电厂凝汽器分区运行余热回收技术研究

电厂凝汽器的管束区可以按照冷却水温度分为高温区和低温区,可以单独提取凝汽器高温区的冷却水进行余热回收。利用自行开发的凝汽器数值模拟软件对某电厂一台350MW机组凝汽器在冬季额定抽汽供热工况下的热力性能进行了数值仿真,并对凝汽器进行了分区。凝汽器热力性能数值模拟计算和该机组的实际运行工况表明,在冬季额定抽汽供热工况下,相比常规的凝汽器余热回收方式,采取凝汽器分区运行措施可显著提升余热温度,具有更好的经济和社会效益。     

基于冷却水流速分布模拟的凝汽器性能数值分析

冷却水流速是影响凝汽器性能的主要因素之一,为了实现基于冷却水流速实际分布的凝汽器性能模拟,借鉴多孔介质的阻力源项加载思想提出了基于冷却管入口实体建模的凝汽器水侧流动计算模型,以某600MW火电机组的低压凝汽器为例,在设计工况下对该凝汽器水侧流动进行了数值模拟,获得了凝汽器水侧管束截面上的冷却水流速分布,并基于上述冷却水流速分布的模拟结果,分别数值计算了冷却水流速均匀分布和不均匀分布两种情况下凝汽器汽侧的蒸汽流动,获得了相应情况下的凝汽器性能。计算结果表明：对于本文研究的凝汽器,基于多孔介质模型和基于冷却管入口实体建模的凝汽器水侧流动模拟得到的管束截面上的冷却水流速分布在流动细节上存在差异;冷却水流速均匀分布和不均匀分布两种情况下获得的凝汽器性能有差异,凝汽器压力相差10.9Pa,总平均传热系数相差12.6W/（m²·K）。建议对于冷却水流速不均匀分布比较严重的情况,在研究凝汽器性能时考虑冷却水流速不均匀分布的影响。     

电厂凝汽器水室分隔余热回收技术探讨

利用自行开发的凝汽器数值模拟软件对某电厂2×350 MW机组的凝汽器在冬季额定抽汽供热工况下的热力性能进行了数值仿真.通过对凝汽器水室进行分隔,将出口温度较高的冷却水引入吸收式热泵装置进行余热回收.结果表明:传热系数和冷却水出口温度在凝汽器不同冷却区域有明显差异.在冬季额定抽汽供热工况下,采取凝汽器水室分隔措施会提升余热水的余热温度和余热;余热水的质量流量越大,则余热水出口温度越低,余热量越大;余热水回水温度越高,则余热水出口温度越高,余热量越小.在夏季工况下,凝汽器水室分隔基本不改变其热力性能.     

考虑污垢因素的凝汽器传热系数的计算研究

凝汽器冷却水系统运行过程中,由于难溶盐分的沉积和微生物污垢的生成,会在凝汽器的换热表面上形成污垢,使传热系数下降,真空降低。分析了凝汽器水侧污垢的特性,然后给出了考虑污垢因素的凝汽器传热系数的计算方法。     

考虑冷却水速度分布特征的凝汽器数值模拟计算

在管壳侧分别建立多孔介质数值模型的基础上,提出一种将管侧多孔介质模型计算所得冷却水速度分布注入到壳侧多孔介质模型的方法,实现凝汽器管壳侧流动与传热的耦合计算。在Fluent平台上开发了读取管侧冷却水速度分布和将其注入到壳侧的自定义程序,并对某600 MW机组表面式凝汽器进行了管壳侧耦合数值模拟计算。结果表明:该耦合计算方法是可行的,基于管侧冷却水速度分布不均的凝汽器性能数值模拟更符合实际。     

冷却水温变化对凝汽器传热性能影响的定量分析

采用数值计算方法对不同工作条件下凝汽器壳侧蒸汽的流动传热进行了模拟,通过与抽气器性能曲线的匹配,确定出凝汽器的工作点,进而定量分析了冷却水入口水温的变化对凝汽器背压的影响,计算结果表明,随着冷却水入口水温的升高,凝汽器背压的抬高幅度越来越明显。对两台不同机组凝汽器的计算表明,当冷却水温改变时两台不同机组的背压有着相似的变化规律。     

运行工况对圆形楞涡流发生器CaSO4污垢特性的影响

为了研究运行工况对圆形楞涡流发生器CaSO4污垢特性的影响。采用数值模拟方法研究了布置圆形楞涡流发生器矩形通道内壁面CaSO4析晶污垢的沉积过程。主要分析了CaSO4溶液的浓度、壁面温度、入口速度和入口温度对污垢沉积率、剥蚀率和污垢热阻的影响。结果表明,随入口速度的增大沉积率和剥蚀率均增大,而污垢热阻值降低。随着壁面温度的增大沉积率、剥蚀率和污垢热阻均增大。随工质浓度的增大沉积率、剥蚀率和污垢热阻也是均增大。随入口温度的增大沉积率、剥蚀率和污垢热阻却基本不变。     

电站凝汽器蒸汽流动和换热的数值模拟

提出了一种凝汽器的准三维模拟方法，它可以考虑冷却水温度变化产生的三维影响，也能反映冷却水流程布置对冷凝器性能的影响。用多孔介质及分布阻力等概念模拟凝汽器中的管束和折流板等几何形状。所得的控制方程组用ＳＩＭＰＬＥ方法求解。针对１台２００ＭＷ凝汽器进行了数值分析，计算结果与实验数据作了对比，结果是令人满意的。图１１表２参７     

电站凝汽器非设计工况汽相流动与换热特性的数值预测

采用数值模拟方法计算与比较了一台300MW汽轮机对分式凝汽器在半负荷工况时冷却水管全部工作和一半冷却水管投入工作两种运行方式下的汽相流动与传热特性。计算结果表明，两种运行方式下的汽相流动与传热特性有明显差别。在一半冷却水管运行方式下，虽然管束传热系数较高，但由于冷却面积减半，而且汽阻显著增大，因而凝汽器总体传热效果较冷却水管全部运行时的差，使得抽气口处未凝结蒸汽量上升，空气泵负荷增大。     

冷却水流径对于凝汽器性能影响的数值模拟分析

文中应用STAR-CD软件和用户自定义子程序,针对3种类型凝汽器进行数值模拟。对于每种凝汽器,分别计算上进下出和下进上出两种冷却水进水方式时凝汽器壳侧的流场分布,分析评估冷却水流径对于凝汽器运行性能的影响。     

凝汽器水侧流动的三维数值模拟

建立了某一凝汽器实际管束的流动计算模型,运用计算流体力学的方法,对该凝汽器水侧流场进行了三维数值模拟。采用分区对称计算方法,大大降低网格数量,从而详细预测了凝汽器水侧进出口水室以及其连接管和冷却水管束内的流动特性。计算结果可以清楚地表明:该凝汽器进口水室存在大量漩涡,使流动阻力增加,流动恶化;水室速度分布不均匀,进口水室管板中心区域流体流速较高而边缘区域较低,结构上存在一定问题;而出口水室的结构较为合理。这与采用多孔介质模型模拟的结论一致,进一步验证了采用多孔介质模型对凝汽器进行计算是正确可行的。计算结果同时表明,冷却水管束内流量和流速的分布是不均匀的,位于中心位置的冷却水管流量较大,而周边区域较小,最大流量差别可达到38%,且相邻管路的流量减小幅度与冷却水管布置有关。冷却水管内冷却水流量和流速的差异将会影响换热器的换热性能。计算结果可为分析研究管排流动不均而引起的换热效率问题提供条件,也可为凝汽器设计和结构优化提供依据。     

运行工况对多向扰流强化管CaSO4污垢特性的影响

为更深入并准确研究运行工况条件对多向扰流强化管CaSO_4污垢特性的影响,基于FLUENT软件的UDF功能构建了恒壁温条件下结垢传质过程与温度场的耦合作用关系,进一步采用田口法对运行工况致垢的贡献率进行了模拟比较,分析了贡献率较大的运行工况对污垢特性的影响。结果表明:溶液溶度致垢的贡献率占53.2%,而壁面温度、进口流速和进口温度的贡献率分别为22.2%、19.3%和5.3%;溶液溶度在4.0～2.5 kg/m~3,污垢热阻降低达90.47%,并且随溶度降低其相邻溶度间降低比例基本不变;壁面温度在340.0～315.0 K时,污垢热阻降低了65.22%,在前一阶段相邻温度间降低比例基本上不变,当达到320.0 K后降低明显;流速在1.0～2.5 m/s时,随流速的增加,污垢热阻降低68.65%,且随流速的增加,相邻流速间降低的速度明显减缓。     

基于焓差法分析自然通风冷却塔出口水温的影响因素

采用焓差法建立了自然通风冷却塔出口水温的热力计算模型,并把凝汽器和冷却塔作为一个整体综合研究和分析了冷却塔出口水温的各种影响因素及其影响规律．结果表明：冷却水量、填料断面风速、凝汽器蒸汽负荷以及环境空气的相对湿度均对冷却塔的进口和出口水温有明显影响,且上述因素对进口水温的影响大于对出口水温的影响．     

空气含量和水侧污垢对凝汽器传热系数影响的数值分析

以N12180凝汽器为例,采用自行编制的程序数值计算了空气浓度和污垢对凝汽器汽侧传热系数、冷却管壁导热系数以及平均传热系数的影响,分析了空气与污垢对传热过程的影响机理。结果表明：凝汽器进口空气浓度从0增加到0．01％时,凝汽器平均传热系数降低30％;0．5mm的污垢厚度将使冷却管壁的导热系数降低98％,凝汽器平均传热系数降低85％。     

The impact of fouling on performance evaluation of evaporative coolers and condensers

Fouling of evaporative cooler and condenser tubes is one of the most important factors affecting their thermal performance, which reduces effectiveness and heat transfer capability with time. In this paper, the experimental data on fouling reported in the literature are used to develop a fouling model for this class of heat exchangers. The model predicts the decrease in heat transfer rate with the growth of fouling. A detailed model of evaporative coolers and condensers, in conjunction with the fouling model, is used to study the effect of fouling on the thermal performance of these heat exchangers at different air inlet wet bulb temperatures. The results demonstrate that fouling of tubes reduces gains in performance resulting from decreasing values of air inlet wet bulb temperature. It is found that the maximum decrease in effectiveness due to fouling is about 55 and 78% for the evaporative coolers and condensers, respectively, investigated in this study. For the evaporative cooler, the value of process fluid outlet temperature T_p,out varies by 0.66% only at the clean condition for the ambient wet bulb temperatures considered. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd.     

颗粒污垢诱导期影响因素的实验研究

本研究是在管外水浴温度50℃和相同管内工质入口温度的条件下,进行了弧线管及其对应光管在浓度、流速不同时的颗粒污垢诱导期对比性实验.结果表明,这几种因素都在不同程度上影响着污垢形成的诱导期.希望对以后换热设备的设计及运行能起到一定的指导作用.     

基于凝汽器强化传热技术的循环水系统节水研究

从提高凝汽器换热系数出发,在保证真空不变的前提下,引出临界污垢热阻的概念,通过分析临界污垢热阻和循环浓缩倍率的关系,将强化传热和循环水节水问题结合起来研究,并通过实例计算出相应的节水量。研究表明,在凝汽器真空和其它换热条件不变时,增大凝汽器换热管汽侧换热系数可以增大临界污垢热阻,从而提高循环水的浓缩倍率,达到循环水系统节水的目的,并且带来可观的节水效益和环保效益。文中分析了某300 MW机组凝汽器采用强化传热管后,汽侧换热系数显著增大,在达到原设计真空下,该机组每年因此可以节水约86.9×104t。     

凝汽器结垢对其性能影响和解决结垢问题的新措施

从理论上分析凝汽器结垢对端差、凝汽器传热、汽轮机功率的影响，提出判断凝汽器结垢的依据。根据凝汽器实际情况，提出解决凝汽器结垢的新技术--静电水处理法，分析并介绍了它的工作原理和除垢方法。此项新技术的采用不仅能创造较大的经济效益，而且能提高汽轮机运行的安全可靠性。     

Experimental Study of Condensation in a Shell and Tube Heat Exchanger in the Presence of a Noncondensable Gas

In this paper, an experimental study of the condensation of water vapor from a binary mixture of air and low‐grade steam has been depicted. The study is based upon diffusion heat transfer in the presence of high concentration of noncondensable gas. To simplify the study, experimental analysis is supported by empirical solutions. The experimental setup is custom designed for testing a new shell and tube type heat exchanger supplied by the manufacturer. Air–vapor mixture at 80 °C (max) and 20.2% relative humidity enters the heat exchanger at a mass flow rate of 480 kg/h and condenses 27 kg/h vapor using cooling water at an inlet temperature of 7 °C to 10 °C and mass flow rate of 3500 kg/h. By using the experimental data of constant inlet air mass fraction, mixture gas velocity, and different volumetric flow rate of the cold fluid, the local heat transfer coefficients are obtained. The main objective of this work is to establish an approximate value for surface area and overall heat transfer coefficient of a horizontal shell and tube condenser used in process space. Under designed working conditions, the condenser is found to work efficiently with 90% vapor condensation by mass.