大直径负压蒸汽管道系统流场的数值模拟与优化设计

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1、大直径负压蒸汽管道系统流场的数值模拟与优化设计第1章绪论1.1课题本论文研究任务是吉林省教育厅十二五科学技术研究项目，项目名称大直径负压蒸汽管道系统流场的数值模拟与优化设计（吉教科合字【2012】第498号）1.2研究背景和意义煤炭是重要的一次能源，我国地大物博，煤炭贮藏量也较大，这就促使我国火力发电厂较多，电是由煤炭转换而得的优质二次能源，是我们进行生活和生产必不可少的基础物质，故把发展电力事业放在十分重要的地位[1]。2005年全国总装机容量达到5.1亿Katimba电站（6665Majuba电站（3657MW）投入运行，这标志着直接空冷技术进入又一个新阶段。..第2章空冷系统介

2、绍空冷系统是一种通过直接或者间接的方式用空气做为冷却介质的冷却系统，它们的主要任务是将汽轮机排出的乏汽进行冷却，最终将乏汽尽可能多的冷凝成水。在火力发电厂的敞开式循环冷却水系统中，主要依靠水的蒸发降低水温，通常还会借助风机的吹力到达加快蒸发速度，降低水温的目的，就这一项就造成了大量水的损失[37]。为维持系统水质稳定，还要排出一部分杂质含量高的水。故整个系统运行中需要补充的水量也是很大的，约占循环水量的2%左右。2.1空冷系统的类型现阶段火力发电厂常用的空冷系统有：直接空冷系统、哈蒙式间接空冷系统、海勒式间接空冷系统。2.1.1直接空冷系统直接空冷系统是把空气当作冷却介质，空气与汽轮

3、机的乏汽进行热交换[13]。图2-1为直接空冷系统的流程图，汽轮机排出的乏汽通过排汽管道进入到空冷凝汽器中，空冷凝汽器下面有个轴流风机，冷却空气通过风机的作用流经散热器，冷却空气对汽轮机的乏汽进行冷却，将汽轮机乏汽尽可能多的冷凝成水，凝结水在水泵的作用下送回到循环系统中[38]。海勒式间接空冷系统由喷射式凝汽器和空冷塔组成。该空冷系统流程图如图2-3所示，空冷塔底部有很多散热器，这种散热器是带有缺口的，这个缺口刚好可以用来调节空气量，喷射式凝汽器中的中性水与汽轮机乏汽进行相互的掺混，将乏汽的温度降低，起到冷凝的效果，大部分的冷凝水在循环泵的作用下进入到冷却塔，与冷却塔中的空气进行换热

4、，然后将降温的空气通过水轮机调压送入到喷射式凝汽器中，准备下一次的循环。然后少量的凝结水经过处理回到回热系统中[38]。..2.2空冷机组的特点空冷机组具有十分明显的节水性[39]。在传统的水冷系统中发中，大量的水被蒸发掉，被风吹走，或者被排掉，造成了水资源极度的浪费。采用空冷系统后，由于不存在那些水量减少的情况，大大降低了电厂补水量，节约了水资源。相同容量的湿冷机组与空冷机组相比，空冷系统本身就几乎没有水量的损失，再加上冷凝乏汽还能回收一部分水，使得整个电厂节水超过50%[40]，具有可观的经济效益。空冷排汽系统构造简单，空气量大小易于调节，换热效果明显，但是该装置体积庞大，整个系

5、统的密封性差，价格昂贵。有人研究发现传统湿冷系统、间接空冷、直接空冷的最初投资比为2：6：3。对于同样容量的发电厂，空冷系统初投资较大[40]，但是日后运行成本相对比较小，传统湿冷系统在日后运行过程需要大量的补充冷却水，这样一看，空冷系统的成本也就没有那么高了。环境对空冷系统的冷却性能影响特别大，外界环境发生变化会使汽轮机背压大幅度升高，对汽轮机的稳定运行带来干扰，故需要根据当地气候变化特点改变其发变量多少[41]。..第3章排汽管道形式......153.1排汽管道形式分类.......153.2大直径负压蒸汽管道常采用的管道形式......193.3数值模拟中采用的结构.....

6、.213.4本章小结.........22第4章数值模拟研究方法.....244.1数值模拟的目的和意义......244.2数值模拟方法........254.3数据处理方法........304.4本章小结.........31第5章大直径负压蒸汽管道的流动特性研究.......335.1基本结构的数值模拟(结构Ⅰ).........335.2改进结构Ⅱ(背部加装30°倒角)的数值模拟.....355.3改进结构Ⅲ(背部加装45°倒角)的数值模拟.....385.4改进结构Ⅳ(背部加装60°倒角)的数值模拟.....405.5改进结构Ⅴ(背部加装75&de

7、g;倒角)的数值模拟.....435.6改进结构Ⅵ(背部加装105°倒角)的数值模拟.........455.7本章小结.........48第5章大直径负压蒸汽管道的流动特性研究实际工程中空冷机组的背压受外界影响变化范围很大，对所有的工况进行模拟和研究似乎是不现实也是不可能的[57]，进而本文选取了汽轮机的最常见的典型工况进行数值模拟，工况为THA工况(背压P=12kp，质量流量G=0.37022kg/s)。根据以往的分析发现背部加装不同角度的倒