200MW间接空冷机组空冷塔换热特性数值研究与应用

摘要

间接空冷机组的耗水量仅为湿冷机组的15%-25%，可以有效解决火力发电厂面临的水资源短缺问题，因而在“三北”地区具有广阔的发展空间和巨大的应用价值。空冷塔是间接空冷机组的重要组成部分之一，其性能优劣直接影响了空冷机组的安全经济运行。 为解决夏季大风天气空冷机组背压升高和冬季大风天气空冷散热器管束冻裂问题，本文借助CFD平台，采用多孔介质模型、κ-ε湍流模型和不可压缩理想气体模型，对某电厂200MW海勒式间接空冷机组空冷塔及其散热器翅片管束的流动换热性能进行了模拟计算。最终得到不同环境风速下，空冷散热器翅片管束空气侧的速度温度分布场，并拟合得出翅片管束空气进出口压降与迎面风速之间的关系；此外，还模拟得到了不同环境风速下空冷塔空气侧的流场和温度场，计算得出空冷塔通风量大小；模拟结果还表明，在横向风作用下，空冷塔的通风量会有所下降。 在此基础上，考虑通过调整各扇区百叶窗开度，达到减小横向风的影响，从而改善空冷塔内外空气流场分布状况。模拟结果表明，不同环境风速下，关小迎风侧和背风侧扇区百叶窗开度大小可以有效增加侧面扇区进风量，起到平衡塔周向进风和换热的作用；但此举同时会造成迎风扇区和背风扇区的进风量按百叶窗阻力特性关系成比例下降，可能导致塔出口水温上升，因此在调节百叶窗开度时应综合考虑两者的影响。针对空冷机组夏季运行背压升高造成负荷下降的问题，根据计算结果得出如下优化方案：当环境风速小于7.5 m/s时，应尽量保持百叶窗全开；而当环境风速大于7.5m/s时，应逐渐关小空冷塔迎风侧和背风侧扇区的百叶窗开度。此外，该机组冬季运行时平均环境温度可达零下10℃，并常伴有强烈的西北风，通过比较几种不同百叶窗开度方案的计算结果得到，当环境风速在2m/s到8m/s之间变化时，调节各扇区百叶窗开度的大小，总可以得到一个相对最安全经济的工况，使各扇区出口水温在高于极限出水温度的情况下，尽可能的接近极限出水温度。既保证机组在冬季的安全运行，又可提升一定的经济性能。

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第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 间接空冷系统简介

1.3 国内外间接空冷系统的起步和发展

1.4 间接空冷塔换热特性研究现状

1.5 本课题的研究任务

第2章 福哥型散热器换热管束性能数值模拟

2.1 CFD理论介绍

2.2 物理模型和边界条件

2.3 换热管束的数值模拟分析

2.3.1 换热管束气侧流场与温度场分布

2.3.2 换热管束流动传热性能分析

2.4 扰流孔强化福哥型散热器换热性能分析

2.5 本章小结

第3章 间接空冷塔空气侧流动换热特性

3.1 数值建模和计算方法

3.1.1 数值建模及边界条件

3.1.2 网格划分

3.1.3 数值方法

3.2 计算方法与模型验证

3.3 无风工况计算结果及分析

3.4 侧风工况下空冷塔流动换热性能分析

3.5 本章小结

第4章 调节百叶窗开度对空冷塔性能的优化分析

4.1 空冷塔百叶窗阻力特性数值计算

4.2 夏季工况百叶窗开度调节

4.2.1 夏季间接空冷塔压力和温度场分布

4.2.2 夏季间接空冷塔流动传热性能分析

4.3 冬季工况百叶窗开度调节

4.3.1 冬季空冷塔扇区划分及具体研究工况

4.3.2 部分扇区百叶窗开度优化及结果分析

4.4本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及其他成果

致谢