利用雨区淋水势能强制通风的大型湿式冷却塔热力性能研究

摘要

随着电力行业的迅速发展，发电机组的容量和参数越来越大，对应的冷却塔尺寸和规模也越来越大。对于1000MW发电机组而言，对应大型湿式冷却塔的高度接近200米，底部直径超过100米，如此巨大的尺寸，致使外界空气通过冷却塔进口很难进入塔中央，使得冷却塔冷却性能下降。此外大型湿式冷却塔具有较高的雨区淋水高度，具有一定的淋水势能。因此在大型湿式冷却塔塔内设置势能利用组件，充分利用雨区淋水势能驱动塔内风机，实现大型湿式冷却塔的强制通风，提高冷却性能，具有较大的理论意义和工程实用价值。
　　本文首先使用ICEM软件建立了大型湿式冷却塔的几何模型，并对建立的模型划分网格，最后基于FLUENT软件平台，编写计算程序，建立了大型自然通风湿式冷却塔的数值计算模型。并通过某电厂一实际运行冷却塔，在其不同运行工况下进行计算验证，得到出塔水温和实验测量值的偏差在允许范围内，验证了大型湿式冷却塔数值计算模型的正确性。
　　其次以大型自然通风湿式冷却塔的数值模拟和风机性能的数值模拟为基础，建立了布置单个风机的大型冷却塔强制通风数值计算模型，并分别对冷却塔塔筒内相同转速不同直径下的风机和同一功率下不同直径不同转速的风机对冷却塔的热力性能影响进行了相关模拟研究。本文中，将塔筒内风机直径与风机平面的塔简直径之比记为无量纲数rn。得到在转速为20rpm时，当风机直径的最大无量纲数m=0.25时，与传统大型冷却塔相比冷却塔的最大通风量增加1.62％，出塔水温降低了0.13℃，说明在同一转速下风机直径越大对冷却塔性能的提升越有利。当风机的功率相同时，不同直径不同转速的风机，对冷却塔热力性能的影响不同，当风机直径的无量纲数m=0.125、转速为68rpm时，冷却塔出塔水温最大降低了0.13℃，通风量最大增加了1.97％，由此得到在该功率下该工况的风机对冷却塔的热力性能的提升达到最佳。
　　最后建立了布置六个风机的大型冷却塔强制通风数值计算模型，进行了数值模拟计算，分析研究了冷却塔塔筒内布置六个风机的位置对冷却塔的影响。得到相同风机转速在三种不同的风机布置位置下，冷却塔塔内温度场和流场的变化。本文中，将塔筒内风机所在位置到塔中心距离与风机平面的塔筒半径之比记为无量纲数s。得到在风机位置的无量纲数s=0.33时，冷却塔的通风量增加了8.47％，出塔水温降低了0.43℃，冷却效率提高了4.81％，冷却数增加了4.72％，得到此时的风机位置对应冷却塔的各项热力性能达到最佳值，由此得到了六个风机在三种不同布置下优化的风机布置位置。最后把不同方式的风机布置对冷却塔热力性能的影响进行了对比。得到了在300kW功率下，布置六个风机时对冷却塔的冷却塔热力性能的改善要好于布置一个风机的情况。
　　本文的研究对大型湿式冷却塔的优化研究指明了方向，提供了参考，为下一步的研究和应用奠定了基础。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 冷却塔概述

1．3 国内外研究现状

1．3．1 基于填料区的湿式冷却塔热力性能的研究现状

1．3．2 基于配水区湿式冷却塔热力性能的研究现状

1．3．3 基于雨区湿式冷却塔研究现状

1．3．4 针对大型湿式冷却塔的研究现状

1．4 本文研究工作

2 冷却塔雨区能量的利用及性能评价指标

2．1 冷却塔雨区概述

2．2 雨区能量利用基本原理和思路

2．3 雨区能量的收集

2．4 湿式冷却塔性能评价指标

2．5 本章小结

3 冷却塔内流动及传热传质三维数值计算模型的建立

3．1 冷却塔内基本原理

3．1．1 传热传质原理

3．1．2 空气动力原理

3．2 冷却塔计算模型

3．2．1 冷却塔内传热传质模型

3．2．2 冷却塔内阻力模型

3．3 超大型冷却塔计算模型的建立与网格划分

3．3．1 几何模型的建立

3．3．2 网格划分

3．4 计算模型的验证

3．4．1 基于实型塔验证

3．4．2 网格无关性验证

3．5 小结

4 单个风机对冷却塔性能的影响分析

4．1 风机布置方式的选取

4．2 风机性能的模拟

4．3 冷却塔内布置单个风机的强制通风计算模型

4．3．1 计算模型建立、网格划分及边界条件

4．3．2 冷却塔中风机边界条件的设定

4．4 冷却塔内不同风机功率下计算结果分析

4．4．1 塔内速度场分析

4．4．2 塔内温度场分析

4．4．3 冷却塔热力性能的影响分析

4．5 同一功率下计算结果的对比

4．5．1 风机转速的选取

4．5．2 固定功率下冷却塔配备风机的计算模型

4．5．3 冷却塔热力性能的影响分析

4．6 本章小结

5 多个风机对冷却塔性能的影响分析

5．1 计算模型

5．1．1 风机数量的选取

5．1．2 风机布置方式的选取

5．1．3 冷却塔内布置六个风机的强制通风计算模型

5．1．4 模型初始条件的设定

5．2 计算结果及分析

5．2．1 塔内速度场分析

5．2．2 塔内温度场分析

5．2．3 冷却塔热力性能的影响分析

5．3 单个风机叶片与多个风机叶片对冷却塔热力性能影响的对比分析

5．4 本章小节

6 结论与展望

6．1 本文结论

6．2 本文创新点

6．3 本文不足及研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的主要成果