大直徑負(fù)壓蒸汽管道系統(tǒng)流場的數(shù)值模擬與優(yōu)化設(shè)計(jì)

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1、大直徑負(fù)壓蒸汽管道系統(tǒng)流場的數(shù)值模擬與優(yōu)化設(shè)計(jì)第1章緒論1.1課題本論文研究任務(wù)是吉林省教育廳十二五科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目，項(xiàng)目名稱大直徑負(fù)壓蒸汽管道系統(tǒng)流場的數(shù)值模擬與優(yōu)化設(shè)計(jì)（吉教科合字【2012】第498號）1.2研究背景和意義煤炭是重要的一次能源，我國地大物博，煤炭貯藏量也較大，這就促使我國火力發(fā)電廠較多，電是由煤炭轉(zhuǎn)換而得的優(yōu)質(zhì)二次能源，是我們進(jìn)行生活和生產(chǎn)必不可少的基礎(chǔ)物質(zhì)，故把發(fā)展電力事業(yè)放在十分重要的地位[1]。2005年全國總裝機(jī)容量達(dá)到5.1億Katimba電站（6665Majuba電站（3657MW）投入運(yùn)行，這標(biāo)志著直接空冷技術(shù)進(jìn)入又一個(gè)新階段。..第2章空冷系統(tǒng)介

2、紹空冷系統(tǒng)是一種通過直接或者間接的方式用空氣做為冷卻介質(zhì)的冷卻系統(tǒng)，它們的主要任務(wù)是將汽輪機(jī)排出的乏汽進(jìn)行冷卻，最終將乏汽盡可能多的冷凝成水。在火力發(fā)電廠的敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，主要依靠水的蒸發(fā)降低水溫，通常還會借助風(fēng)機(jī)的吹力到達(dá)加快蒸發(fā)速度，降低水溫的目的，就這一項(xiàng)就造成了大量水的損失[37]。為維持系統(tǒng)水質(zhì)穩(wěn)定，還要排出一部分雜質(zhì)含量高的水。故整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行中需要補(bǔ)充的水量也是很大的，約占循環(huán)水量的2%左右。2.1空冷系統(tǒng)的類型現(xiàn)階段火力發(fā)電廠常用的空冷系統(tǒng)有：直接空冷系統(tǒng)、哈蒙式間接空冷系統(tǒng)、海勒式間接空冷系統(tǒng)。2.1.1直接空冷系統(tǒng)直接空冷系統(tǒng)是把空氣當(dāng)作冷卻介質(zhì)，空氣與汽輪

3、機(jī)的乏汽進(jìn)行熱交換[13]。圖2-1為直接空冷系統(tǒng)的流程圖，汽輪機(jī)排出的乏汽通過排汽管道進(jìn)入到空冷凝汽器中，空冷凝汽器下面有個(gè)軸流風(fēng)機(jī)，冷卻空氣通過風(fēng)機(jī)的作用流經(jīng)散熱器，冷卻空氣對汽輪機(jī)的乏汽進(jìn)行冷卻，將汽輪機(jī)乏汽盡可能多的冷凝成水，凝結(jié)水在水泵的作用下送回到循環(huán)系統(tǒng)中[38]。海勒式間接空冷系統(tǒng)由噴射式凝汽器和空冷塔組成。該空冷系統(tǒng)流程圖如圖2-3所示，空冷塔底部有很多散熱器，這種散熱器是帶有缺口的，這個(gè)缺口剛好可以用來調(diào)節(jié)空氣量，噴射式凝汽器中的中性水與汽輪機(jī)乏汽進(jìn)行相互的摻混，將乏汽的溫度降低，起到冷凝的效果，大部分的冷凝水在循環(huán)泵的作用下進(jìn)入到冷卻塔，與冷卻塔中的空氣進(jìn)行換熱

4、，然后將降溫的空氣通過水輪機(jī)調(diào)壓送入到噴射式凝汽器中，準(zhǔn)備下一次的循環(huán)。然后少量的凝結(jié)水經(jīng)過處理回到回?zé)嵯到y(tǒng)中[38]。..2.2空冷機(jī)組的特點(diǎn)空冷機(jī)組具有十分明顯的節(jié)水性[39]。在傳統(tǒng)的水冷系統(tǒng)中發(fā)中，大量的水被蒸發(fā)掉，被風(fēng)吹走，或者被排掉，造成了水資源極度的浪費(fèi)。采用空冷系統(tǒng)后，由于不存在那些水量減少的情況，大大降低了電廠補(bǔ)水量，節(jié)約了水資源。相同容量的濕冷機(jī)組與空冷機(jī)組相比，空冷系統(tǒng)本身就幾乎沒有水量的損失，再加上冷凝乏汽還能回收一部分水，使得整個(gè)電廠節(jié)水超過50%[40]，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益?？绽渑牌到y(tǒng)構(gòu)造簡單，空氣量大小易于調(diào)節(jié)，換熱效果明顯，但是該裝置體積龐大，整個(gè)系

5、統(tǒng)的密封性差，價(jià)格昂貴。有人研究發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)濕冷系統(tǒng)、間接空冷、直接空冷的最初投資比為2：6：3。對于同樣容量的發(fā)電廠，空冷系統(tǒng)初投資較大[40]，但是日后運(yùn)行成本相對比較小，傳統(tǒng)濕冷系統(tǒng)在日后運(yùn)行過程需要大量的補(bǔ)充冷卻水，這樣一看，空冷系統(tǒng)的成本也就沒有那么高了。環(huán)境對空冷系統(tǒng)的冷卻性能影響特別大，外界環(huán)境發(fā)生變化會使汽輪機(jī)背壓大幅度升高，對汽輪機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來干擾，故需要根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蜃兓攸c(diǎn)改變其發(fā)變量多少[41]。..第3章排汽管道形式......153.1排汽管道形式分類.......153.2大直徑負(fù)壓蒸汽管道常采用的管道形式......193.3數(shù)值模擬中采用的結(jié)構(gòu).....

6、.213.4本章小結(jié).........22第4章數(shù)值模擬研究方法.....244.1數(shù)值模擬的目的和意義......244.2數(shù)值模擬方法........254.3數(shù)據(jù)處理方法........304.4本章小結(jié).........31第5章大直徑負(fù)壓蒸汽管道的流動(dòng)特性研究.......335.1基本結(jié)構(gòu)的數(shù)值模擬(結(jié)構(gòu)Ⅰ).........335.2改進(jìn)結(jié)構(gòu)Ⅱ(背部加裝30°倒角)的數(shù)值模擬.....355.3改進(jìn)結(jié)構(gòu)Ⅲ(背部加裝45°倒角)的數(shù)值模擬.....385.4改進(jìn)結(jié)構(gòu)Ⅳ(背部加裝60°倒角)的數(shù)值模擬.....405.5改進(jìn)結(jié)構(gòu)Ⅴ(背部加裝75&de

7、g;倒角)的數(shù)值模擬.....435.6改進(jìn)結(jié)構(gòu)Ⅵ(背部加裝105°倒角)的數(shù)值模擬.........455.7本章小結(jié).........48第5章大直徑負(fù)壓蒸汽管道的流動(dòng)特性研究實(shí)際工程中空冷機(jī)組的背壓受外界影響變化范圍很大，對所有的工況進(jìn)行模擬和研究似乎是不現(xiàn)實(shí)也是不可能的[57]，進(jìn)而本文選取了汽輪機(jī)的最常見的典型工況進(jìn)行數(shù)值模擬，工況為THA工況(背壓P=12kp，質(zhì)量流量G=0.37022kg/s)。根據(jù)以往的分析發(fā)現(xiàn)背部加裝不同角度的倒