1 000 MW直接空冷发电机组凝汽器传热性能试验研究

不同工况下空冷凝汽器的换热性能,是火电直接空冷机组设计、优化和运行的主要依据。针对实际运行的1 000 MW超超临界直接空冷机组,对其凝汽器进行了夏季、冬季和秋季工况的试验研究。试验获得了夏季和冬季工况下凝汽器翅片管束迎面风速的分布和壁面温度的分布,发现翅片管束迎面风速分布从上至下逐渐增高,而管束壁面温度分布对于顺流单元从上至下逐渐降低,对于逆流单元从上至下逐渐增高;获得了顺流翅片管束的易结冻区域;获得了秋季工况下1 000 MW空冷机组空冷凝汽器空气侧努赛尔数和雷诺数之间的无量纲关联式。     

空冷凝汽器波形翅片扁平管管束外空气流动传热特性

研究火电站空冷凝汽器广泛采用的波形翅片扁平管管束外空气流动传热特性,对于火电站空冷岛的设计与运行都具有重要意义。该文通过CFD模拟,得到不同空冷凝汽器迎面风速条件下冷却空气的流场和温度场,通过计算获得了空冷凝汽器冷却空气平均对流换热系数和摩擦系数随翅片间距和翅片高度的变化规律。结果表明：随空冷凝汽器迎面风速增加,空气对流换热增强,摩擦系数降低。对每个迎面风速而言,都存在一个最佳翅片间距,对流换热最强。翅片高度增加,对流换热系数和摩擦系数减小。对空冷凝汽器波形翅片管束空气流动传热性能综合评价指标的分析表明,最佳翅片间距和高度需要通过综合技术经济比较确定。     

直接空冷凝汽器翅片散热器流动传热特性

为了给直接空冷散热器的优化设计和直接空冷机组的运行提供一定的参考,采用CFD方法,研究单排扁平管在不同迎面风速和环境温度条件下翅片通道内流场和温度场分布,得到空冷凝汽器冷却空气对流换热的表面换热系数和压损随迎面风速的变化规律,并通过拟合得到对应的关联式。结果表明：随着迎面风速的增加,表面对流换热系数和压降均有显著增加;环境温度的变化对空冷单元的散热量影响较大。研究结果对于直接空冷的运行设计具有重要的意义。     

进风角度对电站空冷凝汽器翅片管束流动传热性能的影响

空冷凝汽器翅片管束为电站直接空冷系统的主要设备,研究翅片管束的流动传热特性对直接空冷系统的优化设计与高效运行具有重要意义。由于空冷凝汽器单元"?"型结构和轴流风机旋转构造,使得翅片管束进口风速及风向不均匀。针对电站空冷凝汽器翅片管束以及轴流风机产生的螺旋冷却空气流场,建立单排波形翅片扁平管束三维流动和传热物理数学模型。通过数值模拟分析和实验验证,得到了翅片管束空气侧流动传热特性和入口风速、进风角度的关系。通过支持向量机算法,对影响翅片管束阻力和换热性能的多种因素进行了分析,获得了相应的拟合向量。研究结果可为进一步优化直接空冷系统的运行特性奠定理论基础。     

基于波形翅片扁平管传热性能的直接空冷凝汽器低温冻结规律研究

以火电空冷机组常用的蛇形翅片扁平管为实验件,设计并搭建了风洞实验台,研究蛇形翅片扁平管顺流单元的传热性能,得到顺流单元翅片管空气侧在不同风速下的换热系数和水侧在不同流量下的换热系数,并拟合成Nu随Re变化的无因次关联式。将得到的关联式应用到火电厂实际的运行工况中,得到在不同迎面风速、不同环境温度及不同水流量下管内凝结水温度的变化规律。据此,以实际低温运行直接空冷机组为例,预测出空冷凝汽器顺流单元在不同迎面风速、环境温度和机组负荷下管内凝结水的冻结特性。     

国产空冷单排管流动和传热性能研究

波状翅片扁平管,即单排管是直接空冷凝汽器的一种基本换热元件。单排管外空气侧的流动和传热性能研究,对于直接空冷凝汽器的优化设计和安全运行具有重要的意义。在不同迎面风速下,对国产空冷单排管空气侧进行三维数值模拟,并对速度场、温度场进行分析和研究,拟合出单排管阻力和传热系数随迎面风速变化的计算公式,为直接空冷系统的优化设计提供帮助。     

双排管直接空冷换热元件性能试验研究

空冷凝汽器散热器的结构是影响其性能的关键。对此,以2个不同结构尺寸的双排管直接空冷换热元件(换热元件)为例,对其热力性能进行试验研究。结果表明:随着迎面风速的增加,换热元件的传热系数及空气阻力均逐渐增大,其中传热系数的增加幅度逐渐减小,空气阻力的增加幅度逐渐增大;当迎面风速小于2m/s时,2个换热元件的换热系数基本相同;当迎面风速大于2m/s时,翅片尺寸较小的换热元件的传热系数明显大于翅片尺寸较大的换热元件,且随着迎面风速的增大,两者的差别逐渐增大;实际工程中,应对迎面风速、翅片尺寸及翅化比进行优化,以提高空冷凝汽器的热力性能。     

直接空冷凝汽器翅片管积灰的换热特性研究

为了深入研究空冷凝汽器散热管束积灰时的传热与流动特性,利用FLUENT软件数值模拟了翅片管束不同积灰厚度的传热及流动情况,对比分析了翅片管束不同积灰厚度的压力分布、温度分布及速度分布,计算得到了翅片管束5种积灰厚度的对流换热系数、传热系数及流动阻力随迎面风速变化的规律,拟合得到了摩擦系数及努塞尔数随雷诺数变化的关系。结果表明:随着迎面风速的增加,积灰前后的管外对流换热系数、传热系数以及流动阻力逐渐增加;同一迎面风速下,随积灰厚度的增加,对流换热系数和流动阻力增大,传热系数减小。     

直接空冷凝汽器单排翅片管外部流动及换热特性分析

蛇形翅片管是直接空冷凝汽器的核心换热元件。对其进行详细的换热流动分析,对直接空冷系统的设计以及运行都具有非常重要的意义。应用计算流体力学(CFD)数值模拟的方法,在不同迎面风速下,对翅片管的流动特性和换热性能进行了深入分析,并得出了翅片管的压力降、摩擦系数、换热量、换热系数、出口温度、翅片温度等随迎面风速变化的曲线,提出了努塞尔数Nu与雷诺数Re之间的无因次关系式,所得到的结果可为我国电站空冷系统的设计和运行提供理论依据。     

冷却空气迎面风速和温度对直接空冷系统动态特性的影响

直接空冷机组和常规湿冷机组由于在冷端系统上差别较大,使得空冷机组的控制必须考虑外部环境变化对于汽轮机冷端的影响。该文在空冷凝汽器静态变工况计算的基础上,考虑空冷系统凝汽器的蓄热效应,建立了直接空冷凝汽器动态数学模型,该模型能够分析冷却空气迎面风速和环境温度对直接空冷系统凝汽器动态特性的影响。得到了冷却空气迎面风速和环境温度对直接空冷机组背压的影响曲线,仿真结果表明随着环境温度的升高和冷却空气迎面风速的降低,系统的稳定时间变长,证明直接空冷系统凝汽器的时间常数随着空冷凝汽器的散热能力的强弱而有相应变化,并为进一步研究适用于直接空冷机组的背压保护控制策略提供了参考。     

空冷凝汽器U型翅片管水平布置间隙优化

研究及优化空冷凝汽器U型翅片管的水平布置间隙,对火电站空冷岛的设计与运行具有重要意义。基于FLUENT软件,以空冷凝汽器U型翅片管束为研究对象,对不同翅片管水平布置间隙下空冷凝汽器U型翅片的换热及流动特性进行数值模拟及计算,得到了空冷凝汽器冷却空气对流换热平均努谢尔数和摩擦系数随雷诺数的变化规律,并采用最小二乘法拟合得到了相应的关联式。针对U型翅片的换热及流动特性提出两种优化方案,并进行比较分析。结果表明:当流动损失能量较小时,空冷翅片综合性能评价指标不能准确反应出空冷翅片管的综合性能,需通过空冷翅片换热量进行优化,由此得出空冷凝汽器U型翅片管的最佳水平布置间隙。     

单排管直接空冷换热元件性能试验

为了探究结构参数对空冷元件流动传热特性的影响规律,为空冷凝汽器优化选型提供参考,通过实验室性能试验,研究不同结构尺寸的单排管直接空冷换热元件的热动力性能。结果表明:迎面风速增加,单排管空冷元件传热系数增大,空气阻力亦随之增大;在元件结构参数基本相同的前提下,迎面风速一定,随着翅片厚度减小,空气阻力降低,换热效果增强。据此,将单排管空冷元件与双排管空冷元件的流动换热特性进行技术对比,发现在工程设计常用的迎面风速下,单排管空冷元件与双排管空冷元件的换热系数相当,而单排管空冷元件的阻力明显小于双排管。     

直接空冷凝汽器散热单元冬季阻力特性试验研究

以某电厂300 MW机组单排管直接空冷凝汽器典型散热单元为研究对象,对冬季不同环境温度、不同出口风速下翅片管换热器阻力特性进行了测试;并重点研究了自然通风条件下,翅片管换热器的阻力特性,测试结果表明不同环境温度下,翅片换热器空气侧流动阻力皆随着出口风速的增加而升高,呈指数关系递增;环境温度因素对散热单元流动阻力的影响不大。     

空冷凝汽器全工况运行特性分析

掌握火电站空冷凝汽器在各种工况下的运行特性,对于提高我国直接空冷机组的运行水平具有重要意义。以300MW直接空冷机组空冷凝汽器为例,分析了反映机组运行性能的汽轮机背压的影响因素。针对轴流风机全速和半速运行工况,计算得到了汽轮机背压随凝汽器凝结蒸汽量和进口空气温度的变化规律。结果表明：随凝汽器凝结蒸汽量和进口空气温度的增加,汽轮机背压增加;随轴流风机风速升高,汽轮机背压降低。轴流风机运行方式的调整,依赖于环境温度和机组热负荷的变化。对于冬季低温运行的空冷凝汽器,为防止出现汽轮机背压低于阻塞背压和凝汽器管束冻裂,风机需减速运行。反之,在夏季高温条件下运行的空冷凝汽器,为避免汽轮机背压过高带来的非正常停机和机组运行经济性的下降,风机需全速甚至超设计风量运行。     

电站间冷系统空冷散热器翅片管束流动传热性能的数值研究

空冷散热器为电站间接空冷系统的主要设备,研究空冷散热器翅片管束的流动传热特性,对于电站间冷系统的优化设计与高效运行具有重要意义。对间接空冷系统空冷散热器常用翅片管束流动传热性能进行了数值模拟研究,通过计算获得了空冷散热器冷却空气流动阻力和平均对流换热系数随迎面风速的变化规律,拟合得到了摩擦因子与努赛尔特数随雷诺数的变化关系。利用对流换热的综合性能评价标准(performance evaluation criteria,PEC),即Nu/f1/3,对6种翅片管束的流动传热性能进行了比较。结果表明,随迎面风速增加,空气对流换热增强,压降增加,翅片管的对流换热系数随之升高,摩擦因子降低,但是换热系数的增加幅度小于压降的增加幅度。Forgo型翅片管束综合流动传热性能优于椭圆型管束。本文研究结果为电站间冷系统空冷散热器的选型和优化设计提供了一定的理论依据。     

直接空冷凝汽器温度场在线监测系统设计

分析了直接空冷凝汽器管束结构及工作原理,认为空冷凝汽器顺流管束下端比逆流管束更容易结冰。介绍了直接空冷凝汽器管束温度场在线监测系统设计、实施方案,通过实时测量直接空冷凝汽器入口、出口空气温度,可以随时掌握空冷系统运行状态,预判直接空冷散热器可能发生冻结的管束,有效避免直接空冷凝汽器冻结故障的发生,并为直接空冷系统的运行调整及冬季防冻措施的制定提供依据。     

自然通风直接空冷系统蒸汽分配管阻力特性研究

新型自然通风直接空冷系统结合了传统直接空冷和间接空冷的优点,是电站冷端系统的重要选择之一。然而,目前国内外学者对直接空冷系统流动换热性能的研究并不充分,尤其是对于蒸汽分配管的流量分配及阻力特性研究则更为缺乏。采用数值模拟方法,建立了某660 MW机组自然通风直接空冷系统数学物理模型,包括自然通风直接空冷系统空气侧模型和树杈形蒸汽分配管道蒸汽侧模型,开发了直接空冷系统空气侧和蒸汽侧耦合计算方法,研究了不同环境风速下自然通风直接空冷系统竖直布置空冷凝汽器双层冷却三角流动换热性能与塔内蒸汽管道的蒸汽流量分配和阻力特性之间的相互作用规律,获得了不同气象环境条件下该自然通风直接空冷系统空气侧流动换热规律、蒸汽流量分配及蒸汽分配管道阻力特性变化规律。结果表明:有风条件下,冷却三角两层翅片管束流动换热性能存在差异,导致蒸汽流量分配曲线和阻力特性曲线向侧风扇区偏移;无风条件下,通过该树杈型蒸汽分配管道的蒸汽流量和压降分布均匀,体现了该蒸汽管道结构设计良好。该研究结果可为自然通风直接空冷系统的设计和运行提供参考。     

直接空冷凝汽器加装导流叶栅的性能分析

直接空冷凝汽器换热性能易受环境风的影响。以某600 MW机组中单列空冷单元为例,建立了环境风对直接空冷凝汽器换热性能影响的数值分析模型,得到了加装导流叶栅后空冷单元的流场特性,计算了加装导流叶栅对空冷凝汽器换热性能的影响。结果表明,加装导流叶栅明显缩小了空冷单元风机入口处负压区的范围,进而提升了风机效率,当风速为6 m/s时,a1单元风机效率提高了17.5%;加装导流叶栅还能降低各空冷单元风机入口平均温度,当风速为12 m/s时,a1单元风机入口平均温度下降了3.7℃。因此,加装导流叶栅使得各空冷单元的换热性能得到大幅提升,当风速为12 m/s时,整列空冷单元的换热效率升高了14%。所得结论为改善环境风工况下直接空冷凝汽器的性能提供了参考。     

300MW直接空冷机组变工况特性

以300MW直接空冷机组为例，考虑了排汽管道的压损，排汽口至空冷凝汽器入口间水蒸汽柱高度压力及排汽管对环境散热量，建立直接空冷机组冷端系统变工况数学模型，编程计算做出直接空冷机组冷端系统特性曲线，同时分析了空冷凝汽器压力及管道压损的变工况特性。计算验证了排汽热负荷、排汽管道压损、迎面风速和环境温度是影响直接空冷机组排汽压力的主要因素，且在迎面风速和环境温度一定时，排汽管道压损在热负荷范围内存在一最不利最大值，对于空冷机组的管道设计及经济运行提供参考。     

环境影响下的直接空冷系统运行特性研究

环境变化会显著影响直接空冷机组的凝汽器压力,因此,研究直接空冷系统在环境影响下的运行特性,对保证直接空冷机组安全经济运行具有重要意义。通过理论分析,建立了空冷凝汽器温度和压力随汽轮机排汽热负荷、凝汽器迎风面风速以及进口空气温度变化的理论模型。以山西平朔煤矸石发电有限公司50MW机组直接空冷系统为例,通过数值计算,得到了环境气温、环境风速风向以及汽轮机排汽热负荷对凝汽器温度和压力的影响规律。结果表明:在凝汽器热负荷不变的情况下,环境气温越高,空冷凝汽器进口空气温度就越高,凝汽器压力就越高。环境风速越大,空冷器进口空气温度就越高,迎面风速就越小,从而凝汽器内冷凝温度和压力就越高。反之,凝汽器压力就越低。