第50卷第2期汽輪機技術(shù)2008年4月TURBINE TECHNOLOGYApr.2008直接空冷機組空冷島結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究周蘭欣,白中華,李衛(wèi)華華北電力大學(xué)電站設(shè)備狀態(tài)檢測與控制教育部重點實驗宣,保定071003摘要:采用 SIMPLE算法和k-e模型,以我國某600MW直接空冷電廠為例對其空冷平臺外部流場進行數(shù)值模擬分析不同風(fēng)速時擋風(fēng)圍墻高度和空冷平臺高度對空冷凝汽器換熱效率的影響得出最佳圍墻高度范圍對直接空冷電廠的設(shè)計和穩(wěn)定經(jīng)濟運行具有一定的參考價值關(guān)鍵詞:直接空冷;數(shù)值模擬;擋風(fēng)墻;空冷平臺;換熱效率分類號:TK2641文獻標(biāo)識碼:A文章編號:10015884(2008)02009503Optimization Study on Structure of Air Cooling Platform of Direct Air Cooling UnitsZHOU Lan-xin, BAI Zhong-hua, LI Wei-huaKey Lof Ministry of Education of Condition Monitoring and Control for Power PlantEquipment, North China Electric Power University, Baoding 071003, China)Abstract: With SIMPLE algorithm and k-e model, take one 600Mw direct air-cooled unit in our country as an example,proceeding numerical simulation of exterior flow field of its'air cooling platform. Analysing the effect of different wind velocity, height of windbreak and aircooling platform on heat exchange efficiency of direct air cooled condenser, obtaining optimizate height of wind break. The essay has direct significance for designing and the steady and economic running of direct airKey words: direct air cooling; numerical simulation; windbreak; aircooling platform; efficiency of heat exchange0前言1模型的建立直接空冷是指汽輪機排汽經(jīng)管道送到空冷凝汽器的翅1.1幾何模型及網(wǎng)格劃分片管束中凝結(jié)其冷卻介質(zhì)是在翅片管外流動的空氣排汽空冷散熱單元物理模型如圖2所示,模型的計算域為的凝結(jié)水由凝結(jié)水泵送至回?zé)嵯到y(tǒng),并經(jīng)汽輪機抽汽加熱后600×800x600(m)的長方體。其中,空冷平臺為70×80作為鍋爐給水循環(huán)使用如圖1所示?？绽淠鞯膿Q熱效(m),空冷平臺高度H取35m,40m,45m,擋風(fēng)墻高h分別取率是影響空冷機組效率的主要因素,該設(shè)備布置于自然風(fēng)場8m、10m、12m、14m、16m,鍋爐房高為90m,汽機房高為40m中因此直接受環(huán)境參數(shù)的影響。自然風(fēng)的風(fēng)速風(fēng)向以及網(wǎng)格采用 cooper結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格進行劃分,由于計算域很大,采冷平臺的結(jié)構(gòu)對于空冷機組的正常穩(wěn)定運行起著決定性用分塊劃分法在滿足網(wǎng)格質(zhì)量( Equisite Skew<0.4)的前作用①。提下減少了網(wǎng)格數(shù)量(259860),幾何模型如圖3所示。因為直接空冷機組空冷島所處的地理位置及自然環(huán)境是一定的所以對空冷島的擋風(fēng)墻和空冷島的高度進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,提高空冷單元的換熱效率和凝汽器真空度,對機組的流出口設(shè)計制造和安裝具有重要意義。甸流動冷知管束圖2空冷散熱單元示意圖1.2數(shù)值模型及邊界設(shè)定圖1直接空冷機組原則性汽水系直接空冷平臺周圍的大氣運動被認(rèn)為是不可壓縮定常收稿日期:20070725作者簡介:周蘭欣(1956-),男教授,主要從事空冷機組節(jié)能研究。汽輪機技術(shù)第50卷0.4703,邊緣效率低。換熱效率和冷卻介質(zhì)流量分布趨勢一致(如圖5所示),且在整個空冷平臺呈對稱分布與工程實際運行數(shù)據(jù)一致冷卻介質(zhì)的總流量為4275873kg/s*-6。汽機房5,0F41400E-12/E-01圖3幾何模型OE-01流動。流體區(qū)域的控制方程為雷諾平均的納維-斯托克斯0.00E+00(N-S)方程。連續(xù)性方程:中+V·(p)=0圖4空冷換熱效率圖(V=0)動量守恒方程(pu)+(p,)=e[幽)800本構(gòu)方程:,=2m,-3xm采用標(biāo)準(zhǔn)k-e湍流模式:圖5空冷單元空氣流量圖(V=0)2.2風(fēng)速和圍墻高度對換熱效率的影響y叫+幽)3(噸+u月風(fēng)速V分別取0、13、5、8、10(m/8),圍墻高h取8m、模型涉及到熱量交換問題能量方程為:10m、12m、14m、16m,在此情況下,隨著風(fēng)速的提高空冷單元aB)+…、m(pE+p)=+面(x+;)的整體換熱效率下降(如圖6所示),但下降趨勢受圍墻高度的影響,圍墻越高,下降越緩慢。由圖7知,隨圍墻高度增加其中p為空氣密度;為流體速度;過、k=1、2、3;P為壓力效率增加,當(dāng)h=14m左右時達到最大后效率開始降低說為流體動力黏性系數(shù);r為應(yīng)力張量;為應(yīng)變率張量。明圍墻高度存在理論上最佳值。計算域的進口采用大氣邊界層函數(shù)即迪肯( Deacon)的冪定律描述:=(x/)°式中:為氣流達到均勻流時的高廈;為動處來流平均風(fēng)速;為任意高度;為處平均風(fēng)速;aα為地面粗糙系數(shù),粗糙度越大a越大。根據(jù)我國氣象觀測標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合電廠的地形地貌取a=0.2和=10,該條件利用uen自帶的udf自定義邊界條件編程加載,每個空冷散熱單元采用風(fēng)扇入口和熱交換( heat exchanger)核心,擋風(fēng)墻、柱子及地面均采用墻壁邊界,計算域的其它邊界均為速度進口條件以模擬自然環(huán)境2模擬結(jié)果及分析圖6平均換熱效率隨風(fēng)速變化曲線額定工況下汽輪機排汽溫度已知,可以算出空氣和汽輪2.3空冷平臺高度對換熱效率的影響機排汽之間所需的換熱量將其定義為標(biāo)準(zhǔn)換熱量。每個空取平臺高度H分別為35m、40m、45m進行模擬計算。冷單元的實際換熱量除去標(biāo)準(zhǔn)工況下空冷單元的標(biāo)準(zhǔn)換熱風(fēng)速增大時換熱效率整體下降但隨平臺高度的增加,下降量所得到的無量綱數(shù)定義為換熱效率。利用換熱效率來表8所示)。趨勢減小。在風(fēng)速V=8m/s時換熱效率最多相差3%(如圖征空冷平臺外部流場對空冷凝汽器的影響13。從每個換熱單元的冷卻介質(zhì)流量和換熱量分析流場對整個空冷平臺的2.4模擬結(jié)果分析影響。環(huán)境風(fēng)速V=0時整個空冷平臺形成蒸騰現(xiàn)象(如圖92.1V=0,H=40m模擬結(jié)果所示)。當(dāng)環(huán)境風(fēng)吹至空冷平臺時,環(huán)境風(fēng)和空冷散熱器發(fā)風(fēng)速為0空冷平臺高度為40m空冷單元換熱效率分布出的熱氣進行熱交換1。熱氣質(zhì)點和自然風(fēng)質(zhì)點不斷相互如圖4所示,空冷平臺整體效率較高,整體平均效率為混摻兩者的速度、壓力溫度等物理量在時間和空間上均具第2期周蘭欣等:直接空冷機組空冷島結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究9704s著風(fēng)速的增加這種影響加劇,機組背壓升高威脅機組的安全運行隨著擋風(fēng)墻和空冷平臺高度H的增加漩渦區(qū)高度向上80.4緊軟移動(圖1),在一定程度上抑制了熱風(fēng)回流,使整個平臺的換熱效率有所提升。當(dāng)V=8m/8時,空冷平臺高度H=35m和H=45m效率相差29%,擋風(fēng)墻高度h=8m和h=16m效率相差27%。78910ll1213141516173結(jié)論圖7平均換熱效率隨擋風(fēng)墻高度變化曲線(1)通過構(gòu)建模型分析了環(huán)境風(fēng)速對空冷機組換熱效率的影響隨著風(fēng)速的增加,在大氣邊界層和熱風(fēng)回流的影響H=40mH=45m下空冷單元換熱惡化效率降低;(2)擋風(fēng)墻對直接空冷機組的換熱效率具有積極的作獲0.43用但這種影響隨著擋風(fēng)墻高度的增加逐漸減小,當(dāng)h>15m042后效率開始下降,在本模型中擋風(fēng)墻的最佳高度在14m04115m之間(3)空冷平臺的高度是影響空冷換熱效率的一個重要因素,隨著高度的增加效率升高故在空冷機組的設(shè)計中可結(jié)速/(m/3)合廠址所處環(huán)境及技術(shù)經(jīng)濟性選取一最佳值。圖8平均換熱效率隨風(fēng)速變化曲線參考文獻[1]丁爾謀發(fā)電廠空冷技術(shù)M].北京:水利電力出版社,1992[2]H. 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