng)扇區(qū)水側(cè)流量”的運(yùn)行調(diào)整策略。通過(guò)采取適當(dāng)?shù)难h(huán)水流量再分配措施,可在均衡扇區(qū)防凍能力前提下提升自然通風(fēng)空冷系統(tǒng)的冷卻效率。其次,考察了空冷散熱器傳熱面積遞減,即扇區(qū)解列對(duì)自然通風(fēng)空冷系統(tǒng)防凍運(yùn)行的影響。通過(guò)建立不同扇區(qū)的輪換解列模型,對(duì)比了全扇區(qū)運(yùn)行和某扇區(qū)停運(yùn)時(shí)空冷散熱器各扇區(qū)和散熱器單元的輸運(yùn)性能及循環(huán)水出水溫度。結(jié)果表明,在防凍前提下,無(wú)風(fēng)時(shí)可適當(dāng)降低空冷散熱器的入口水溫以提升機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。然而在環(huán)境風(fēng)場(chǎng)作用下,運(yùn)行扇區(qū)的空氣側(cè)冷卻能力呈現(xiàn)非均勻分布,此時(shí)需提升空冷散熱器的入口水溫來(lái)強(qiáng)化水側(cè)熱負(fù)荷,從而實(shí)現(xiàn)與最高的空氣側(cè)冷卻能力相匹配。實(shí)施扇區(qū)解列可有效增加水側(cè)熱負(fù)荷以使空冷散熱器具備防凍能力,并且當(dāng)迎風(fēng)扇區(qū)退出運(yùn)行時(shí),空冷散熱器所需的水側(cè)防凍熱負(fù)荷降至最低。此外,扇區(qū)解列前后,側(cè)風(fēng)及側(cè)后風(fēng)扇區(qū)均無(wú)潛在的凍結(jié)危險(xiǎn)。扇區(qū)解列降低了汽輪機(jī)背壓,實(shí)現(xiàn)了冷端系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)防凍運(yùn)行。最后,在現(xiàn)有空冷機(jī)組冬季經(jīng)驗(yàn)性防凍運(yùn)行方式的基礎(chǔ)上,本文提出了空冷散熱器水側(cè)流量和百葉窗開(kāi)度的協(xié)同調(diào)控原則。通過(guò)建立實(shí)際可行的防凍策略模型,得到了空冷扇區(qū)在不同環(huán)境溫度、不同環(huán)境風(fēng)速下的防凍流量和百葉窗開(kāi)度,用以指導(dǎo)機(jī)組在冬季的安全運(yùn)行。同時(shí),針對(duì)汽輪機(jī)的阻塞背壓運(yùn)行工況,本文研究了空冷機(jī)組在冬季的最優(yōu)防凍運(yùn)行方式。研究表明,當(dāng)冬季氣溫不是很低時(shí),應(yīng)充分利用空冷塔的抽吸能力,使百葉窗處于全開(kāi)狀態(tài)以實(shí)現(xiàn)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。若在環(huán)境風(fēng)場(chǎng)影響下某扇區(qū)的空氣側(cè)冷卻能力超過(guò)水側(cè)最高熱負(fù)荷時(shí),可通過(guò)單獨(dú)增加循環(huán)水流量來(lái)有效地脫離凍結(jié)危險(xiǎn)。當(dāng)冬季氣溫很低時(shí),應(yīng)優(yōu)先調(diào)低空冷散熱器單元外的百葉窗開(kāi)度來(lái)迅速降低空氣的冷卻能力,使之低于循環(huán)水的最大熱負(fù)荷,從而實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)空冷系統(tǒng)的防凍運(yùn)行。當(dāng)環(huán)境溫度在-5℃和-10℃之間波動(dòng)時(shí),汽輪機(jī)的排汽背壓不應(yīng)低于防凍背壓;當(dāng)環(huán)境溫度在-15℃和-30℃之間波動(dòng)時(shí),機(jī)組可在汽輪機(jī)的阻塞背壓工況下運(yùn)行,從而達(dá)到最優(yōu)的防凍運(yùn)行狀態(tài)。
【學(xué)位單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM621
【部分圖文】：

華北電力大學(xué)博士學(xué)位論文??第２章自然通風(fēng)空冷系統(tǒng)的防凍研究方法??２．１物理模型??本文研究對(duì)象面向電站典型自然通風(fēng)空冷系統(tǒng)，如圖２－１所示，其主要結(jié)??構(gòu)包括雙曲線型混凝土塔體和大型空冷散熱器。在實(shí)際運(yùn)行中，空冷散熱器通??常劃分為］〇個(gè)扇區(qū)來(lái)控制循環(huán)水分配，由于其幾何對(duì)稱性，本文采用１號(hào)至５??號(hào)扇區(qū)做為數(shù)值模擬研究對(duì)象。另外，本文所建立的空冷機(jī)組模型幾何尺寸，??列于表２－１中。??

ｌｌ?Ｘ?Ｐｚｚ＇ｄｘｄｙ＼??ｉ＇?ｌｌ＇Ｌ＾??圖２－３散熱器微元的輸運(yùn)過(guò)程??Ｆｉｇ．?２－３?Ｆｌｏｗ?ａｎｄ?ｈｅａｔ?ｔｒａｎｓｆｅｒ?ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ?ｏｆ?ｍａｃｒｏｓ?ｉｎ?ｈｅａｔ?ｅｘｃｈａｎｇｅｒ?ｃｏｌｕｍｎｓ??２．４計(jì)算域網(wǎng)格劃分及邊界條件??圖２－４所示為自然通風(fēng)空冷系統(tǒng)數(shù)值模型計(jì)算域及邊界條件。以６００ＭＷ空??冷機(jī)組為例，其半塔模型計(jì)算域?yàn)椋玻埃埃埃恚欤埃埃埃恚?１０００ｍ，為優(yōu)化大尺度模型??的數(shù)值計(jì)算過(guò)程，本文采用區(qū)塊化網(wǎng)格劃分技術(shù)。位于模型中心的換熱器和空??冷塔區(qū)域采用六面體網(wǎng)格劃分，而外圍矩形區(qū)域則采用六面體／散熱器單元網(wǎng)格??劃分，為更準(zhǔn)確地呈現(xiàn)空冷散熱器附近冷卻空氣的流動(dòng)換熱特性，在散熱器附??近實(shí)施網(wǎng)格改善技術(shù)。最終所示計(jì)算域網(wǎng)格數(shù)量為３，９９２，７３１。??當(dāng)存在環(huán)境風(fēng)效應(yīng)時(shí)，計(jì)算域迎風(fēng)面設(shè)置為速度進(jìn)口邊界條件，橫向風(fēng)速??ｋ為關(guān)于高度ｚ（ｍ）的冪次函數(shù)：??１５??

２．５實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證??２．５．１翅片管束風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)??空冷電站散熱器通常使用開(kāi)槽錯(cuò)列翅片管束，如上述圖２－２及表２－２－所示。??為評(píng)估所選翅片管束的流動(dòng)換熱性能，常采用風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)量管束的阻力系數(shù)??和努塞爾數(shù)，并與數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，如圖２－５所示。??圖２－５左側(cè)為實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成及各測(cè)點(diǎn)布置。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由水側(cè)和空氣側(cè)子系??統(tǒng)構(gòu)成，測(cè)試段橫截面尺寸和長(zhǎng)度分別為５００＞＜７００ｍｍ、１０００ｍｍ。水側(cè)子系統(tǒng)??采用精度為±〇．５°Ｃ的恒溫水浴來(lái)控制入口水溫保持為６０°Ｃ；采用精度為０．５％??的渦流流量計(jì)來(lái)控制水側(cè)流量保持為〇．６９４ｋｇ／ｓ�？諝鈧�(cè)子系統(tǒng)在測(cè)試段進(jìn)、出??口各安裝６個(gè)精度為±０．１°Ｃ的Ｔ型熱電偶來(lái)測(cè)量冷卻空氣的進(jìn)、出口溫度；采??用精度為±２％的熱線風(fēng)速儀來(lái)控制空氣流速在［０．５ｍ／ｓ，?５ｍ／ｓ］變化以實(shí)現(xiàn)流量控??制；在測(cè)試段進(jìn)、出口中心位置安裝精度為＝ｔ〇．１５Ｐａ皮托管來(lái)測(cè)量冷卻空氣的進(jìn)、??１６??
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 楊作梁;溫新宇;馬洪源;;直接空冷機(jī)組加裝尖峰冷卻裝置的對(duì)比分析[J];汽輪機(jī)技術(shù);2015年06期

2 孔艷強(qiáng);席新銘;董澤文;杜小澤;楊立軍;;600MW間接空冷散熱器傳熱及防凍性能[J];工程熱物理學(xué)報(bào);2015年08期

3 郭民臣;紀(jì)執(zhí)琴;安廣然;李安生;;干-濕冷卻系統(tǒng)對(duì)空冷機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性影響的分析[J];化工學(xué)報(bào);2015年01期

4 黎穎慧;韋紅旗;王麗麗;韓國(guó)慶;;干濕聯(lián)合冷卻系統(tǒng)模型及其變工況特性分析[J];熱力發(fā)電;2014年04期

5 劉振宇;;武鄉(xiāng)電廠2×600MW機(jī)組增設(shè)尖峰冷卻工程淺析[J];山西焦煤科技;2013年10期

6 湯濤;胥建群;韋紅旗;;干濕并聯(lián)冷卻機(jī)組變工況特性研究[J];發(fā)電設(shè)備;2013年05期

7 劉培忠;楊志軍;;高寒地區(qū)間接空冷機(jī)組散熱器防凍預(yù)暖措施[J];中國(guó)電力;2013年05期

8 張炳文;王雪蓮;;新型干、濕聯(lián)合冷卻塔設(shè)計(jì)及節(jié)水量計(jì)算[J];熱力發(fā)電;2012年12期

9 孫志文;王平;;國(guó)內(nèi)首例600MW間接空冷機(jī)組防凍及節(jié)能改造[J];現(xiàn)代電力;2011年06期

10 焦宏波;竇紅霞;;600MW間接空冷塔溫度的自動(dòng)控制和優(yōu)化[J];電力安全技術(shù);2011年10期

本文編號(hào)：2867228