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直接空冷凝汽器流场及性能优化数值模拟研究

洁净煤技术 2021年

作者：王淼黄骞曹文广李水清清华大学能源与动力工程系热科学与动力工程教育部重点实验室

燃煤火电机组直接空冷凝汽器运行时，环境风速、环境温度等对三角腔内空气与热蒸汽的对流换热均有重要影响，从而影响了机组运行稳定性。本文通过三维流场模拟方法，以某 600 MW 机组单列/单个空冷单元为例，研究了典型环境参数下的空... 详细信息

燃煤火电机组直接空冷凝汽器运行时，环境风速、环境温度等对三角腔内空气与热蒸汽的对流换热均有重要影响，从而影响了机组运行稳定性。本文通过三维流场模拟方法，以某 600 MW 机组单列/单个空冷单元为例，研究了典型环境参数下的空冷凝汽器换热性能，提出了一种在三角腔内加装夹角可调的“羽翼型”实心/多孔导流板的流场优化技术方法。计算结果表明：单列凝汽器受环境风效应影响在迎风处第一个凝汽器单元的空气流量最多下降164 kg/s；采用凝汽器三角腔体内加装实心板/多孔板的方式对不利环境产生的流动涡旋有明显整流效果；进而，通过调节两片导流板夹角至240;，三角腔内静压平均提升了153 Pa，可有效缓解冬季换热管束底部冻结现象。

关键词：直接空冷凝汽器 “羽翼型”实心板/多孔板性能优化三角腔内流场对流换热

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直接空冷凝汽器单排翅片管换热性能试验研究

中国电机工程学报 2012年第35期32卷 74-79页

作者：杨建国张海珍哈尔滨工业大学(威海)能源与环境研究所山东省威海市264209

不同工况下直接空冷凝汽器的换热性能,是直接空冷机组设计、优化和运行的主要依据。文中针对目前我国1000MW超超临界直接空冷机组所采用的单排翅片管,利用搭建在空冷机组现场的试验风洞,对翅片管的换热性能进行试验研究,试验风洞蒸汽侧... 详细信息

不同工况下直接空冷凝汽器的换热性能,是直接空冷机组设计、优化和运行的主要依据。文中针对目前我国1000MW超超临界直接空冷机组所采用的单排翅片管,利用搭建在空冷机组现场的试验风洞,对翅片管的换热性能进行试验研究,试验风洞蒸汽侧直接接入空冷机组的冷端。通过试验,获得了翅片管空气侧努赛尔数和雷诺数之间的无量纲关联式,以及关联式与翅片管迎面风速分布之间的关系。结果表明,翅片管的换热性能不但与风机的风量有关,而且受迎面风速分布的影响很大,迎面风速沿翅片管轴向从上至下呈降低趋势分布时,更有利于换热。

关键词：直接空冷凝汽器单排翅片管风洞迎面风速传热系数试验关联式

耦合碳捕集的直接空冷燃煤机组特性分析和背压优化

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中国电机工程学报 2023年第14期43卷 5471-5482页

作者：朱明娟刘煜东吴啸沈炯大型发电装备安全运行与智能测控国家工程研究中心(东南大学能源与环境学院) 江苏省南京市210096 华能国际电力江苏能源开发有限公司江苏省南京市210015

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... 详细信息

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。

关键词：直接空冷凝汽器燃煤机组化学吸收碳捕集机理建模特性分析背压优化

直接空冷凝汽器旋转流场中应用喷雾增湿的数值模拟

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动力工程学报 2013年第2期33卷 135-140页

作者：周兰欣惠雪松李卫华马少帅孙会亮华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室保定071003

基于Simple算法和k-ε模型,采用MRF模型处理风机模型,并综合两相流、传热传质理论,对某600MW直接空冷机组的一个单元进行了三维数值模拟,分析了喷雾增湿对空冷凝汽器压力的影响.结果表明:应用MRF模型处理风机后,单元内空气旋转上升,空... 详细信息

基于Simple算法和k-ε模型,采用MRF模型处理风机模型,并综合两相流、传热传质理论,对某600MW直接空冷机组的一个单元进行了三维数值模拟,分析了喷雾增湿对空冷凝汽器压力的影响.结果表明:应用MRF模型处理风机后,单元内空气旋转上升,空气流场和换热器表面温度场分布更接近实际情况;喷嘴距风机栈桥中心线3.5m、距风机导流筒出口平面高度1.6m,喷雾方向在xy平面与y轴正向夹角210°、喷嘴压力为0.8MPa、喷嘴孔径为0.4mm时,凝汽器压力降幅最大,为8.97kPa.

关键词：直接空冷凝汽器旋转流场喷雾增湿数值模拟

直接空冷凝汽器汽水分布在线计算模型及其应用

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汽轮机技术 2016年第5期58卷 365-369页

作者：高建强肖雄华北电力大学能源动力与机械工程学院保定071003

直接空冷凝汽器内部流体的流动状况直接影响机组的安全经济运行。而直接空冷凝汽器体积庞大、结构复杂,在运行当中,凝汽器存在换热和汽水分配不均现象。根据流体在空冷岛不同管段内的流动和换热过程,建立了直接空冷凝汽器管内汽水分布... 详细信息

直接空冷凝汽器内部流体的流动状况直接影响机组的安全经济运行。而直接空冷凝汽器体积庞大、结构复杂,在运行当中,凝汽器存在换热和汽水分配不均现象。根据流体在空冷岛不同管段内的流动和换热过程,建立了直接空冷凝汽器管内汽水分布在线计算模型。以某300MW直接空冷机组为研究对象,通过在线计算模型软件获得了不同负荷和换热条件下蒸汽和凝结水在凝汽器各单元内的分布情况,实现了内部流场分布特性的在线监测。

关键词：直接空冷凝汽器经济运行汽水分配计算模型在线监测

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直接空冷凝汽器加装扩压导流叶栅的性能分析

直接空冷凝汽器加装扩压导流叶栅的性能分析

作者：张耀祖华北电力大学

学位级别：硕士

直接空冷系统经过近些年的发展,技术日趋成熟,目前正处于广泛应用的阶段。直接空冷系统采用环境空气作为介质冷却汽轮机乏汽,空冷凝汽器作为直接空冷系统的核心设备,其可靠的冷却性能是电厂稳定、经济运行的关键。由于空冷单元布置于自... 详细信息

直接空冷系统经过近些年的发展,技术日趋成熟,目前正处于广泛应用的阶段。直接空冷系统采用环境空气作为介质冷却汽轮机乏汽,空冷凝汽器作为直接空冷系统的核心设备,其可靠的冷却性能是电厂稳定、经济运行的关键。由于空冷单元布置于自然环境流场中,其换热性能受环境风的影响较大。本文以某电厂600MW直接空冷机组单列空冷单元为例,针对直接空冷凝汽器换热性能受环境风影响大的问题,在直接空冷平台的边缘加装扩压导流叶栅。设计了8种不同叶型的扩压导流叶栅,利用Fluent软件,建立加装扩压导流叶栅后单列空冷单元的数值模型,模拟计算得到了各空冷单元的换热情况,分析了加装扩压导流叶栅对直接空冷凝汽器换热性能的改善作用。同时研究了叶片导流角度、叶片个数以及叶栅安装位置对直接空冷凝汽器换热性能的影响。结果表明,加装扩压导流叶栅能有效地改善环境风工况下空冷单元的流场,消除空冷单元内及风机入口处的涡旋,并且能够降低各轴流风机入口处冷却空气的平均温度,其中,越靠近迎风面的空冷单元改善效果越明显。其次,加装扩压导流叶栅提升了空冷凝汽器整体的换热性能;当环境风速较高时,优化效果显著;在8m/s的环境风速下,加装扩压导流叶栅后空冷单元整体换热效率提高了8%。对比结果显示,在所选的八种叶型中,NACA6412叶片所组成的叶栅对空冷凝汽器性能的提升最为显著。在此基础上对扩压导流叶栅的结构参数进行优化,得到最佳的叶片导流角度为45°;且叶片个数越多提升效果越明显;在空冷单元中间再加装一列叶栅,凝汽器整体换热性能够得到进一步的提升。

关键词：直接空冷凝汽器扩压导流叶栅环境风数值模拟优化改善

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直接空冷凝汽器翅片管外积灰特性的数值模拟

直接空冷凝汽器翅片管外积灰特性的数值模拟

作者：葛永建华北电力大学

学位级别：硕士

凝汽器是直接空冷机组末端重要的设备之一。其工作性能的优劣对机组的安全经济运行起着决定性的作用。直接空冷凝汽器采用空气作为冷却介质,翅片管是直接空冷凝汽器的核心组成元件。目前,火电厂直接空冷凝汽器普遍采用单排扁平蛇形翅片... 详细信息

凝汽器是直接空冷机组末端重要的设备之一。其工作性能的优劣对机组的安全经济运行起着决定性的作用。直接空冷凝汽器采用空气作为冷却介质,翅片管是直接空冷凝汽器的核心组成元件。目前,火电厂直接空冷凝汽器普遍采用单排扁平蛇形翅片管束。由于翅片间距小、数量多、结构复杂,空气中的颗粒容易积聚在翅片通道中,出现凝汽器表面积灰现象。积灰导致凝汽器换热效率下降,汽轮机背压升高,严重影响汽轮机效率。因此,研究翅片管外积灰特性,分析管外积灰的影响因素对减轻积灰的不利影响具有重要的现实意义。从颗粒物沉积的微观过程出发,在理论分析的基础上,结合气-固两相分析法,利用Fluent软件模拟了翅片间气固两相流场,追踪颗粒物在翅片间的运动轨迹。分析颗粒物大小、速度、翅片间距、翅片厚度及布置方式对颗粒物沉积率的影响。结果表明:风速为1-4m/s时,粒径较小颗粒的运动受到气体运动的控制;随着粒径的增大,颗粒的运动轨迹受到重力和气体流动的共同影响。当粒径增加到一定程度后颗粒的运动轨迹主要受到重力的影响。对颗粒物沉积率而言,当风速为1m/s、2m/s时,随着粒径的增大,沉积率先增大后减小再增大;不同颗粒的沉积率随翅片间距的变化呈现不同的变化趋势。风速1m/s、2m/s时,翅片间距对粒径10μm、20μm、50μm、100μm的颗粒的沉积率都有较大影响,风速3m/s、4m/s时,翅片间距对粒径50μm、100μm的颗粒影响较小。粒径为10μm、20μm、50μm的颗粒的沉积率随翅片厚度的变化的趋势是基本一样的,而粒径100μm的颗粒的沉积率随翅片厚度变化的趋势在不同的风速下表现出较大的差异性;水平布置方式与呈30°夹角布置方式相比,颗粒沉积率变化趋势基本一致,颗粒物沉积率数值的差距并不大。得到了积灰厚度对翅片管束传热及流动特性的影响,分析了翅片管束五种积灰厚度下的对流换热系数、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式。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,流动阻力增大,传热系数减小。

关键词：直接空冷凝汽器翅片管颗粒物沉积数值模拟

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直接空冷凝汽器流场及性能优化数值模拟

洁净煤技术 2022年第4期28卷 66-74页

作者：王淼黄骞曹文广李水清清华大学能源与动工程系北京100084 清华大学热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084

燃煤火电机组直接空冷凝汽器运行时,环境风速、环境温度等对三角腔内空气与热蒸气的对流换热均有重要影响,从而影响机组运行稳定性。通过三维流场模拟方法,以某600 MW机组单列/单个空冷单元为例,研究了典型环境参数下的空冷凝汽器换热性... 详细信息

燃煤火电机组直接空冷凝汽器运行时,环境风速、环境温度等对三角腔内空气与热蒸气的对流换热均有重要影响,从而影响机组运行稳定性。通过三维流场模拟方法,以某600 MW机组单列/单个空冷单元为例,研究了典型环境参数下的空冷凝汽器换热性能,提出了一种在三角腔内加装夹角可调的“羽翼型”实心/多孔导流板的流场优化技术方法。结果表明:单列凝汽器受环境风效应影响,空气进口方向第1个位置的空冷凝汽器平均空气流量受环境风速影响最大;当环境风速从3 m/s增加到9 m/s时,单列(8个空冷单元组成)空冷凝汽器平均空气流量下降约590 kg/s,说明高风速会增大三角腔内空气扰动不利换热,采用凝汽器三角腔体内加装实心板/多孔板的方式对流动涡旋整流效果明显;进而通过调节2片导流板夹角至240°,三角腔内静压平均提升了153 Pa,可有效缓解冬季换热管束底部冻结现象。该类加装导流装置的直接空冷凝汽器适用环境工况范围相对较广,有利于在实际工程中实现高温防阻、低温防冻、运行稳定的作用。

关键词：直接空冷凝汽器 “羽翼型”实心板/多孔板三角腔内流场对流换热

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直接空冷凝汽器空气侧热流性能的跨尺度模拟

电力建设 2015年第8期36卷 15-21页

作者：程通锐杜小泽杨立军电站设备状态监测与控制教育部重点实验室(华北电力大学) 北京市102206

针对冬季直接空冷凝汽器的防冻工业需求,将翅片管和空冷单元这2个尺度的模型耦合起来,既考察翅片管束的整体流动换热性能,又考察直接冷却翅片管内凝结水的冲击换热特性,为确定冬季低温运行条件下空冷凝汽器管内凝结换热甚至结冰计算提供... 详细信息

针对冬季直接空冷凝汽器的防冻工业需求,将翅片管和空冷单元这2个尺度的模型耦合起来,既考察翅片管束的整体流动换热性能,又考察直接冷却翅片管内凝结水的冲击换热特性,为确定冬季低温运行条件下空冷凝汽器管内凝结换热甚至结冰计算提供第3类热边界条件。建立了空冷单元模型和翅片管模型,然后,将三维进口风条件下的翅片管级数值模拟结果简化成输入-输出代理模型;从空冷单元系统级数值模拟中获得系统级边界-迎风面的速度分布;进而将翅片管数值模拟代理模型应用到系统边界上,得到了系统边界上翅片管冲击换热特性以及翅片管平均对流换热特性的空间分布。数值计算结果表明,冲击换热系数比平均对流换热系数大一个数量级;在迎风面上冲击换热系数和平均对流换热系数均呈现出上低下高、左右不对称的特点;冲击换热系数随着转速的下降而下降。

关键词：直接空冷凝汽器跨尺度模拟传热冻结