侧风对间接空冷塔性能影响的数值研究及防风措施的探索

发布时间：2017-10-11 13:18

  本文关键词：侧风对间接空冷塔性能影响的数值研究及防风措施的探索

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【摘要】：随着人们对环境保护问题的高度重视以及水资源的日益匮乏,传统的火电水冷方式因耗水量大,并且对环境造成一定的负面影响而面临着严峻挑战。因此,近些年来空冷系统在世界电力建设中获得了快速发展,尤其在我国北方广大富煤缺水地区被广泛应用。SCAL式间接空冷系统结合了海勒式和哈蒙式间接空冷系统的优点,将散热器垂直布置在塔外,并采用表面式凝汽器。间接空冷系统作为电站运行的重要环节,其冷却性能受较多因素的影响,主要有本体结构、环境状况、循环水参数等,其中环境侧风日益受到人们的重视。本文根据某电厂660MW间接空冷机组的实际运行情况,了解到间冷塔的冷却性能受环境侧风的影响较大,特别是在夏季环境温度较高时,循环水得不到充分冷却,导致凝汽器背压升高,机组经济性降低,严重时甚至会限制机组负荷。鉴于此,本文借助CFD平台建立了较为精细的三维数值模型,对间冷塔在侧风下的流动规律与换热性能进行研究,结果表明间冷塔的散热量和通风量随侧风风速的增大而呈现明显下降的趋势,且二者的变化趋势较为一致,主要原因是侧风引起的气流流动规律的变化导致散热器通风量下降,散热量随之降低。从不同扇区散热量分布的角度来看,随着风速不断增大,塔底散热器周围气流圆柱绕流逐渐起主导作用,侧风面扇区散热器内外压差降低,散热器进风受阻；迎风面扇区散热量虽有所提升,但不足以弥补其它扇区散热量的损失；背风面扇区的通风散热则受到塔外气流回流和塔内气流漩涡的综合影响。侧风主要从两方面对间冷塔内外流态造成影响,一是塔顶的气流出流,二是塔底的气流绕流。为了明确防风措施的探索方向,对侧风在塔顶以及塔底的影响进行定量分析,结果表明塔底散热器周围的气流绕流是导致通风量降低的主要原因,所以对防风措施的探索主要集中在塔底部。通过对迎风面百叶窗开度调整、循环水分区配送以及外筑翅墙等防风措施的研究,结果表明迎风面百叶窗开度调整方案无法达到预期的防风效果。相比较而言,外筑翅墙方案则能较为明显地减轻侧风对间冷塔散热性能的影响,为了将翅墙方案提升到实际应用层面,本文对翅墙的布置位置、数量、宽度及孔隙率等参数进行了分析研究,结果表明在垂直来流处分别布置一片宽度为23.6m,孔隙率为0.6的翅墙是最具可行性的翅墙方案。同时,考虑到某些电厂间冷塔周围有限的空间,首次提出了分扇区配水方案,在不安装任何防风装置的前提下,按各扇区散热量比例对循环水量进行合理分配,通过合理利用通风量来减轻侧风所造成的不利影响。散热量不仅是间冷塔冷却性能的体现,也是评价防风措施的标准,但仅根据这一参数的变化无法掌握机组实际运行的经济指标。为了对防风措施的经济效益进行更加直观地评价,根据常规热平衡法建立了汽轮机组变工况数学模型,结合数值模拟的计算结果,对采用防风措施前后的机组相关热经济性指标进行对比分析,结果表明分扇区配水方案在常见风速(v=8m/s)下的经济效益不够明显,当风速较大时(v≥12m/s),这一方案逐渐具有较高的经济效益。翅墙方案依然是最有效的防风措施,在常见风速下即可获得较高的经济效益,相对于不采取任何防风措施的情况,THA工况下的机组背压降低了1.54 kPa,发电标准煤耗率降低了2.06g/kW.h,发电功率提升了4.57MW。
【关键词】：间接空冷系统 侧风 数值模拟 防风措施 经济效益
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM621
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-13
• 1.1 课题研究背景8-9
• 1.2 间接空冷系统的发展历程9
• 1.3 国内外研究动态9-11
• 1.3.1 国外研究成果9-10
• 1.3.2 国内研究成果10-11
• 1.3.3 有研究存在的问题11
• 1.4 本文主要研究目的及内容11-13
• 1.4.1 研究目标11-12
• 1.4.2 主要研究内容12-13
• 第二章 间冷塔三维数值模型13-29
• 2.1 间冷塔概况13-15
• 2.2 数值模拟计算方法15-16
• 2.3 数值模型的建立过程16
• 2.4 网格模型阶段16-22
• 2.4.1 间冷塔本体几何模型16-18
• 2.4.2 计算空间的选择18-19
• 2.4.3 网格划分19-22
• 2.5 参数设置阶段22-25
• 2.5.1 换热器模型参数的设置22-24
• 2.5.2 湍流模型的选择24
• 2.5.3 边界条件的设置24-25
• 2.6 迭代求解阶段25
• 2.7 数值模型的验证25-28
• 2.7.1 网格无关性验证25-27
• 2.7.2 无风与有风工况验证27-28
• 2.8 本章小结28-29
• 第三章 侧风下间冷塔流动与换热的数值模拟29-44
• 3.1 不同风速下周向冷却柱通风量及散热量分布29-33
• 3.2 侧风对间冷塔总散热量及通风量的影响33-35
• 3.3 圆柱绕流理论分析35-36
• 3.4 特征风速下塔内外流态分析36-42
• 3.4.1 风速为0m/s时塔内外流态分析36-37
• 3.4.2 风速为3m/s时塔内外流态分析37-38
• 3.4.3 风速为6m/s时塔内外流态分析38-39
• 3.4.4 风速为10m/s时塔内外流态分析39-40
• 3.4.5 风速为16m/s时塔内外流态分析40-42
• 3.5 侧风对间冷塔散热性能影响的机理42-43
• 3.6 本章小结43-44
• 第四章 防风措施的探索方向44-48
• 4.1 数值模型的调整44-45
• 4.2 塔顶侧风影响的定量研究45-47
• 4.3 本章小结47-48
• 第五章 防风措施的开发与研究48-64
• 5.1 百叶窗开度调整方案48-50
• 5.2 循环水分区配送方案50-51
• 5.3 外筑翅墙方案51-58
• 5.3.1 翅墙边界的设置52
• 5.3.2 翅墙的布置位置及数量52-55
• 5.3.3 翅墙的宽度55-56
• 5.3.4 翅墙的孔隙率56-58
• 5.3.5 翅墙方案总结58
• 5.4 防风措施的经济效益58-63
• 5.4.1 相关设备介绍59-60
• 5.4.2 经济效益计算方法60-62
• 5.4.3 翅墙方案的经济效益计算62-63
• 5.4.4 分扇区配水方案的经济效益计算63
• 5.5 本章小结63-64
• 第六章 总结与展望64-66
• 6.1 研究总结64
• 6.2 进一步工作建议64-66
• 参考文献66-69
• 致谢69-70
• 攻读硕士期间科研成果70

【参考文献】

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本文编号：1012734