汽轮机组热力系统加热器性能分析及流场数值研究

发布时间：2017-12-09 00:15

  本文关键词：汽轮机组热力系统加热器性能分析及流场数值研究

  更多相关文章： 回热系统 端差 加热器 数值模拟

【摘要】：汽轮机组热力系统性能分析的一个重要环节是评价回热系统的性能。而回热系统性能最常见的反映是各回热加热器端差。受负荷、水位、换热面积等多种因素影响,加热器端差会随工况而变化。本文对汽轮机组热力系统的分析从加热器端差着手,从内外部特性两方面对回热系统加热器进行研究,以求对其有更加全面的认识。首先,针对某660MW火电机组的汽轮机组及其回热系统建立仿真模型,与设计数据进行了对比验证,并基于仿真模型在THA-40%THA机组滑压运行范围内分析了机组负荷、水位、传热面积对加热器给水温升、端差等的影响。对正常工况的研究表明机组负荷对端差的影响较大,给水温升、端差会随负荷减小而减小。从THA降至40%THA负荷时给水温升从45.0℃降至37.9℃,上端差从0降至-3.5℃,下端差从5.6℃降至1.4℃。实测运行数据在THA-55%THA范围给水温升从42.3℃降至35.7℃,上端差从0.2℃降至-2.5℃,下端差从7.9℃降至4.5℃。仿真结果与运行数据吻合。在正常工况研究的基础上对传热面积减小及低水位时的变工况特性进行了研究。对传热面积减小的研究有助于堵管等状况存在时端差基准值的确定,研究表明传热面积减小会导致换热量减小、上下端差都增大。THA工况传热面积从100%减小至70%时,虽传热系数略有增大,但总换热量减小,给水温升近乎线性下降,上下端差分别增加4.3℃、2.8℃,对数平均传热温差增大24.16%。换热面积的影响在低负荷时较高负荷时小。考虑到现场为防止加热器高水位引起危急疏水阀动作、高加解列等,现场常压水位运行,有可能引起疏冷段进口带汽等安全问题,因此对低水位情况也进行了详细研究,得到各负荷疏冷段进口含汽率、疏冷段传热系数、给水温升、上下端差随水位的变化情况。研究表明,THA工况水位降至109mmm疏冷段进口开始带汽,受吸入涡影响,负荷降低时疏冷段进口开始带汽的水位也降低。水位低至使疏冷段进口带汽后,下端差会急剧增加,THA工况含汽率0.76时下端差增加10.4℃。负荷降低时水位对含汽率的影响会削弱。给出本文加热器水位设定建议值为200mm,使加热器运行更加经济安全。根据以上疏冷段进口含汽率随加热器水位的变化关系进一步得到随负荷变化的使疏冷段进口带汽的水位关系式为y=0.2767x+81.783,其中x是以百分数表示的负荷率／%,y是故障水位/mm,可用于低水位故障判别。用基于主成分的线性回归以及支持向量机方法对端差预测,比较了有堵管时用正常模型与堵管模型预测得的端差基准值与实测值的偏差,得出有堵管时用堵管模型进行端差预测有利于进一步判断是否发生积气、结垢等故障的结论。此后,对回热系统加热器进行数值建模研究,将原换热器简化为由26根换热管组成。对额定工况的压力场、温度场、密度场、水体积分数分布场及流场的详细分析表明模型可靠,可用于进一步变工况研究。最后,进行堵管、进口防冲板部位的冲蚀以及疏冷段进口带汽这三个问题的数值模拟,这三种加热器常见问题因涉及其具体内部流动、换热过程,难以通过一维仿真模型进行研究,因此需要进行三维数值模拟作为此前研究的补充。研究堵管问题时详细分析各换热管在加热器各段的换热量,以此可对涉及堵管的端差计算模型进行修正,主要修正堵管时的换热面积,将堵管根数与位置也考虑在内。研究进口防冲板部位的冲蚀问题时,在各工况下设定进口水体积分数从0增至0.005,并对1#高加切除2#高加进口蒸汽流量突增20.7%的瞬态工况进行了研究。得到蒸汽进口挡板及上级疏水挡板易受冲蚀的位置,并得到该瞬态工况防冲板上压力变化,由此对机组防冲板选材材料、运行方式等提出建议。研究疏冷段进口带汽问题是作为低水位研究的补充,变化疏冷段进口汽体积分数观察其对传热、流动的影响,得到Nu数和流动压损等的变化情况,由此确认了水位控制在维持加热器安全经济运行方面的重要性。
【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

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