Influence of Different Vortex Generators on Heat Transfer in Direct Air-Cooled Condensers

通过数值模拟研究了矩形小翼、三角小翼、梯形小翼、柱面梯形翼、柱面三角翼和柱面矩形翼等6种涡流发生器分别安装于直接空冷凝汽器单排蛇形翅片扁管中的压降和换热性能。Re数在600~1800范围内,涡流发生器采用相同高宽比、尾高、攻角以及安装位置。结果表明：矩形小翼的换热及压降增大最多,Re=1729时,相比平直翅片分别增加了14.27%和18.32%。Re=1 729时,柱面梯形翼的压力损失比矩形小翼少4.7%,换热低1.5%。当以（j/j0）/（f/f0）1/3作为综合换热性能评价标准时,柱面梯形翼的综合换热性能最好。另外,考察了柱面梯形翼倾角的影响（0°、6°、12°、20°、24°和26°）,相同工况下,倾角为12°的柱面梯形翼换热最好（较平直翅片增强4.29%~14.1%）、压降最小（增大7.5%~12.8%）且综合换热性能最好。柱面梯形翼因其迎流面积与斜边长度的匹配以及流线型柱面,具有良好的强化传热效果以及较小的压降。

The Experimental Investigation of Recirculation of Air-Cooled System for a Large Power Plant

The paper introduces thermal buoyancy effects to experimental investigation of wind tunnel simulation on direct air-cooled condenser for a large power plant. In order to get thermal flow field of air-cooled tower, PIV experiments are carried out and recirculation ratio of each condition is calculated. Results show that the thermal flow field of the cooling tower has great influence on the recirculation under the cooling tower. Ameliorating the thermal flow field of the cooling tower can reduce the recirculation under the cooling tower and improve the efficiency of air-cooled condenser also.

厂区布置对钢塔自然通风空冷凝汽器性能的影响

利用计算传热学(NHT)软件FLUENT,在自然通风状态下,对2×350MW机组钢结构外覆铝板冷却塔及直接空冷凝汽器(DACC)的流动和换热性能进行了数值模拟、分析和研究。确定了考核工况,不同环境风向下,周边建筑物对DACC和钢塔性能的影响。结果表明,两机一塔水平矩形布置方式下,平行于A列的来风对钢塔通风和DACC换热有负面影响。不考虑风向频率时,各风向下周边建筑物对DACC总体换热影响约为2.4%。在电厂总平面布置时,应尽量使厂区主导风向避开不利风向,汽机房空冷塔间距还需综合其它因素确定。

光热电站主机直接空冷系统优化探讨

光热发电是一种比较有发展前景的可再生能源发电形式,具有良好的储能和调峰能力。受制于水资源条件,目前我国光热电站的主机冷却系统多采用直接空冷系统。直接空冷系统配置对机组经济性和盈利能力均会产生较大影响。在总结和分析光热电站投资构成及运行特点的前提下,依托某案例工程进行直接空冷系统优化计算和分析。对光热电站直接空冷系统气象数据选取与处理、以及电价敏感性分析进行初步探讨。由于上网电价及成本电价普遍较高,与常规火电厂直接空冷系统相比较,光热电站直接空冷系统配置倾向于初始温差(ITD)值较低、风速较小、空冷凝汽器面积较大的方案。

直接空冷机组尖峰冷却系统冷却倍率优化

为了提高燃煤直接空冷机组尖峰冷却系统的经济性,提出了尖峰冷却系统冷却倍率优化计算的方法;在参照EPC招标文件要求的基础上确定了尖峰冷却系统的凝汽量,并重点探讨了带表面式凝汽器的尖峰冷却系统的最优冷却倍率。研究表明,“表面式凝汽器+机力塔+循环泵”的尖峰冷却系统在设计凝汽量、设计温度35℃下的最佳冷却倍率为35倍,随着环境温度的降低,对应温度下的最佳冷却倍率增大;600 MW超临界直接空冷发电机组,尖冷凝汽量280 t/h时,扣除水资源费用后,年收益为886.92万元。

不同单元型式的直接空冷岛数值试验对比研究

利用ANSYS Fluent软件研究某2×660MW直接空冷岛,以期提高其整体换热性能。对不同单元型式、散热器管束和风机布置方式下的空冷岛方案进行流动和传热特性的数值模拟、分析和研究。在环境风速风向的影响下,不同布置型式的空冷岛出现一定的性能差异。静风状态下,不同布置方案的空冷岛通风量及换热量之间的差别很小,均在1%以内。TRL考核风速各风向下,与常规空冷布置方案相比,双小“A”风机低位布置方案的机组背压较低。炉后风向下,双小“A”风机低位布置方案的机组平均背压低于常规布置方案约1.57kPa。

耦合碳捕集的直接空冷燃煤机组特性分析和背压优化

配置碳捕集技术将大幅改变直接空冷燃煤机组中汽机–给水和冷端系统的工质与能量分配,导致安全风险和经济损失。为提高耦合碳捕集的直接空冷燃煤机组发电效率,该文建立发电–碳捕集系统的全工况动态机理模型,分析变捕集率条件下子系统状态和整体经济性,揭示出捕集率对背压–发电功率和背压–风机耗功的影响规律,提出以热耗率最小为优化目标,以捕集率、锅炉负荷和环境参数为边界条件的背压优化方法。结果表明:每增大1%的CO_(2)捕集率对应1.06MW发电功率损失和15.2kJ/(kW·h)热耗率增量;背压优化降低了发电热耗约200~260kJ/(kW·h);捕集率为90%时,最优背压低至3.85kPa;高温、大风和高负荷时,捕集率的变化对最优背压影响较大。结果可为空冷燃煤–碳捕集整体系统的变工况高效运行提供决策依据。

环境风向对自然通风直接空冷塔散热影响

自然通风直接空冷系统既不需要机械通风风机,也不需要间接空冷系统的循环水泵,大幅度降低了噪声、厂用电率和供电煤耗,符合“低碳”时代发展要求。自然通风直接空冷系统在大容量机组尚未应用,需掌握环境风向对自然通风直接空冷塔散热的影响规律。利用流体力学模型仿真FLUENT软件,对2×660 MW机组的直接空冷塔不同风向进行数值模拟,得到不同风向下各散热三角的通风量和散热量分布特点、直接空冷塔总体散热性能以及风向对直接空冷塔和主厂房总体布置的影响。结果表明,2台机组的自然通风直接空冷塔的中心连线优先与主导风向平行。

空冷风机群分区自动调节的机理研究及应用

针对空冷凝汽器风机优化运行问题,建立了凝汽器翅片管的温度分布模型,采用理论计算和现场试验相结合的方法,揭示了空冷凝汽器翅片管的温度分布规律,并据此开展了空冷风机群分区自动调节应用研究。结果表明,沿空冷凝汽器翅片管长度方向存在温度转变界面,其位置是各种因素对凝汽器换热影响的综合表征。基于该温度转变界面开发的空冷风机群分区自动调节系统简单可靠,可实现对不同分区空冷风机频率的自动控制和调节。研究成果为空冷风机群分区自动调节提供了依据。

Measures against the adverse impact of natural wind on air-cooled condensers in power plant

The natural wind plays disadvantageous roles in the operation of air-cooled steam condensers in power plant.It is of use to take various measures against the adverse effect of wind for the performance improvement of air-cooled condensers.Based on representative 2×600 MW direct air-cooled power plant,three ways that can arrange and optimize the flow field of cooling air thus enhance the heat transfer of air-cooled condensers were proposed.The physical and mathematical models of air-cooled condensers with various flow leading measures were presented and the flow and temperature fields of cooling air were obtained by CFD simulation.The back pressures of turbine were calculated for different measures on the basis of the heat transfer model of air-cooled condensers.The results show that the performance of air-cooled condensers is improved thus the back pressure of turbine is lowered to some extent by taking measures against the adverse impact of natural wind.

Numerical investigation on the cluster effect of an array of axial flow fans for air-cooled condensers in a power plant

The aerodynamic behavior of tens of axial flow fans incorporated with air-cooled condensers in a power plant is different from that of an individual fan.Investigation of the aerodynamic characteristics of axial flow fan array benefits its design optimization and running regulation.Based on a representative 2600 MW direct-dry cooling power plant,the flow rate of each fan and the overall flow rate of the fan array are obtained in the absence of ambient wind and at various wind speeds and directions,using CFD simulation.The cluster factor of each fan and the average cluster factor of the fan array are calculated and analyzed.Results show that the cluster factors are different from each other and that the cluster effect with ambient wind is significantly different from the cluster effect with no wind.The fan at the periphery of the array or upwind of the ambient wind generally has a small cluster factor.The average cluster factor of the array decreases with the increasing wind speeds and also varies widely with wind direction.The cluster effect of the axial flow fan array can be applied to optimize the design and operation of air-cooled condensers in a power plant.

某空冷机组凝汽器防冻策略研究

针对某直接空冷机组冬季背压偏高的问题,现场测试空冷凝汽器的温度分布情况,分析翅片管内气体温度的变化规律,并对防冻参数设定值与负荷关系进行研究。结果显示:空冷凝汽器换热不均和触发防冻保护的参数值未考虑负荷因素是运行背压偏高的主要原因,给出了不同负荷下低背压报警、凝结水温度、抽气温度等防冻参数设定值的计算方法,为同类机组冬季运行提供参考。

直接空冷单元夏季喷雾增湿过程的研究

针对某电厂600 MW直接空冷机组的一个空冷单元为研究对象,运用CFD软件模拟了空冷单元内加装喷雾增湿系统的作用过程及效果。文章分析了喷水降温系统的结构与原理,为了保证喷出的水滴不会落到风机上面,运用理论和数值模拟相结合说明了液滴的临界直径和悬浮风速的关系;对比分析了喷雾前后空冷单元内部的温度场和流场,发现喷雾增湿系统有利于降低凝汽器入口空气温度,提高机组的经济性。

火电站直接空冷凝汽器传热系数实验关联式

不同工况下直接空冷机组空冷凝汽器的传热系数,对确定机组冷端的热负荷能力、进而确定环境条件和运行参数与机组排汽压力之间的关系具有重要意义,是进行机组优化运行最重要的基础数据。针对目前我国600 MW直接空冷机组冷端系统的典型结构,利用直接空冷凝汽器单体性能实验台进行实验研究,根据实验数据得到了凝汽器翅片侧无量纲努塞尔数随空气流动雷诺数的变化曲线,拟合出相应的准则关联式,并进行了系统的误差分析。该关联式可为描述变工况条件下空冷系统的性能奠定基础,并为不同环境、气候和气象条件下机组运行参数的优化提供依据。

间接空冷和直接空冷系统技术经济分析

介绍了北方地区发电机组空冷技术的应用情况。通过比较直接空冷和间接空冷的技术特点和投资分析,得出间接空冷系统在运行维护和技术经济性上有着较多优势,如机组运行稳定性及夏季运行安全性均较好,基本无噪音,容易清洗等。采用国产化大型间接空冷系统可提高发电厂运行的经济性。

基于主子系统耦合效应的直接空冷结构体系抗震性能研究

直接空冷结构体系是火力发电厂随着空冷工艺出现而形成的一类特殊工业建筑,设备对结构动力特性影响显著。取1/4子结构,模拟边界条件,按1/8缩尺比制作模型。对模型进行动力特性测试,选择El-Centro波对模型进行拟动力试验,再进行拟静力试验,试验得到了动力特性参数及动力反应。分析结构自振频率与阻尼比变化、变形性能、滞回性能和破坏模式等;给出骨架曲线及其特征点。采用SAP2000有限元程序进行数值计算,分析结果与试验结果基本吻合。研究表明扭转振动是直接空冷结构体系的主要振型,应该考虑振型耦合;直接空冷结构体系为单道防线体系,大震下结构系统进入非线性后,设备系统能够保持弹性工作状态,结构易形成柱铰破坏机制。

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。

火电站直接空冷凝汽器性能考核评价方法

火电站直接空冷凝汽器性能决定了直接空冷机组能否安全高效运行。研究直接空冷凝汽器性能的影响因素,从而制定空冷凝汽器性能考核评价方法具有重要意义。通过分析直接空冷凝汽器的传热过程,建立凝汽器压力与凝结蒸汽流量、冷却空气流量、凝汽器传热系数、凝汽器总传热面积以及环境温度之间的关系,分析各因素对凝汽器性能的影响规律。对以凝结蒸汽量和以凝汽器压力作为性能考核标准进行了对比研究,指出了2种性能考核评价方法存在的缺点,即仅仅考核凝汽器传热能力会导致传热面积过大,系统投资增加。在考核空冷凝汽器传热能力的基础上,还需测定凝汽器传热系数,以传热系数保证值作为直接空冷凝汽器性能考核的补充指标。

环境风影响下直接空冷机组排汽压力的计算模型

环境风对直接空冷机组的安全经济运行具有重要影响,预测环境风工况下直接空冷机组的排汽压力,是实施空冷岛优化运行的关键。针对某330MW直接空冷机组,建立了空冷凝汽器的数值分析模型,得到了各空冷单元的入口平均温度和空气流量,将排汽压力的计算尺度由空冷岛细化到空冷单元,建立了环境风影响下直接空冷机组排汽压力的计算模型。结果表明:位于环境风下游的空冷单元,其空气入口平均温度受环境风的影响较大,位于环境风上游的边缘空冷单元,其空气流量受环境风的影响较大;有风工况下直接空冷机组的排汽压力要比无风时高,正y方向环境风对排汽压力的影响要大于正x方向;环境风导致空冷机组排汽压力升高的主导因素是使空冷单元的空气流量减少。所建模型能预测出直接空冷机组受到环境风扰动后,达到稳定工况时的排汽压力。