華北電力大學(xué)能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院國(guó)家火力發(fā)電工程技術(shù)研究中心楊立軍電話mail:yanglj@大唐803廠研討班電站間接空冷系統(tǒng)設(shè)備及運(yùn)行一、背景及意義二、間接空冷系統(tǒng)設(shè)備三、間接空冷系統(tǒng)運(yùn)行技術(shù)四、空冷電站發(fā)展趨勢(shì)匯報(bào)提綱一、背景及意義研究背景研究背景研究背景研究背景濕冷和直接空冷耦合系統(tǒng)研究背景濕冷和間接空冷耦合系統(tǒng)我國(guó)空冷技術(shù)發(fā)展存在的問(wèn)題從2002年開(kāi)始，我國(guó)北方廣大“富煤缺水”地區(qū)燃煤發(fā)電開(kāi)始大規(guī)模應(yīng)用節(jié)水效益顯著的空冷技術(shù)?？绽浜蜐窭錂C(jī)組發(fā)電耗水量比較空冷技術(shù)在我國(guó)起步晚，以引進(jìn)為主，對(duì)核心技術(shù)的掌握不充分；機(jī)組參數(shù)等級(jí)升級(jí)過(guò)快，對(duì)空冷機(jī)組特性規(guī)律認(rèn)識(shí)不足；結(jié)合我國(guó)北方惡劣環(huán)境氣候條件，還做不到針對(duì)性優(yōu)化設(shè)計(jì)。直接空冷技術(shù)的固有缺陷用空氣取代水直接冷卻汽輪機(jī)排汽，使空冷機(jī)組煤耗高于濕冷機(jī)組；直接空冷機(jī)組用于輸送冷卻空氣的軸流風(fēng)機(jī)功耗達(dá)到機(jī)組發(fā)電功率的0.8~1.5%，“供電煤耗高”；各類空冷和濕冷機(jī)組供電煤耗比較昌吉電廠2X330MW空冷機(jī)組直接空冷機(jī)組風(fēng)機(jī)群空冷機(jī)組運(yùn)行中普遍存在夏季背壓高，機(jī)組不得不降負(fù)荷運(yùn)行，同時(shí)面臨極端氣象條件下的非正常停機(jī)風(fēng)險(xiǎn)；為滿足冬季防凍要求，空冷機(jī)組通常采取相對(duì)較高的背壓運(yùn)行，空冷優(yōu)勢(shì)得不到充分發(fā)揮；橢圓型管束的凍結(jié)變形直接空冷技術(shù)的固有缺陷夏季凝汽器管束表面高溫分布空冷機(jī)組性能受制于環(huán)境風(fēng)場(chǎng)的影響，抵御環(huán)境大風(fēng)的能力差；空冷系統(tǒng)龐大，冷卻空氣流場(chǎng)、溫度場(chǎng)極不均勻，空冷凝汽器傳熱面積得不到充分利用，形成傳熱能力的極大浪費(fèi)。環(huán)境風(fēng)引起的熱風(fēng)回流空冷凝汽器管束表面不均勻溫度分布直接空冷技術(shù)的固有缺陷冬季運(yùn)行承受更大的防凍壓力，凍結(jié)風(fēng)險(xiǎn)更高；空冷系統(tǒng)龐大，冷卻空氣流場(chǎng)、溫度場(chǎng)極不均勻，空冷散熱器傳熱面積得不到充分利用，形成傳熱能力的極大浪費(fèi)；冷卻柱凍損情況示意圖空冷凝汽器管束表面不均勻溫度分布間接空冷技術(shù)的固有缺陷間接空冷技術(shù)的固有缺陷多臺(tái)機(jī)組聯(lián)建時(shí)，存在“塔群效應(yīng)”；多塔間相互影響的“塔群效應(yīng)”受制于環(huán)境風(fēng)場(chǎng)的影響，抵御環(huán)境大風(fēng)的能力差；存在系統(tǒng)性能最差的臨界風(fēng)速。環(huán)境風(fēng)引起的渦流和穿透現(xiàn)象空冷散熱器不同扇區(qū)的溫度分布間接空冷技術(shù)的固有缺陷包含了空冷散熱器和空冷塔的昂貴的材料和土建成本，造價(jià)較高。空冷塔內(nèi)管道和水箱布置間接空冷技術(shù)的固有缺陷X柱建設(shè)現(xiàn)有解決方案的不足隨著國(guó)內(nèi)空冷機(jī)組運(yùn)行技術(shù)和維護(hù)手段的進(jìn)步和不斷完善，夏季出力受限、冬季防凍及大風(fēng)影響等問(wèn)題已經(jīng)得到了部分解決；主要依靠增加風(fēng)機(jī)出力、噴霧及頻繁清洗來(lái)提高空冷凝汽器換熱性能，降低機(jī)組運(yùn)行背壓，但均以額外消耗能源或水資源為代價(jià)，綜合效果不明顯。應(yīng)對(duì)夏季高溫的風(fēng)機(jī)群超頻運(yùn)行空冷凝汽器管束頻繁清洗國(guó)外電廠應(yīng)對(duì)夏季高溫的噴霧冷卻二、間接空冷系統(tǒng)設(shè)備空冷散熱器塔外垂直布置空冷散熱器空冷散熱器扇區(qū)塔外垂直布置空冷散熱器冷卻三角塔外垂直布置空冷散熱器翅片管束塔內(nèi)水平布置空冷散熱器空冷散熱器塔內(nèi)水平布置空冷散熱器A型散熱器單元塔內(nèi)水平布置空冷散熱器A型散熱器單元布置方式空冷散熱器翅片管束A1型A2型A3型空冷散熱器翅片管束B(niǎo)型－四排管B型－六排管空冷散熱器常用管束型式管束翅化比管型翅化比傳熱面積/迎風(fēng)面積A1-112.8894.68A1-212.692.64A2-112.5168.09A2-212.4667.85A312.5151.70B017.791.77B114.4269.48B2-111.4866.34B2-210.9864.55B320.7973.64數(shù)據(jù)整理方法實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證熱態(tài)低速風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證數(shù)值結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比橢圓鋼管橢圓鋼翅片四排管－A1壓降隨迎面風(fēng)速的變化對(duì)流換熱系數(shù)隨迎面風(fēng)速的變化橢圓鋼管橢圓鋼翅片四排管－A1f隨Re的變化Nu隨Re的變化橢圓鋼管矩形鋼翅片兩排管－A2壓降隨迎面風(fēng)速的變化對(duì)流換熱系數(shù)隨迎面風(fēng)速的變化橢圓鋼管矩形鋼翅片兩排管－A2f隨Re的變化Nu隨Re的變化橢圓鋼管矩形鋼翅片三排管－A3壓降隨迎面風(fēng)速的變化對(duì)流換熱系數(shù)隨迎面風(fēng)速的變化橢圓鋼管矩形鋼翅片三排管－A3f隨Re的變化Nu隨Re的變化鋁管鋁翅片六排管（Forgo型）－B0壓降隨迎面風(fēng)速的變化對(duì)流換熱系數(shù)隨迎面風(fēng)速的變化鋁管鋁翅片六排管（Forgo型）－B0f隨Re的變化Nu隨Re的變化鋁管鋁翅片四排管（Forgo型）－B壓降隨迎面風(fēng)速的變化對(duì)流換熱系數(shù)隨迎面風(fēng)速的變化鋁管鋁翅片四排管（Forgo型）－Bf隨Re的變化Nu隨Re的變化10種管型性能比較壓降隨迎面風(fēng)速的變化對(duì)流換熱系數(shù)隨迎面風(fēng)速的變化10種管型性能比較f隨Re的變化Nu隨Re的變化10種管型性能比較PEC隨uf

的變化PEC隨Re的變化空氣側(cè)流動(dòng)傳熱性能關(guān)聯(lián)式空氣側(cè)流動(dòng)傳熱性能關(guān)聯(lián)式空冷散熱器傳熱系數(shù)循環(huán)水側(cè)管壁導(dǎo)熱空氣側(cè)空冷散熱器傳熱系數(shù)傳熱方程空冷散熱器傳熱系數(shù)空冷散熱器傳熱系數(shù)循環(huán)水側(cè)圓管橢圓管壁厚1.5mm壁厚1.2mm空冷散熱器傳熱系數(shù)圓管橢圓管壁厚1.5mm壁厚1.2mm橢圓管四排管－空冷散熱器傳熱系數(shù)A1-1A1-2橢圓管兩排管－空冷散熱器傳熱系數(shù)A2-1A2-2橢圓管三排管－空冷散熱器傳熱系數(shù)A3鋁管鋁翅片六排管（Forgo型）－空冷散熱器傳熱系數(shù)B0鋁管鋁翅片四排管（Forgo型）－空冷散熱器傳熱系數(shù)B1B2-1B2-2B3結(jié)果驗(yàn)證橢圓管四排管當(dāng)循環(huán)水流速為1.2m/s，冷卻三角空氣迎風(fēng)面流速為1.8m/s時(shí)，得到其傳熱系數(shù)為K=39.86TRL工況設(shè)計(jì)傳熱系數(shù)K=34相對(duì)誤差：14.7%橢圓管兩排管當(dāng)循環(huán)水流速為1.2m/s，冷卻三角空氣迎風(fēng)面流速為1.9m/s時(shí)，得到其傳熱系數(shù)為K=39.98TRL工況設(shè)計(jì)傳熱系數(shù)K=37.4相對(duì)誤差：6.45%結(jié)果驗(yàn)證鋁管鋁翅片四排管（Forgo型）當(dāng)循環(huán)水流速為1.2m/s，冷卻三角空氣迎風(fēng)面流速為1.55m/s時(shí)，得到其傳熱系數(shù)為K=49.3設(shè)計(jì)傳熱系數(shù)K=41.8相對(duì)誤差：15.2%誤差分析數(shù)模實(shí)驗(yàn)結(jié)果與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)相比，相對(duì)誤差在5－15%之間。

數(shù)模實(shí)驗(yàn)結(jié)果普遍大于設(shè)計(jì)參數(shù)，表明任何空冷散熱器翅片管束產(chǎn)品由于生產(chǎn)廠家工藝水平的差異，存在傳熱性能偏低的現(xiàn)象。

間接空冷系統(tǒng)的選型和優(yōu)化設(shè)計(jì)，需要考慮工藝水平差異引起的傳熱系數(shù)偏低的現(xiàn)象，進(jìn)行必要的修正。在現(xiàn)有傳熱系數(shù)的基礎(chǔ)上，以減小10%左右為宜。

管束阻力特性與實(shí)際情況較吻合，這是由于加工工藝水平差異帶來(lái)的翅片管和翅片之間接觸熱阻的存在，不會(huì)影響空氣流動(dòng)特性?？绽渌绽渌p曲線型鋼筋混凝土塔空冷塔冷卻塔基礎(chǔ)和支撐柱詳圖空冷塔現(xiàn)場(chǎng)澆筑X柱空冷塔X柱底部支墩空冷塔冷卻塔塔筒施工空冷塔冷卻塔塔筒施工模板空冷塔塔中心施工吊車空冷塔自然通風(fēng)外覆鋁板鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔空冷塔機(jī)械通風(fēng)冷卻塔空冷塔機(jī)械通風(fēng)冷卻塔空冷塔機(jī)械通風(fēng)冷卻塔空冷塔機(jī)械通風(fēng)冷卻塔空冷塔機(jī)械通風(fēng)冷卻塔空冷塔煙塔合一FGD在塔內(nèi)空冷塔FGD在塔內(nèi)空冷塔機(jī)械通風(fēng)冷卻塔間接空冷系統(tǒng)阻力特性塔外垂直布置散熱器間接空冷系統(tǒng)冷卻三角模型冷卻三角示意圖冷卻三角處理方法冷卻三角模型冷卻三角計(jì)算域及邊界條件冷卻三角結(jié)果冷卻三角各部分壓降隨迎面風(fēng)速變化關(guān)系冷卻三角結(jié)果冷卻三角出口壓降隨迎面風(fēng)速和冷卻三角頂角變化規(guī)律冷卻三角結(jié)果冷卻三角出口壓降隨迎面風(fēng)速和有效高度變化規(guī)律冷卻三角出口壓降隨迎面風(fēng)速和管壁溫度變化規(guī)律百葉窗百葉窗開(kāi)度9250302015105阻力系數(shù)1.135.9521.948.574131265不同開(kāi)度下的阻力系數(shù)X柱模型X柱示意圖及計(jì)算域和邊界條件X柱結(jié)果X柱壓降隨迎面風(fēng)速變化規(guī)律空冷塔本體模型空冷塔示意圖，計(jì)算域及邊界條件空冷塔本體模型空冷塔幾何尺寸基礎(chǔ)塔形比值推薦比值0m直徑/外緣直徑

0.940.92-0.96塔高/0m直徑

1.051.05-1.15喉部高度/塔高

0.750.7-0.8出口直徑/0m直徑

0.680.55-0.7喉部直徑/0m直徑

0.640.5-0.65空冷塔本體模型在保持空冷塔各項(xiàng)參數(shù)比值不變的前提下，通過(guò)改變0m處塔徑和塔高，即等比例縮放空冷塔，獲得空冷塔的阻力特性。在保持空冷塔0m直徑、喉部直徑和塔高的前提下，改變空冷塔出口直徑，獲得空冷塔阻力特性在保持空冷塔0m直徑、出口直徑和塔高不變的前提下，改變空冷塔喉部直徑，獲得空冷塔阻力特性在保持空冷塔0m直徑、喉部直徑、出口直徑和喉部以上高度不變的前提下，改變喉部高度，獲得空冷塔阻力特性。在保持空冷塔空冷塔0m直徑、喉部直徑、出口直徑和喉部高度不變的前提下，改變喉部以上高度，獲得空冷塔阻力特性?？绽渌Y(jié)果不同底徑下空冷塔壓降隨風(fēng)速的變化關(guān)系空冷塔結(jié)果不同空冷塔出口直徑下流動(dòng)壓降隨風(fēng)速的變化規(guī)律空冷塔結(jié)果不同空冷塔喉部直徑下流動(dòng)壓降隨風(fēng)速的變化規(guī)律空冷塔結(jié)果不同空冷塔喉部高度下流動(dòng)壓降隨風(fēng)速的變化規(guī)律空冷塔結(jié)果空冷塔流動(dòng)壓降隨風(fēng)速和喉部以上高度的變化規(guī)律間接空冷系統(tǒng)流動(dòng)阻力關(guān)聯(lián)式塔內(nèi)水平布置散熱器間接空冷系統(tǒng)空冷散熱器模型空冷散熱器單元示意圖空冷散熱器處理方法空冷散熱器單元計(jì)算域及邊界條件空冷散熱器模型空冷散熱器流場(chǎng)壓力場(chǎng)空冷散熱器流場(chǎng)壓力場(chǎng)空冷散熱器流場(chǎng)空冷散熱器壓力場(chǎng)空冷散熱器空冷散熱器壓降隨迎面風(fēng)速變化規(guī)律空冷塔結(jié)果不同底徑下空冷塔壓降隨風(fēng)速的變化關(guān)系空冷塔結(jié)果不同空冷塔出口直徑下流動(dòng)壓降隨風(fēng)速的變化規(guī)律空冷塔結(jié)果不同空冷塔喉部直徑下流動(dòng)壓降隨風(fēng)速的變化規(guī)律空冷塔結(jié)果不同空冷塔喉部高度下流動(dòng)壓降隨風(fēng)速的變化規(guī)律空冷塔結(jié)果空冷塔流動(dòng)壓降隨風(fēng)速和喉部以上高度的變化規(guī)律間接空冷系統(tǒng)流動(dòng)阻力關(guān)聯(lián)式三、間接空冷系統(tǒng)運(yùn)行技術(shù)設(shè)計(jì)流程排汽、循環(huán)水及空氣溫度變化示意圖設(shè)計(jì)流程凝汽器排汽、循環(huán)水能量守恒，及傳熱方程設(shè)計(jì)流程空冷散熱器冷卻空氣能量守恒，及傳熱方程設(shè)計(jì)流程冷卻三角結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算公式設(shè)計(jì)流程設(shè)計(jì)流程程序界面和功能軟件構(gòu)架程序界面和功能軟件主界面程序界面和功能管束特性查詢輸入界面程序界面和功能管型選擇界面程序界面和功能管束特性計(jì)算結(jié)果程序界面和功能流動(dòng)和傳熱特性計(jì)算公式程序界面和功能流動(dòng)和傳熱特性曲線圖程序界面和功能凝汽器模塊輸入?yún)?shù)界面程序界面和功能凝汽器模塊計(jì)算結(jié)果界面程序界面和功能散熱器塔外垂直布置間接空冷系統(tǒng)模塊程序界面和功能散熱器塔外垂直布置間冷系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果程序界面和功能散熱器塔外垂直布置間冷系統(tǒng)計(jì)算調(diào)整程序界面和功能散熱器塔外垂直布置間冷系統(tǒng)調(diào)整后計(jì)算結(jié)果程序界面和功能散熱器塔外垂直布置間冷系統(tǒng)結(jié)果匯總程序界