摘要：对某电厂2台660MW直接空冷机组空冷岛的外部流场利用CFD软件进行数值模拟，分析了不同自然风下不同空冷岛平台高度对机组背压的影响，对比了同一环境风速下不同空冷岛高度的外部流场，提出了最佳空冷岛平台高度，为进一步完善空冷岛的结构设计提供了理论参考。
关键词：数值模拟；直接空冷；空冷岛；背压
直接空冷机组在国内外富煤缺水地区获得了广泛应用。直接空冷凝汽器的换热效果不仅受到环境因素影响，也受到空冷岛结构及其高度的影响。较强的自然风使直接空冷机组的运行产生重的波动;而空冷岛结构也会对空冷岛换热效果产生影响。
1物理模型及计算方法
1.1几何模型及网格划分
根据定州电厂2台660MW直接空冷机组空冷岛的几何尺寸和布置特点，单台机组空凝器共112个传热单元按7行16列布置，直冷平台尺寸为180m80m。空凝器布置在直冷平台上，散热器夹角约为60，相互间隔1m通道，直冷平台四周设有宽2m的步行道，为典型布置方式。在建模时进行合理简化，利用GAMBIT软件生成相应的几何模型，如图1所示。每台机组有56个空冷单元，2台共计112个空冷单元，计算范围为500m700m500m。考虑到模拟计算精度的要求和计算机硬件性能的限制以及空冷岛本身结构特点，对整个计算的区域采用分块划分网格方法，对空冷岛和厂房采用结构化网格进行划分，余下计算区域采用非结构化网格进行划分.如图2。
.png)
1.2主控方程及边界条件
物理模型是一个包括翅片管、空冷岛、厂房等三维结构，对于本例的湍流流动情况，控制方程包括连续性方程、动量方程、能量方程、湍动能方程和湍动能耗散方程，件内嵌的热交换模块进行计算;计算中控制微分方程的离散化采用了有限差分法中的控制容积公式法，针对对流项的离散，采用了上风差分格式;动量方程的离散化采用了交错网格的方法;流场的计算则采用典型的SIMPLE算法。
该条件利用Fluent自带的UDF自定义边界条件编程加载。风机进口设置为进气扇边界条件，空冷岛挡风墙、柱子及地面均采用墙壁(wall)边界，计算域的其他边界均为速度进口条件以模拟自然环境。
2计算结果分析
2.1横向风和空冷岛高度对机组背压的影响
排汽压力是影响机组出力、热耗率以及煤耗率的重要参数。本文通过计算不同横向风速下机组排汽压力的变化，得出横向风对机组经济性的影响。在迎面风速VF一定的情况下，对于运行的汽轮机，迎风面积AF确定，排汽比焓hs和凝结水比焓hw与机组排汽压力(背压)有关，若知道在某一横向风速下空凝器入口空气温度ta1和出口空气温度ta2。在设计背压下排汽流量、环境温度、空凝器总散热面积、管束迎风面积、迎面风速已知时，空凝器入口空气温度ta1和出口空气温度ta2可利用FLUENT软件提供的ReportSurfaceIntegrals求出。当无自然风时，机组背压在45m高度时达到最低背压1289kPa，当环境中即使只有轻微自然风，如风速约2m/s时也会对机组的背压造成较大影响，这与电厂实际运行数据比较吻合。当自然风速为3~6m/s时，背压随风速的增加变化较为平稳。当自然风速>6m/s时，随着风速的提高，机组背压变化幅度变大。同一空冷岛高度下，随着自然风速的增大，机组背压不断升高，机组经济性下降;同一自然风速下，不同空冷岛高度对机组背压有很大影响，理论上存在的空冷岛最佳高度为45m。
2.2对比分析
以风速为6m/s为例，在空冷平台高度分别为10m和45m两种情况下，分析对比空冷岛平台高度对空冷机组运行的影响。图4和图5分别是空冷岛平台高度为10m和45m时空冷平台的空气流量分布图，图中每根柱子代表1个换热单元，横坐标1~16表示每排有16个换热单元;纵坐标S1~S7表示每列有7个换热单元。从图4可以看出，当空冷岛平台高度为10m时，前两排出现了倒灌现象，后几排其它的空冷单元的空气流量也较低;从图4可以看出，当空冷岛平台高度为45m时，倒灌现象消失，整体换热效果好，总的冷却空气流量增加，机组背压由228kPa降低到178kPa。
.png)
3结论
以2台600MW直接空冷机组为例，通过模拟分析得出不同自然风条件下空冷岛平台高度的变化对机组背压的影响;空冷岛高度一定时，风速是影响机组背压主要因素之一;理论上存在空冷岛最佳高度为45m左右，超过这个高度范围，背压变化不明显。
参考文献
[1]丁尔谋.发电厂空冷技术[M].北京:水力电力出版社,1992.
[2]杨立军,杜小泽,杨勇平,等.直接空冷系统轴流风机运行特性分析[J].中国电机工程学报,2009,29(20):1-5.
[3]周兰欣,李建波,李卫华,等.直接空冷机组凝汽器加装下挡风墙的数值模拟[J].动力工程,2008,28(5):744-747,763.
[4]贾宝荣,杨立军,杜小泽,等.导流装置对直接空冷单元流动传热特性的影响[J].中国电机工程学报,2009,29(8):14-18.
[5]周兰欣,白中华,张淑侠,等.空冷平台外部流场的数值模拟[J].动力工程,2008,28(3),386-389.
论文作者:张大鹏
论文发表刊物:《基层建设》2019年第29期
论文发表时间:2020/3/13
标签：机组论文; 风速论文; 高度论文; 方程论文; 自然论文; 平台论文; 单元论文; 《基层建设》2019年第29期论文;