电站间接空冷系统防冻高效运行控制逻辑及数值验证

冬季低温环境下,电站间接空冷系统空冷散热器面临管束冻结风险,揭示冬季气温、风速、扇区投运数量、机组出力、循环水流量对管束冻结的影响规律,进而确定空冷散热器防冻运行控制逻辑,对于空冷机组安全高效运行具有重要意义。该文通过理论分析,建立汽轮机排汽、循环水、冷却空气的热平衡关系,以及凝汽器和空冷散热器的传热方程。以最易冻结空冷散热器冷却柱出口水温不低于0℃作为约束条件,以排汽凝结压力和循环水流量作为优化目标,开发间接空冷系统防冻高效运行控制逻辑,从而得到不同冬季气温、风速、扇区投运数量、以及机组出力工况下,循环水流量和空冷散热器百叶窗开度的调控规律。以某典型2×660MW间接空冷机组两机一塔设计为例,对间接空冷系统防冻高效运行控制逻辑进行验证。结果表明,电站间接空冷系统防冻高效运行控制逻辑的建立,可为空冷机组冬季安全高效运行提供理论支撑。     

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。     

电站空冷散热器管束防冻性能实验研究

冬季低温环境下,电站空冷散热器存在管束冻结风险,确定管束水侧低热负荷、低流速条件下的冻结临界值对空冷机组安全高效运行具有重要意义。由于实际空冷散热器翅片管束长,测试困难,采用分段实验测试方法,将原型散热器管束均匀分割为8段,以其中一段作为实验样件开展临界防冻测试,通过对每段测试数据的衔接与关联,实现对全尺寸空冷散热器管束防冻特性的定量表征。以水冰点0 ℃为临界冻结边界,获得环境温度为–10、–8、–6 ℃,迎面风速为1.0、1.5、2.0 m/s条件下,每个测试段管束的进口水温。实验数据显示:在循环水流量一定时,临界进口水温随着空气迎面风速的增加、环境温度的下降而升高;当环境条件一定时,迎风侧管束临界进口水温随着循环水流量的增加而下降,这可为空冷散热器防冻设计提供关键数据。     

电站直接空冷系统防冻高效运行控制逻辑及数值模拟

低温环境条件下,直接空冷系统冷却性能出色,但也面临空冷凝汽器翅片管束冻结的风险。揭示不同环境气象条件和系统运行模式下空冷系统性能变化规律,提出直接空冷系统防冻高效运行控制逻辑,对于机组的安全经济运行具有重要意义。以机组实现阻塞背压运行为目标,约束条件为管束出口凝结水状态,开发直接空冷系统控制逻辑。首先,当风机满转速运行且管束出口凝结水不过冷时,确定临界最高环境温度。其次,当风机停转且管束出口凝结水温度等于0℃时,确定临界最低环境温度。再次,以管束出口凝结水不过冷为约束条件,通过风机转速调节,实现直接空冷系统的高效运行。最后,通过数值模拟方法,对直接空冷系统防冻高效运行控制逻辑进行了算例验证。     

新型翅片管束提高自然通风直接空冷系统效率

自然通风直接空冷系统凝汽器单元"Λ"型布局和传统翅片结构使得冷却空气流过翅片管束时发生严重转向,从而显著影响空冷凝汽器的流动传热性能。提出了一种新型翅片管束,其翅片通道与基管椭圆长轴方向呈一定夹角,使翅片通道方向与塔浮升力方向平行。通过CFD数值模拟和实验验证,获得了采用新型倾斜翅片管束的自然通风空冷凝汽器的空气流场和温度场,计算得到了不同环境风速下空冷凝汽器总换热量的变化规律,并与现有翅片管束的空冷凝汽器性能进行了对比。研究结果表明,采用倾斜翅片空冷凝汽器可以显著改善自然通风直接空冷系统热力性能,降低机组背压,提高空冷机组运行的经济性。     

主辅机合建式间接空冷系统流动传热特性研究

主辅机合建式间接空冷系统近年引起了业内关注，目前国内外学者对其流动换热性能开展研究较少。为探究不同构型条件下主辅机合建式间接空冷系统的输运特性，本文建立了6种主辅机散热器双层布置和单层布置的合建式间接空冷系统物理模型，并借助商业软件FLUENT模拟对比分析了不同构型的输运性能。研究结果表明：系统构型对辅机冷却系统的输运性能影响远高于主机冷却系统，且相对于换热性能，流动性能更易受到影响；无风情况下，双层布置主辅机冷却系统的输运性能均优于单层布置，且构型A的辅机冷却性能最佳；在环境风影响下，构型C的辅机冷却性能远高于其他构型。该研究可为主辅机合建式间接空冷系统工业设计及应用提供理论指导。