不同单元型式的直接空冷岛数值试验对比研究.pdf
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1、 收稿日期:基金项目:中央高校基本科研业务费专项资金()作者简介:石 磊()男河南信阳人博士全国注册公用设备工程师 研究方向为复杂流动和传热不同单元型式的直接空冷岛数值试验对比研究石 磊余 喆薛海君汪建平(北京交通大学土建学院北京 江苏双良冷却技术有限公司江阴)摘要:利用 软件研究某 直接空冷岛以期提高其整体换热性能 对不同单元型式、散热器管束和风机布置方式下的空冷岛方案进行流动和传热特性的数值模拟、分析和研究 在环境风速风向的影响下不同布置型式的空冷岛出现一定的性能差异 静风状态下不同布置方案的空冷岛通风量及换热量之间的差别很小均在 以内 考核风速各风向下与常规空冷布置方案相比双小“”风机低
2、位布置方案的机组背压较低 炉后风向下双小“”风机低位布置方案的机组平均背压低于常规布置方案约.关键词:直接空冷岛直接空冷凝汽器直接空冷单元数值模拟优化设计分类号:.文献标识码:文章编号:()(.):().().:前 言经过近 年的发展直接空冷系统的散热器和空冷单元型式出现了一些新变化 各种不同类型的空冷散热器和单元型式逐渐涌现 直接空冷单元不同于空冷岛周边没有建筑物或构筑物的影响 空冷单元四面进风进风条件优于空冷岛没有风机间的相互影响 作为直接空冷凝汽器()的基本单元空冷单元的优化对空冷岛的优化有一定的指导作用 对直接空冷单元的优化研究包括空冷单元型式、空冷单元的尺寸、散热器和风机布置形式、整
3、流或导流装置等 导流装置分为空冷单元内部导流和外部导流两种形式 某些空冷单元导流方案已付诸于国内工程实践中与常规直接空冷布置方案相比双小“”型管束风机低位布置的直接空冷方案具有如下优势:()新型小单排管的阻力较小、传热系数较高()在相同迎面风速下可减少 的总换热面积()管束短蒸汽在顺逆流管束内流动时压降较小()蒸汽分配管高度低排汽管道短蒸汽侧阻力低()管束短减少了管束下部过冷区长度有利于散热器冬季防冻()管束短散热器的热媒平均温度和换热效率较高()考核点高度低在相同环境风速下换热条件较好()管束短施工吊装比较方便目前双小“”型管束风机低位布置的 在国内已经有一些工程实践例如 年投运的晋能保德
4、超超临界低热值煤发电工程等第 卷 第 期汽 轮 机 技 术.年 月.本文以晋能保德 直接空冷项目为依托对不同单元型式、不同散热器管束和风机布置方式下的空冷岛方案进行数值模拟、分析和研究 确定在相同的汽轮机运行工况、不同环境条件(包括气温、风速和风向)下大“”型管束常规风机布置、大“”型管束风机低位布置和双小“”型管束风机低位布置的 性能和机组背压以选择最佳的空冷岛方案 直接空冷系统参数.直接空冷系统性能保证在大气压力 环境气温 环境自然风风速(最大直径的蒸汽分配管顶上方 处)/排汽量为(.)/(主汽轮机 小汽轮机)、排汽焓为(./.)/(主汽轮机/小汽轮机)时风机按转速且不采取任何其它辅助措施
5、的条件下满足汽轮发电机组 工况的运行要求即主机汽轮机排汽装置两根分支管出口处压力应同时满足不大于 工况下单台机组设计排热量为.设计空冷风机总风量为/.散热器和风机基本参数 有多排管、双排管和单排管等多种管型 常见的两种单排管为常规大单排管和新型小单排管二者参数对比详见表 不同运行工况下散热器阻力特性和传热系数参见文献 目前绝大多数 采用常规大单排管新型小单排管主要用于双小“”空冷凝汽器中 表 两种单排管管型比较项 目翅片管排数排基管横截面尺寸 基管壁厚翅片尺寸 翅片厚度翅片扰流槽深度翅片间距常规大单排管.新型小单排管.工况下 设计迎风风速为./不同空冷方案采用相同的空冷风机 空冷风机设计点风量
6、为/、风压为 风机选用直径为.电站空冷低噪声玻璃钢()轴流风机 当风机的风量减小到约/时风机将停止运行.空冷单元及空冷岛方案 种空冷岛的单元方案如图 所示 种空冷单元方案组成 种的空冷岛方案 种空冷单元的平面尺寸完全相同为.方案 为常规直接空冷布置方式 采用大单排管大“”形散热器布置方式空冷轴流风机布置在空冷平台下方、下部钢桁架的顶部称为风机高位布置方案 风机风筒出口位于空冷平台平面上 目前直接空冷系统中绝多数采用这种型式方案 为方案 采用风机低位布置的型式风机位于平台下方 处 风筒的上边缘固定在钢桁架平台的下底面轴流风机布置在风筒中 风机组的电机、齿轮箱、风机桥架等均位于钢桁架平台上顶面以下
7、方案 采用双小“”管束、风机低位布置方式 与方案/不同方案 采用新型小单排管、双小“”形管束及风机低位布置方式 方案 与方案 的平台高度相同风机位于空冷平台下方 处图 不同空冷岛方案的空冷单元模型.空冷岛布置及风向角定义空冷岛包括汽机房、煤仓间、锅炉房、主控室和直接空冷凝汽器()等 除了空冷单元和风机布置型式外 个方案的其它条件完全相同 布置在主厂房 列外每台机组设 个冷却单元为 布置方案 沿汽机房 列方向布置 列空冷器每列为 个冷却单元 顺、逆流单元分别设置顺、逆流风机两台机组 平台总面积为.两台机组空冷平台之间步道宽度为.空冷平台高度为 挡风墙高度为、或.混凝土支撑柱直径为.高度约为 走廊
8、宽度分别为.和.方案 的空冷岛模型如图 所示 定义主进风侧来风为 风向炉后来风为 风向 以 轴为轴心在 平面顺/逆时图 方案 的空冷岛模型针方向旋转间隔 共定义 个风向角.空冷岛方案之间的异同根据设计资料建立 种空冷单元型式的直接空冷岛 种空冷岛方案之间的异同见表 汽 轮 机 技 术 第 卷 表 种空冷岛方案之间的异同空冷岛方 案蒸汽分配管直径/排汽装置出口至蒸汽分配管入口总压降/方案间 入口蒸汽压差/入口蒸汽压力/蒸汽分配管入口至逆流管束抽空气出口处压降/排汽装置出口至逆流管束抽空气出口处压降/.空冷岛方 案方案间蒸汽侧总压差/管束长度(模型)/管束间夹角()迎风面积 总换热面积 考核点高度
9、.相同 .相同 .相同 .空冷岛方 案风机标高风筒底标高挡风墙高度平台高度/考核风速下 高处环境风速/(/)风筒出口相对于平台的高差/.假定 入口蒸汽背压为.由于方案 蒸汽侧总阻力低于方案 和方案 约.因此该方案具有.的背压裕量 数值模型及边界条件描述直接空冷岛空气流动和换热的连续性方程、动量方程、能量方程以及描述壁面的导热微分方程可以统一写成式()的通用形式 动量方程采用 双方程湍流模型并考虑由于温度变化而导致的空气密度的变化和浮升力的影响()()()式中 为密度/为通用变量可以代表、等求解变量 为广义扩散系数 为广义源项 为速度矢量/根据文献计算区域的范围为()()控制微分方程的离散化采用
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