火电厂间接空冷塔冷却性能优化数值分析与实验研究

发布时间：2019-11-29 14:17

【摘要】：电厂空冷技术在富煤贫水地区作为一种最有效的节水型火力发电技术,近年来在世界电站建设中获得了快速发展。研究表明,空冷电站比常规湿冷电站节水60-70%,可实现水资源的高效利用,为了实现西电东送和煤从空中走战略,必须建设节水型空冷电站。因此开展大型燃煤火力发电空冷机组相关技术的研究,具有十分重要的现实意义。但在实际情况中,环境自然风会对空冷塔内外的空气动力场和底部散热器散热特性产生负面影响,将会造成循环冷却水水温大幅波动,空冷塔的冷却性能降低。实际运行经验表明:每年在大风期间(风速大于5 m/s),空冷塔冷却效率明显下降,冷却水出口水温的升高,造成电厂煤耗率上升,进而影响电厂的整体经济性。本文基于SCAL型间接空气冷却塔,以加装弧形导风板和旋转导风板为优化手段,搭建了1:100比例空冷塔模型实验台,依照实际冷却塔的内部结构进行简化,建立原型间接空冷塔数值模型,并采用实验和数值模拟相结合的方法,研究侧风下间接空冷塔的流动特性和换热特性。本文主要工作和成果概括如下:(1)搭建间接空冷塔热态模型实验台,建立了基于对流换热的原型空冷塔数值模型,研究空冷塔冷却性能受环境侧风的影响规律。实验和模拟结果表明:在无环境侧风影响下,空冷塔进风均匀,底部散热器散热稳定;在环境侧风影响下,空冷塔底部进风状况改变,进风量减小,出现穿堂风现象,塔外出现严重的柱体绕流现象,空冷塔冷却性能随环境侧风风速的增大先减小再增大,在5 m/s的侧风风速下,原型空冷塔的通风量减少60.4%,换热量减少32.3%,冷却性能所受影响最大。(2)研究循环冷却水在不同温度下(40℃、50℃、60℃、70℃)和不同流量下(5L/min、10L/min和15L/min),空冷塔塔底各区域进塔风速和冷却水温降随侧风风速变化的规律,比较模型实验和数值模型计算结果,得出如下结论:(1)相同循环水温和循环水流量条件下,侧风风速越大,迎风侧的进塔风速越大,空冷塔两侧和背风侧的进塔风速反而越小;循环水温越高,流量越小,迎风面进塔风速随侧风风速的增大而快速增长;(2)循环冷却水温降随侧风风速的变化趋势与循环水温和循环水流量无关,但在相同流量和相同侧风风速下,循环水水温越高,冷却水的温降越大;在相同循环水温和相同侧风风速下,循环水流量越大,冷却水的温降越小;在0.3m/s~0.5m/s环境风速之间,冷却水温降达到最小;(3)建立不同数量导风板的原型空冷塔数值模型,在5m/s侧风风速下,模拟研究导风板数量对间接空冷塔冷却性能的改善效果。结果表明:通风量和换热量均随着导风板数量的增加出现先增大后减小的变化趋势。其中,导风板数量为8个时,空冷塔性能达到最佳,此时空冷塔的通风量提高61.7%,换热量提高15.1%。(4)在空冷塔模型实验台底部设置旋转弧形导风板,建立基于单运动参考系模型的原型空冷塔数值模型。设置8块导风板,研究在不同旋转速度下,旋转导风板对空冷塔的冷却性能的改善效果。研究表明:随着弧形导风板转速的增大,原型空冷塔塔底出口附近高温峰值变低,通风量与换热量随着旋转转速的增加呈现先减小后增大的变化规律,模型实验台的冷却水温降随着弧形导风板转速的增大也呈现先减小后增大的变化规律。当旋转导风板转速大于8r/min时,空冷塔换热量趋于平稳。(5)采用热效能系数曲线对实验结果和数值模拟结果进行对比,通过相关性分析,验证了数值模拟与实验数据结果的一致性,表明数值模拟结果具有一定的实际意义和参考价值。
【图文】：

机乏汽进行混合热交换，换热后的冷却水一小部分通系统，大部分冷却水进入空冷塔内垂直布置的福哥型换热，换热后的冷却水重新进入凝汽器中与乏汽进行式间接空冷系统的散热器多布置在塔内支撑环梁上，建设成本高；而海勒式间接空冷系统由于带喷射式凝水处理设备费用势必增加，自动控制系统更复杂[6]。的发展，传统的冷却方式逐渐满足不了系统的要求。空冷系统采用表面式凝汽器与塔外垂直布置的铝制散系统和海勒式间接空冷系统的特点设计[7]。该空冷系控制，降低了对冷却水质的要求，同时散热器垂直布、塔型小、占地省、降低了空冷系统的初投资，克服因此对 SCAL 型空冷塔冷却性能的研究具有重要的理 式间接空冷塔的示意图[8]如图 1-1 所示。界上所采用的空冷机组当中，直接空冷机组占比最大接空冷机组，本文以 SCAL 式间接空冷系统为研究对

Re 为塔出口处空气的雷诺数；Fr 为密度弗劳德数，又称内弗劳德数；口处空气密度，kg/m3； 0为塔出口空气动力粘度，Pa s；L 为空冷塔的； = i- 0表示不同高度处空气与地面的密度差；P0为塔出口处压强，P Eu 自动满足相似条件，一般模型实验只考虑雷诺数和密度弗劳德数。2-2）、（2-3）可得，当 Re 相似时，空冷塔塔顶来流风速（v0）与特征长成反比；Fr 相似时，空冷塔塔顶来流风速（v0）与 成正比，因而 Re同时满足相似条件。根据赵振国《冷却塔》[65]，热态模型实验的相似足密度弗劳德数相等为主，冷态模型实验的相似准则以满足雷诺数相等此本文在热态模型实验研究基础上满足密度弗劳德数和欧拉数相等。模型实验系统(Model Experimental System)冷却塔主体图 2-1 所示是模型塔主体结构，，双曲线外形，模型塔各个尺寸等比例缩小，根据文献[65]，塔内壁沿程阻力很小，可以不考虑。模型塔筒应该光滑的材料，本实验台模型冷却塔采用铁皮卷制上下两部分拼接而成
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM621

【参考文献】

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本文编号：2567493