利用CFD软件对火电厂空冷平台蒸汽管道流量分配进行分析.pdf

第 3 O卷第 5期 2 O O 7年 1 0月 四 川 电 力 技 术 S i c h u a n E l e c t r i c P o we rT e c h n o l o g y Vo 1 ． 3 0。 No ． 5 Oc t ． 。 姗 利用 C F D软件对火 电厂空冷平台蒸汽管道 流量分配进行分析 康韵 ， 周桂娟 1 ． 优利科工程咨询有限公 司， 北京1 0 0 0 9 4 ； 2 ． 中国石油大学 ， 北京1 0 2 3 2 7 摘要 C F D软件已经在火电厂建设及运行方面发挥 了重要的作用。利用数值模拟可以在 电厂设计阶段提供优化方 案， 还可以在运行阶段提出高效节能的措施。利用世界领先的C F D工具对某火电厂空冷平台的蒸汽管道流量分配进 行 了数值计算， 精确得出了各个支管内部的流量分配。根据计算结果， 对提 高流量分配的均匀性提出了合理化的建 议 。 关键词 C F D； 火 电厂空冷平 台； 流量分配 Ab s t r a c t C F D s o f t w a r e t m s p l a y e d a n imp o r t a n t r o l e i n t h e c o n s t r u c t i o n and o p e r a ti o n o f a f o s s i l fi r e d pow e r p l a n t ．N u me ri c a l s i m ula t i o n C an o p ti mi z e t h e d e s i g n and p r o v i d e o p e r a t i o n a l p r i n c i p l e s t o s a v e e n e r g y an d t o i mp r o v e t h e e ff i c i e n c y ．q l a e w o r l d一1 d i r e C F D t o o ls a r e u s e d t o c a l c u l a t e the v a po r fl o w d i s t ri b u t i o n o n an a i r c o o l e d i s l an d o f f o s s il fi r e d po w e r p l a n t ．B a ． e c l o n the c a l c u l a t l o n r e s u l t s ．s u g g e s t i o n s o n hew t o b it ] a n t e the fl o w dis t ri b u t i o n p ropo． Ke y wo r d s C F D；air c oo l ed i s l a n d o f f o s s i l fi r ed po w e r p l an t ；fl o w dis t r i b u ti o n 中图分 类号 T K 2 4 3 文献标识码 B 文章编 号 1 0 0 3 6 9 5 4 2 0 0 7 0 5 0 O 9 00 2 1 项 目背景 1 ． 1 电厂空冷技术及数值模拟 空冷技术是一种 以节水为主要 目的的火电厂冷 却技术， 它直接用空气来冷却汽轮机排出的乏汽， 可 节省大量 的电厂耗水 ， 现在中国缺水地区已大量建设 这种节水型的空冷 电站 。 由于空气冷凝器暴露在空气中， 直接与周围空气 进行热交换 ， 因此环境风场必然会对空气冷凝器的正 常运行产生很大影响， 特别是风的作用会使空冷系统 的换热效率降低， 导致汽轮机的背压提高， 降低发电 效率 ， 极端的情况会导致汽轮机 的背压 超过安全标 准 ， 造成电厂停机 。这种影响与厂址所处的地形地貌 和空冷平 台周 围的建筑物的布置有很大的关系， 因此 对这种大型电厂的空冷系统进行系统 的模拟试验 包 括风洞试验 、 物模试验或数值计算 、 数模试验 ， 了解 自然风对空冷系统换 热效率的影 响程度 以及 采取相 应的减少这种影响的工程措施 ， 对 电厂的经济性和安 全性是十分必要的。 在中国现阶段 ， 空冷系统的设计和运行主要还是 依靠国外的技术 ， 设计标准也多依赖于以往经验加保 险系数。这样的模式增加了设计的非科学因素 ， 容易 9 O 形成设计不合理或资源 的浪费。作为一种常用的工 程设计辅助工具 ， 计算 流体力学 C F D 从 2 0世纪 6 o 年代开始已经被广泛应用 于各个工业领域。在 C F D 应用中国内外已经出现了一大批专业的软件 ， C Ⅸ 即 是其中的佼佼者。本次数值计算的 目的， 就是利用国 际先 进 的 C F D软件 C F X， F L U E N T及 前 处 理 工 具 I C E M C F D和 G r i d G e n 对该空冷平 台设计在各种 自然 条件下的工作状态进行模拟 ， 从而找出外界环境对空 冷装置的影响范围及程度 ， 为空冷装置的合理运行提 供保障。 1 ． 2 蒸汽管道流量分配 在空冷平台的冷却过程 中， 乏汽经主蒸汽管道进 入支管， 然后通过更细的导管及与之相连的翅片与管 外的空气换热 。经过换热的蒸汽将被冷凝成水 ， 由导 管下端的凝水管集结导 回锅炉。由于各支管和导管 在设计时均设计为大小完全一样 ， 因此在理想情况 下 ， 各支管 导管 内部的蒸汽流量如果也完全一样的 话， 实现 的换热过程就最充分。而在实际情况中， 由 于各支管在主管上的安装位置不同， 导致蒸汽在主管 及各支管里面流动产生的阻力不同， 进入各支管的流 量也不可能平均分配。本次分析计算的目的， 是在已 有几何形状的基础上 ， 计算出蒸汽从主管出来后进入 各个支管的流量分配 比例。需要说 明的是 ， 本次分析 维普资讯 第 3 0 卷第 5 期 2 0 0 7年 l O月 四 川 电 力 技 术 S ie h u a n E l e c t r i c P o w e rT e c h n o l o g y Vo 1 ． 3 0。 No ． 5 Oc t ． ， 2 O 0 7 主要是为了给管路设计 提供一个理论依据。根据计 算结果 ， 可以在管路长度、 连接角度及 阀门安装等方 面给出建议。由于条件限制 ， 本次计算 中没有考虑相 变因素的影响， 因此结果分析中主要着眼于不同支管 之间的流量分配比例。 2 蒸汽管路内部流量分配计算 2 ． 1 几何模型 本论文中对 内蒙古某火电厂 装机容量 2 X 6 0 0 MW 空冷岛平 台上蒸汽管路 内部流动进行 了详细的 数值模拟分析。本次计算选择空 冷平 台上一侧蒸汽 主管及相连的四根支管。支管以垂直方向接入主管。 支管之间距离均等。主管直径为 3 1 1 1 ， 支 管沿流向方 向变径 ， 最大直径 2 ． 5 m， 最小直径为 1 ． 5 m 。 2 ． 2 计算思路及所用软件 图 1 四个 出口流量分配百分 比 本次计算 的思路 ， 还是按照“ 几何建模” 一 “ 网格 划分” 一“ 数值计算” 一“ 后处 理分析” 的标 准 C F D工 程分析 程序。本 次计算采 用 的是 国际通 行 的专业 C F D处理工具。其中前处理采用 的是 G r i d G e n 、 G a m b i t 和 I C E M C F D ， 数值计 算的时候 采用 的是 F L U E N T和 A N ， S C F x。 2 ． 3 支管流量分配及速度云图 见图 1 从以上的流量分配可以看出， 在现有的几何形状 下， 四根支管的流量分配还是基本平均的 都在 2 0 ％ 以上 。其中 o u t 1 支管离主管最 近， 与 主管也几乎是 直线连接 ， 沿途压 力损失最小 ， 所 以获得的流量分配 最多。在主管的 9 0度 内拐弯处由于涡流的存在形成 了一个低速区， 相 当于减小 了主管的横截面积， 增大 了蒸汽流动的阻力 ， 因此进入 o u t 2和 o u t 3支 管的蒸 汽相对较少。随着大部分蒸汽进入前三个支管 ， 主管 内部的蒸汽量减少 ， 拐弯处涡流造成的影响也逐渐消 失 ， 因此蒸汽流动 阻力损失相应减小 ， 进入 o u t 4支管 的蒸汽量也接近了 2 5 ％。 3 分析及结论建议 从以上的分析可 以看出， 管路的连接方式、 弯头 形状及管路长短对支管的流量分配起着很大的影响。 在实际工程应用 中， 从均衡流量分配 的角度， 不推荐 支管之间等距排列。在本次分析 中， 中间两根支管 o u t 2和 o u t 3 获得流量 比例相对较少， 这与主管弯头 方式及各支管之间距离有关。为了实现各支管之间 流量均衡分配 ， 特给出如下建议 1 改变 o u t 1 支管的位 置， 避免其 与主管直接连 通 ， 适当降低进入 o u t 1 支管的流量 ； 2 在支管 o u t l和 o u t 3之间的主管变径可稍缓 ； 3 主管 9 O 度弯头可采用弧管连接 ， 或在直管内 加装导流板减低阻力 ； 4 支管 o u t 2和 o u t 3与主管相连处也可参照 3 的办法减低阻力。 由于格式 限制 ， 未能完全展示计算结果 如截 面 流量分布云图 、 速度矢量图等 。 收稿 日期 2 0 0 70 8 1 0 欢 迎 投 稿 欢 迎 订 阅 欢迎刊 登广告 91 维普资讯