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具有雨区十字隔墙的自然通风逆流湿式冷却塔的增效研究

王宏国  
【摘要】: 冷却塔运行性能直接关系到热力发电厂的安全性与经济性。自然通风逆流湿式冷却塔在国内电厂中得到广泛应用,其性能受环境尤其是侧风的影响较大。侧风破坏了塔的进风均匀性,减小了通风量,降低了冷却性能。这一点逐渐被人们所重视,并提出了不同的防风方案,雨区安装十字隔墙就是其中一种。本文正是对具有雨区十字隔墙冷却塔在侧风下性能的优化研究。 本文首先介绍了冷却塔的传热传质及热力计算过程,分析了常用冷却塔性能评价指标存在的不足,基于冷却塔是一种换热器的本质,认为:以实测参数计算得到的冷却数能够更准确地反映塔的实际运行性能,而通风量作为评价塔通风阻力的大小。 利用工程数值模拟软件,建立了某电厂600MW机组配套、具有雨区十字隔墙冷却塔的三维数值计算模型,分析了不同侧风风速下塔的运行,发现: (1)冷却塔的通风量、冷却数均随侧风风速的增大先减小后增大,且小于无风时的值,同时与十字隔墙的安装方式有关。十字隔墙直冲布置时,最小通风量及冷却数对应的侧风风速为6.0m/s,此时的通风量及冷却数比无风时减少了约30%;斜冲布置时,最小通风量及冷却数对应的风速为8.0m/s,减小近50%;侧风下,十字隔墙斜冲布置时冷却塔的通风量及冷却数均小于直冲时的值。 (2)对特征截面上空气速度矢量分布、填料下部空气湿度和温度分布以及集水池表面水温分布的分析发现:各截面参数有一定的对应关系。无风时,各截面参数周向分布均匀,沿塔半径向塔心,特征截面上空气速度逐渐减小,填料下部空气湿度和温度以及集水池表面水温逐渐升高;侧风下,各截面上参数的均匀性受到破坏。迎风侧空气速度较大,温度及湿度较低,水温也较低;背风侧空气速度较低,在入口出现漩涡甚至出塔气流,对应区域的空气温度及湿度较高,水温也较高。 依据上述结果,提出了不同的控风方案:在塔进风口布置不同角度的导风板、在侧风下雨区漩涡的地方布置导风板、二者耦合。计算结果表明:进风口布置导风板能够增大通风量,改善塔内空气速度场分布,使入塔气流旋转,延长气水接触时间,增强换热效果,但迎风侧动能较大的空气得不到完全利用;雨区布置导风板能够引导迎风侧空气深入塔心,削弱原型塔的漩涡,但会产生新的漩涡,效果较入口导风板差;二者耦合时,入口导风板对进塔气流起到一定的加速旋转作用,而雨区导风板引导气流尽可能流进塔心,耦合后塔的通风量及冷却数较只在入口布置导风板的基础上有更大的提高,冷却性能得到更大的改善。 最后,本文通过对现有热态模型试验台的改造,进行了不同流量下的对比试验。结果表明:无论采用何种改造方式,其结果与数值计算相一致。同时,通风量及冷却数随外界侧风风速的变化规律在不同的流量下相似,说明所得结论具有通用性。


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