高寒地区直接空冷系统防冻热负荷能力匹配原则及应用

摘要

我国主要的能源基地在东北、西北和华北地区，“三北”地区冬季气候寒冷，电站空冷系统在极低气温环境下运行，空冷凝汽器翅片管面临严峻的防冻保护考验。 本文采用CFD数值模拟的方法，讨论高寒地区电站空冷系统冬季低温运行中，翅片管束的防冻保护问题。采用换热器模型建立空冷单元的翅片管内部不同排汽流量、不同蒸汽干度、不同背压下排汽侧的热负荷能力模型，以水冰点为参考点，通过计算空冷凝汽器单元翅片管内部蒸汽凝结和凝结水过冷的放热量，确定冷却空气理论上最大允许带走的热量，分析管内排汽冻结的原因，讨论影响排汽冻结的因素，提出空冷系统防冻的热负荷能力匹配原则。得到空冷凝汽器低温运行中汽轮机排汽防冻流量、汽轮机防冻保护背压和风机防冻保护风量等重要防冻保护参量。并探讨了环境温度、风机风量、排汽流量、排汽背压和排汽干度等因素之间的相互影响关系。结合空冷系统运行实践提出了排汽安全流量、背压调节保护流量和风机满转速安全运行温度等概念。为高寒地区电站空冷系统冬季低温运行防冻保护方法的制订和防冻措施实施的提供了理论依据。同时，在理论和数值模拟计算的基础上，结合防冻影响因素及变化规律分析，从空冷凝汽器排汽和空气两侧分别提出了防冻措施。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 论文研究背景及意义

1．1．1 直接空冷系统的发展

1．1．2 直接空冷系统原理及构成

1．1．3 直接空冷系统防冻研究的意义

1．2 目前国内外的研究现状

1．2．1 水和其他工质的冻结机理的研究

1．2．2 直接空冷机组冬季运行防冻的研究

1．3 论文的研究方法

1．4 论文的主要研究内容

第2章 空冷单元流动传热特性的数值研究方法

2．1 空冷单元的物理模型

2．2 空冷单元的数学模型

2．2．1 控制方程

2．2．2 计算方法的选择

2．2．3 收敛原则的定义

2．3 空冷单元的网格划分

2．4 边界条件的设定

2．4．1 翅片管束模型设置

2．4．2 风机模型的设置

2．4．3 其他边界条件的设置

第3章 空冷凝汽器防冻热负荷能力匹配原则

3．1 空冷凝汽器基本传热方程

3．1．1 空冷凝汽器热平衡方程

3．1．2 排汽凝结的放热量

3．1．3 冷空气的吸热量

3．1．4 空冷凝汽器的散热量计算方程

3．1．5 一侧有相变的换热器效能

3．1．6 空冷凝汽器总传热系数的计算

3．1．7 凝结水过冷度

3．2 空冷系统防冻的热负荷能力的计算

3．2．1 空冷凝汽器防冻负荷的热平衡方程

3．2．2 饱和蒸汽凝结水的汽化潜热计算方程

3．2．3 凝结水过冷释放热量计算方程

3．2．4 空冷凝汽器防冻热负荷计算方程

3．3 空冷凝汽器防冻的热负荷能力匹配原则

第4章 空冷凝汽器单元防冻因素研究

4．1 排汽防冻流量

4．1．1 不同环境温度工况下的排汽防冻流量

4．1．2 不同风机风量工况下的排汽防冻流量

4．1．3 不同排汽背压工况下的排汽防冻流量

4．1．4 不同排汽流量干度工况下的排汽防冻流量

4．1．5 排汽防冻流量、安全流量和背压调节保护流量

4．2 风机防冻风量

4．2．1 不同环境温度工况下的风机防冻保护风量

4．2．2 不同排汽流量工况下的风机防冻保护风量

4．2．3 不同排汽背压工况下的风机防冻保护风量

4．2．4 不同排汽流量干度工况下的风机防冻保护流量

4．3 汽轮机排汽防冻保护背压

4．3．1 不同排汽流量工况下的排汽防冻保护背压

4．3．2 不同环境温度工况下的排汽防冻保护背压

4．3．3 排汽防冻背压和风机风量的关系

4．3．4 不同排汽的干度工况下的排汽防冻背压

4．4 本章小结

4．4．1 排汽防冻流量

4．4．2 风机防冻保护风量

4．4．3 排汽防冻保护背压

第5章 空冷系统防冻运行措施

5．1 排汽侧防冻措施

5．1．1 增加空冷单元的排汽流量

5．1．2 提高排汽流量的干度

5．1．3 提高汽轮机运行背压

5．2 空气侧防冻措施

5．2．1 减小空冷风机风量

5．2．2 减小换热面积

5．3 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 今后工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢