循环水不平衡对间接空冷系统防冻性能影响的研究

2022-01-05秦永博

上海电气技术 2021年4期

秦永博

上海电气电站工程公司上海 201100

1 研究背景

近年来,间接空冷技术在我国得到了飞速发展,但是对于间接空冷防冻的研究还比较少,防冻因素的复杂性给间接空冷系统防冻的研究带来了很多困难[1-2]。就我国而言,间接空冷防冻研究主要从已运行电厂实际入手,结合基础理论和数值模拟给出实际电厂在冬季低温条件下的运行方式。通过电厂运行实际调研发现,空冷塔散热器在冻裂之后修复难度大,需要消耗人力、物力和财力,修复周期长,会造成大量直接和间接经济损失[3-5]。

笔者从电站空冷散热器的工作原理入手,在冬季条件下,关闭不同扇段位置,研究循环水量不均匀,即循环水不平衡对空冷塔散热器的影响,这对于间接空冷系统散热器的防冻具有指导意义。垂直布置散热器水路有两种形式,分别为散热器顺流和散热器逆流。在冬季低温时,可以通过双回程顺流来保证较高的出水温度。双回程布置可以提高管内水流量分配的均匀性,进而提高垂直间接空冷系统防冻的能力[6-7]。

2 间接空冷系统流体计算

间接空冷系统流体可以采用标准k-ε湍流模型进行模拟计算,这种方法在边界层流动、管内流动、自由剪切流动、有回流流动等问题中已经得到很好的应用,具有稳定、简单的特点,在较大范围内具有足够的精度。标准k-ε湍流模型引入湍流动能k和湍流耗散率ε两个参数,可以将湍流黏度μt变换为这两个参数的函数形式[8-9]:

μt=ρCμk2/ε

(1)

式中:ρ为流体密度;Cμ为通过水和空气的基础剪切流试验得到的经验常数,通常取0.09。

3 间接空冷系统建模

某电厂两台600 MW空冷机组一机一塔垂直布置空冷塔,结构参数见表1。为了获取并分析计算结果,将垂直空冷系统按照塔外侧空冷散热器的布置方式建立与表1结构数据相一致的独立散热器单元,这一散热器单元采用铝管铝翅片四排管垂直布置。为便于计算分析,将一周平均分为10个扇段,每36°设立一个扇段,如图1所示,从右侧开始逆时针命名为扇段1、扇段2、扇段3、……、扇段10。

表1 垂直布置空冷塔结构参数

图1 扇段设置

在低温条件下,关闭不同扇段进行分析。借助数值模拟软件,对间接空冷系统循环水进行实体建模。在分析中,只考虑各扇段的总进水量,对散热器管束进行简化,间接空冷系统循环水简化模型如图2所示。

图2 循环水简化模型

4 关闭扇段影响研究

根据项目可研报告及历年气象资料,研究所在地冬季年平均温度为-15 ℃。按照冬季电厂空冷系统比较常见的两种形式运行[10],进行对比分析计算。第一种形式为只开启扇段4、扇段8、扇段10,第二种形式为只开启扇段3、扇段5、扇段10。循环水量采用总水量的1/2,即16 156.71 kg/s,风向为45°。扇段开启形式如图3所示。

图3 扇段开启形式

4.1 第一种形式

第一种形式为关闭空冷塔的侧向迎风扇段和侧向背风扇段,通过循环水不平衡和平衡时的出水温度,求出循环水不平衡对防冻的影响。通过对循环水数值模拟,求出第一种形式各扇段的循环水流量,如图4所示。

图4 第一种形式各扇段循环水流量

第一种形式各扇段循环水流量的不平衡率见表2。由表2可以看出,最大循环水流量差异性发生在扇段10,不平衡率为8.6%,最小循环水流量差异性发生在扇段4,不平衡率为-3.4%。第一种形式循环水流量差异性较小,有利于空冷塔防冻。第一种形式循环水压力云图如图5所示,可以看出各扇段管路压力相对均匀,流量分配相对平均。第一种形式空冷塔空气流场速度矢量图如图6所示,可以看出塔内流场涡流少,气流偏移小,对整个塔内的空气流动是有利的。

表2 第一种形式各扇段循环水流量不平衡率

图5 第一种形式循环水压力云图

图6 第一种形式空冷塔空气流场速度矢量图

4.2 第二种形式

第二种形式同样关闭空冷塔的侧向迎风扇段和侧向背风扇段,分析原理与第一种形式相同。通过对循环水数值模拟,求出第二种形式各扇段的循环水流量,如图7所示。

图7 第二种形式各扇段循环水流量

第二种形式各扇段循环水流量的不平衡率见表3。由表3可以看出,各扇段循环水流量的差异性比较大,最大循环水流量差异性发生在扇段10,不平衡率为18.1%,最小循环水流量差异性发生在扇段3,不平衡率为-8.2%。扇段10处于另一根支管上,且离总入口最近,导致扇段10循环水流量增大。第二种形式循环水压力云图如图8所示,可以看出各扇段管路压力不均匀度较大。第二种形式空冷塔空气流场速度矢量图如图9所示,可以看出塔内流场涡流大,气流偏移相对严重。