摘要
直接空冷机组常建立于水资源短缺的地区，在保证正常发电的情况下大幅度减少水资源的消耗。但直接空冷机组汽轮机背压高、煤耗大，由于其主要冷却设备直接暴露于空气中，极易受环境因素的影响，导致其冷却效果变化范围很大，影响机组的长期安全、高效运行。热风回流、“倒灌”等现象是直接空冷凝汽器运行中常见有待优化的问题，特别是极端高温大风工况会严重影响直接空冷凝汽器的冷却性能。因此，针对直接空冷机组空冷凝汽器的最大换热量寻优进行了多角度的设计优化研究。 本文首先考虑极端大风工况下的空冷岛换热优化。采用风速廓线的变风速设置来代替常规使用的定风速设置，考虑12m/s、14m/s、16m/s大风工况不同风速设置下空冷岛换热量的变化。建立了直接空冷机组空冷岛计算模型，对其换热性能进行研究，分析了定风速、变风速下热风回流、“倒灌”现象对凝汽器换热的影响规律。结果表明变风速设置能够获得更加接近于实际的空冷岛流场信息，且变风速设置下实际凝汽器换热量高于常规定风速设置，为最佳挡风墙、挡风网等参数更加经济高效设计提供可供参考的切实数据。风速设置为12m/s、14m/s、16m/s时，变风速设置比定风速设置换热量增加了0.349MJ、0.494MJ、0.222MJ，分别为3.87%、5.56%、2.4%。 其次考虑对最佳挡风墙设计参数进行优化分析，寻求获得最高换热量的挡风墙设计参数。使用三元二次正交试验对包括挡风墙高度、挡风墙厚度和挡风墙距离在内的三因素进行试验设计，进行17组空冷岛增设下挡风墙的建模与数值模拟，并获得显著不失拟的回归方程。对所得的回归方程进行定量分析，获得了换热量随挡风墙高度、挡风墙厚度和挡风墙距离不同程度变化而变化的规律，得到了特定工况下的最佳挡风墙设计参数。对于该地建模空冷岛，最终最佳挡风墙距离设置为3.75m，最佳挡风墙厚度设置为1.125m，最佳挡风墙高度参考实际因素在10~15m之间。 最后对夏季高温工况下增设喷雾降温装置的空冷单元进行喷嘴布置优化研究。提出了非均匀型喷嘴布置方案，在喷嘴距离翅片1m、2m、3m的布置方案下对其进行建模、数值模拟，对液滴半径、液滴速度、液滴温度等参数与换热量等的关系进行分析研究，基于三元二次正交试验对包括喷嘴距离、喷嘴压力、喷嘴角度在内的三因素进行试验设计。结果表明夏季高温工况下喷雾降温装置可以明显改善翅片的散热效率，且非均匀型布置在该工况下更加有效。获得不失拟的回归方程，并对所得回归方程进行分析，获得了喷嘴距离、喷嘴压力和喷嘴角度与换热量之间的关系，得到了最佳喷嘴布置方案。当喷嘴距离在2.74m以下时，增加喷嘴压力可以显著提升相对换热量；当喷嘴距离在2.74m~3m之间，且喷嘴压力在1.4MPa以下时，提升喷嘴距离可以明显提升相对换热量，当喷嘴压力在1.4MPa~1.8MPa之间时，提升喷嘴压力对相对换热量的影响可以忽略不计。
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