我國北方地區(qū)富煤缺水,電站空冷技術得到了迅速發(fā)展。自然通風空冷系統(tǒng)冬季低溫運行時,空冷散熱器內循環(huán)水極易發(fā)生凍結,導致翅片管束遭受破壞,使間接空冷機組的安全運行面臨嚴峻考驗。但目前國內外研究缺乏對高寒環(huán)境下自然通風空冷系統(tǒng)熱力性能變化規(guī)律的深入揭示,導致空冷機組現有的防凍措施更多依賴于經驗背壓控制策略,使得冬季機組運行背壓偏高,發(fā)電熱效率下降。本文以高寒地區(qū)空冷散熱器防凍運行為對象,開展自然通風空冷系統(tǒng)防凍理論、防凍方法和應對措施研究,為空冷電站冬季安全高效運行提供重要的理論和實踐指導。首先,本文根據汽輪機排汽、循環(huán)水,以及環(huán)境空氣的熱負荷匹配原則,建立了凝汽器/自然通風空冷系統(tǒng)熱力耦合模型。分析了低溫環(huán)境下自然通風空冷系統(tǒng)的流動換熱特性,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)現了低溫環(huán)境下存在潛在凍結風險的空冷扇區(qū)內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)水流量再分配對自然通風空冷系統(tǒng)防凍及經濟運行的影響。研究表明:通過增加循環(huán)水流量,迎風扇區(qū)只在低風速條件下脫離凍結危險,高風速下翅片管束仍處于嚴重凍結狀態(tài),側前風扇區(qū)和背風扇區(qū)的凍結危險全部解除,說明通過強化空冷散熱器水側熱負荷可達到防凍目的。低風速時不應過多降低側風及側后風扇區(qū)循環(huán)水流量,以免在環(huán)境溫度降低時發(fā)生凍結危險;然而在高風速下,側風及側后風扇區(qū)在循環(huán)水流量大幅削減時仍具有較高的防凍能力。可見,循環(huán)水流量再分配應遵循“低風速時適度提高迎風扇區(qū)且適度降低側風及側后風扇區(qū)水側流量,高風速時盡可能增加迎風扇區(qū)而降低側風及側后風扇區(qū)水側流量”的運行調整策略。通過采取適當的循環(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)解列對自然通風空冷系統(tǒng)防凍運行的影響。通過建立不同扇區(qū)的輪換解列模型,對比了全扇區(qū)運行和某扇區(qū)停運時空冷散熱器各扇區(qū)和散熱器單元的輸運性能及循環(huán)水出水溫度。結果表明,在防凍前提下,無風時可適當降低空冷散熱器的入口水溫以提升機組運行的經濟性。然而在環(huán)境風場作用下,運行扇區(qū)的空氣側冷卻能力呈現非均勻分布,此時需提升空冷散熱器的入口水溫來強化水側熱負荷,從而實現與最高的空氣側冷卻能力相匹配。實施扇區(qū)解列可有效增加水側熱負荷以使空冷散熱器具備防凍能力,并且當迎風扇區(qū)退出運行時,空冷散熱器所需的水側防凍熱負荷降至最低。此外,扇區(qū)解列前后,側風及側后風扇區(qū)均無潛在的凍結危險。扇區(qū)解列降低了汽輪機背壓,實現了冷端系統(tǒng)的經濟防凍運行。最后,在現有空冷機組冬季經驗性防凍運行方式的基礎上,本文提出了空冷散熱器水側流量和百葉窗開度的協(xié)同調控原則。通過建立實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)境風速下的防凍流量和百葉窗開度,用以指導機組在冬季的安全運行。同時,針對汽輪機的阻塞背壓運行工況,本文研究了空冷機組在冬季的最優(yōu)防凍運行方式。研究表明,當冬季氣溫不是很低時,應充分利用空冷塔的抽吸能力,使百葉窗處于全開狀態(tài)以實現機組的經濟運行。若在環(huán)境風場影響下某扇區(qū)的空氣側冷卻能力超過水側最高熱負荷時,可通過單獨增加循環(huán)水流量來有效地脫離凍結危險。當冬季氣溫很低時,應優(yōu)先調低空冷散熱器單元外的百葉窗開度來迅速降低空氣的冷卻能力,使之低于循環(huán)水的最大熱負荷,從而實現自然通風空冷系統(tǒng)的防凍運行。當環(huán)境溫度在-5℃和-10℃之間波動時,汽輪機的排汽背壓不應低于防凍背壓;當環(huán)境溫度在-15℃和-30℃之間波動時,機組可在汽輪機的阻塞背壓工況下運行,從而達到最優(yōu)的防凍運行狀態(tài)。
【學位單位】：華北電力大學(北京)
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TM621
【部分圖文】：

華北電力大學博士學位論文??第２章自然通風空冷系統(tǒng)的防凍研究方法??２．１物理模型??本文研究對象面向電站典型自然通風空冷系統(tǒng)，如圖２－１所示，其主要結??構包括雙曲線型混凝土塔體和大型空冷散熱器。在實際運行中，空冷散熱器通??常劃分為］〇個扇區(qū)來控制循環(huán)水分配，由于其幾何對稱性，本文采用１號至５??號扇區(qū)做為數值模擬研究對象。另外，本文所建立的空冷機組模型幾何尺寸，??列于表２－１中。??

ｌｌ?Ｘ?Ｐｚｚ＇ｄｘｄｙ＼??ｉ＇?ｌｌ＇Ｌ＾??圖２－３散熱器微元的輸運過程??Ｆｉｇ．?２－３?Ｆｌｏｗ?ａｎｄ?ｈｅａｔ?ｔｒａｎｓｆｅｒ?ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ?ｏｆ?ｍａｃｒｏｓ?ｉｎ?ｈｅａｔ?ｅｘｃｈａｎｇｅｒ?ｃｏｌｕｍｎｓ??２．４計算域網格劃分及邊界條件??圖２－４所示為自然通風空冷系統(tǒng)數值模型計算域及邊界條件。以６００ＭＷ空??冷機組為例，其半塔模型計算域為２０００ｍｘｌ０００ｍｘ?１０００ｍ，為優(yōu)化大尺度模型??的數值計算過程，本文采用區(qū)塊化網格劃分技術。位于模型中心的換熱器和空??冷塔區(qū)域采用六面體網格劃分，而外圍矩形區(qū)域則采用六面體／散熱器單元網格??劃分，為更準確地呈現空冷散熱器附近冷卻空氣的流動換熱特性，在散熱器附??近實施網格改善技術。最終所示計算域網格數量為３，９９２，７３１。??當存在環(huán)境風效應時，計算域迎風面設置為速度進口邊界條件，橫向風速??ｋ為關于高度ｚ（ｍ）的冪次函數：??１５??

２．５實驗驗證??２．５．１翅片管束風洞實驗??空冷電站散熱器通常使用開槽錯列翅片管束，如上述圖２－２及表２－２－所示。??為評估所選翅片管束的流動換熱性能，常采用風洞實驗來測量管束的阻力系數??和努塞爾數，并與數值模擬計算結果進行對比，如圖２－５所示。??圖２－５左側為實驗系統(tǒng)組成及各測點布置。實驗系統(tǒng)由水側和空氣側子系??統(tǒng)構成，測試段橫截面尺寸和長度分別為５００＞＜７００ｍｍ、１０００ｍｍ。水側子系統(tǒng)??采用精度為±〇．５°Ｃ的恒溫水浴來控制入口水溫保持為６０°Ｃ；采用精度為０．５％??的渦流流量計來控制水側流量保持為〇．６９４ｋｇ／ｓ�？諝鈧茸酉到y(tǒng)在測試段進、出??口各安裝６個精度為±０．１°Ｃ的Ｔ型熱電偶來測量冷卻空氣的進、出口溫度；采??用精度為±２％的熱線風速儀來控制空氣流速在［０．５ｍ／ｓ，?５ｍ／ｓ］變化以實現流量控??制；在測試段進、出口中心位置安裝精度為＝ｔ〇．１５Ｐａ皮托管來測量冷卻空氣的進、??１６??
【參考文獻】

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本文編號：2867228