适应复杂环境风场的空冷传热表面构建及风场诱导调控

发布时间：2018-10-05 09:48

【摘要】：电站空冷技术因其明显的节水优势,在我国“三北”地区得到广泛应用。目前空冷系统主要包括机械通风直接空冷系统和自然通风间接空冷系统。机械通风直接空冷系统的初投资较低,其空冷凝汽器通常由数十个空冷单元呈矩形阵列布置而成。空冷单元为“A”型框架结构,包含以一定夹角分两侧倾斜布置的“A”型翅片管束和下部的轴流风机。自然通风间接空冷系统具有后期运行维护费用低的特点,通常由双曲线型自然通风空冷塔及塔内水平布置或塔外竖直布置的空冷散热器组成。针对现有空冷系统,国内外已开展了大量研究工作,尤其是空冷系统的不利环境风效应。对于机械通风直接空冷系统,在环境横向风作用下,迎风面轴流风机入口流动变形加剧,甚至出现热空气倒流现象,使空冷凝汽器整体入口温度升高,加之环境横向风对空冷凝汽器出口热空气的压制作用,加剧了空冷凝汽器流动换热性能恶化。对于广为采用的空冷散热器塔外竖直布置自然通风间接空冷系统而言,在环境横向风作用下,空冷散热器外围冷却空气流动与圆柱绕流类似,使得空冷散热器不同扇段内冷却三角流动换热性能存在较大差异。其中,空冷散热器迎风面冷却三角的流动换热性能被强化,而在空冷散热器侧面扇段入口处,冷却空气加速流动,形成了低压区,导致两侧扇段内冷却三角流动换热性能严重恶化。总之,在环境横向风作用下,不论是机械通风直接空冷系统还是自然通风间接空冷系统,其流动换热性能都受到不同程度的有害影响。针对环境风场对空冷系统的不利影响,国内外学者提出了大量的解决方法和应对措施。本文采用CFD数值模拟手段,借助商业软件FLUENT,获得了直接和间接空冷系统的不利环境风效应的表现特征和产生机理。针对环境风场作用规律,提出了“有效引导风场能量,实现风能资源化利用”的新型直接空冷传热表面布置方法和间接空冷系统冷却空气流场诱导调控策略。在削弱环境风场不利影响的同时,兼顾环境风场动能的强迫对流传热资源化利用。结果表明,通过竖直布置直接空冷单元和引风式“V”型结构直接空冷单元等直接空冷系统传热表面的创新性构建,直接空冷系统的不利环境风效应得到了显著削弱,热力性能得到大幅改善。通过在空冷散热器两侧冷却三角外部设置环境风场引导装置,在空冷塔内部安装空气流场优化组织装置,空冷散热器侧风面扇段流动换热性能得到了大幅提升,各扇区热力性能更趋均衡,间接空冷系统整体性能得到明显强化。间接空冷系统环境风场和空气流场诱导调控策略的应用,可显著改善大风工况下空冷系统热力性能,有效降低空冷机组运行背压。此外,本文还研究了环境横向风作用下,间接空冷系统冬季防冻不利环境风效应和“烟塔合一”间接空冷系统烟气扩散的不利环境风效应及其抑制机理。针对间接空冷系统冬季低温大风运行工况,本文提出了“冷却空气流量均衡化”的百叶窗开度调节策略,通过调整空冷散热器各扇段的百叶窗开度,尽可能减少冷却能力强的上游扇区空气流量。借助不同扇段冷却空气流量的控制,既能实现空冷散热器管束防冻,又能有效降低机组运行背压,可为间接空冷系统冬季安全、经济运行提供参考。针对“烟塔合一”自然通风空冷系统布置方式,本文研究了环境横向风作用下,烟气在塔内外的流动扩散性能,包括烟气在塔内壁上沉积、塔外的抬升高度及塔外的沉降浓度,并获得了“烟塔合一”间接空冷系统热力性能参数随环境风速的变化规律。结果表明,“烟塔合一”间接空冷系统具有良好的烟气扩散性能,并能在一定程度上削弱环境风场对空冷系统运行的不利影响,改善空冷系统的流动传热性能。
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【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM62

【参考文献】