表面式间接空冷塔内外流场的数值分析

三塔合一间接空冷塔热力性能的数值研究赵文升;郭浩;宋百川【摘要】利用FLUENT数值计算软件建立了散热器塔外垂直布置和塔内水平布置的三塔合一间接空冷塔的数学模型,对不同环境风速进行模拟计算,得到了相应的压力场、温度场和速度场,分析了散热器的布置方式对热力性能的影响.研究结果表明:无风时,散热器的布置方式对热力性能的影响非常小;存在环境风,当风速不超过12 m/s时,两种布置方式的热力性能差异较小;当风速超过12 m/s时,两种布置方式的热力性能差异逐渐变大;散热器塔外垂直布置的空冷塔的热力性能优于散热器塔内水平布置的空冷塔的热力性能.为这种复合塔的优化运行提供参考.【期刊名称】《电力科学与工程》【年(卷),期】2017(033)001【总页数】5页(P32-36)【关键词】散热器;三塔合一;间接空冷塔;热力性能【作者】赵文升;郭浩;宋百川【作者单位】电站设备状态监测与控制教育部重点实验室(华北电力大学),河北保定071003;电站设备状态监测与控制教育部重点实验室(华北电力大学),河北保定071003;电站设备状态监测与控制教育部重点实验室(华北电力大学),河北保定071003【正文语种】中文【中图分类】TK264.1随着烟塔合一技术的成熟应用，在其基础上出现了三塔合一技术，即将脱硫塔内置于空冷塔内，由烟塔合一改为三塔合一。

三塔合一技术借鉴了烟塔合一技术的设计理念，具有节水、节能和环保效益。

在节能减排的形式下，三塔合一技术将在火电行业得到快速发展。

目前已经投运了多台三塔合一间接空冷机组，已有一些相关的模拟研究。

文献[1]以某600 MW三塔合一间接空冷机组与某600 MW常规湿冷机组为对象，比较了两者的静态投资经济性、节水能力以及烟气抬升高度方面的差异；文献[2]以某电厂600 MW间接空冷设备为例，全面模拟了间接空冷三塔合一的流场特性及自然风对其的作用效果，并采用了有效的防风方法；文献[3]模拟了自然风和排烟高度对三塔合一的换热特性的作用效果；文献[4]和[5]分析了塔内设备、烟囱排烟和环境风对间接空冷塔传热性能的影响，并对其进行了变工况的分析。

表面式间冷技术的应用及两机一塔运行措施作者：郝学明来源：《山东工业技术》2017年第14期摘要：发电厂空冷技术从提出到现在约有50余年的历史，并在国际上有了迅速发展，在干旱地区空冷机组发展尤为迅速。

发电厂空冷技术已成为当前发电厂建设中的一个热门课题。

本文以西北某电厂1×660MW工程表面式间冷机组采用“双机一塔”为例，对“双机一塔”间冷系统实际应用及运行方式提出了简单的阐述，保证了间冷运行的安全。

关键字：表面式间冷；特性对比；两机一塔；运行措施DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.14.018现阶段发电厂的空冷系统主要分为三种，即直接空冷、表面式间接空冷系统和混合式凝汽器间接空冷系统。

直接空冷系统多采用机械通风方式，90年代以来，比利时哈蒙-鲁姆斯公司提出采用自然通风，两种间接空冷多采用自然通风。

1 间接空冷系统实际应用及系统流程平罗发电厂一期工程2×660MW采用表凝式间接空冷系统，两机一塔方案。

空冷散热器垂直立式布置在空冷塔外侧一周，两台机组的散热器扇段应交叉布置，扇段总数14段布置。

塔循环水进出管道按单元制布置。

系统主要由散热器系统、由贮水箱、输水泵、充水管道和阀门等组成的充排水系统、每台机设2座70%容积的高位膨胀水箱，两台水箱之间设联络管、每个扇段都有其自己的独立的排气系统，保证排气顺畅、系统压力稳定、每片管束的基管内流态和流速均匀一致、不出现流速低的死区、由补水泵、膨胀水箱以及连接管道组成的补给水系统、由4台容量100%清洗泵及电动机、5套带喷嘴和管道的喷嘴机架组成的清洗系统。

2 间接空冷的经济性2.1 直接空冷系统与间接空冷系统主要特点对比（1）防冻控制方面：直接空冷主要通过控制风机转速和启动风机台数控制；间冷系统通过切断部分冷却单元和控制百叶窗开度调节进风量进行防冻控制，比ACC系统要简单。

（2）冬季运行：直冷系统冬季过冷度较大，最低运行背压在8-9KPa，影响机组经济运行；间冷系统冬季端差约0.8-1℃，最低运行背压在5.5-6.5KPa，可利用冬季环境获得较高经济性。

表面式间接空冷系统优化探究高志广，朱云涛，杨迎哲，张爱军(中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司，陕西 西安 710075)摘要：文章探讨并提出了以年总费用为目标函数的间接空冷系统冷端优化数学模型。

以某600MW 间接空冷机组工程为例，进行了冷端优化计算并对优化结果进行了分析，并探讨了空冷散热器选型对优化计算的影响。

依托实际工程数据，研究了成本电价、冷却三角价格、冬季最低计算气温、内部收益率等关键参数对系统优化配置的影响。

最后总结了间接空冷系统优化问题的特点，并针对间冷系统数学模型建立及冷端优化问题求解提出了一些建议。

关键词：间冷系统；冷端优化；数学模型；敏感性分析；遗传算法。

中图分类号：TM621 文献标志码：B 文章编号：1671-9913(2019)04-0037-05Study on Optimization of SurfaceIndirect Air Cooling SystemGAO Zhi-guang, ZHU Yun-tao, YANG Ying-zhe, ZHANG Ai-jun(Northwest Electric Power Design Institute Co., Ltd. of CPECC, Xi'an 710075 China)Abstract: The paper discussed and proposed a mathematical model with the annual total cost as the objective function for cold-side optimization of indirect air-cooling systems. Taking a 600 MW unit project as an example, the cold-side optimization calculation was carried out and the optimization results were analyzed. The influence of air cooling deltas selection on the optimal calculation was discussed. Based on the actual project, the effects of key parameters such as cost price, air-cooling heat exchanger price, minimum calculated temperature in winter and internal rate of return on the optimal configuration of the system were studied. Finally, the characteristics of the optimization problem of indirect air cooling system are summarized, and some suggestions for modelling of the indirect air cooling system and the solution of the optimal problem were put forward.Key words: indirect air cooling system; cold-side optimization; mathematical model; sensitivity analysis; genetic algorithm.* 收稿日期：2018-09-03作者简介：高志广 (1978- )，男，河北邢台人，博士，高级工程师，主要从事电力和市政工程水务设计与研究。

改善间冷塔换热性能方案分析环境风速变化使间冷塔内外空气流场发生改变，导致其换热性能发生变化，因此如何优化间冷塔内外空气流场具有重要意义。

以某660MW机组SCAL型间冷塔为研究对象，建立了三维模型并利用CFD换热器中简单效能法结合多孔介质模型，在不同环境风速下，对间冷塔空气流场分布及换热性能进行了数值模拟。

根据间冷塔流场分布提出了3种改善方案，并定义了反映改善程度的改善系数。

结果表明：间冷塔内外同时布置挡风墙（D方案）对其换热性能改善最大，间冷塔内部布置挡风墙（C方案）对其换热性能改善最小;D、C两方案分别在18m/s 和8m/s时对间冷塔换热性能改善最大，改善系数约为17.34%和4.29%;D方案和B方案相比C方案换热性能均有一定改善，在18m/s时均取得最大值，分别约为14.69%和15.39%。

因此，对于风向较固定的地区，D方案可以有效改善间冷塔的换热性能。

标签：环境风速;间冷塔;空气流场;换热性能;改善系数;挡风墙1 前言在我国西北干旱地区，随着小型火电机组逐渐被中大型火电机组取代，大型间接空冷系统则显得越来越重要。

间接空冷塔（简称间冷塔）作为间接空冷系统中的重要部件，通过空气与循环冷却水换热后使其温度降低，达到循环利用的目的。

SCAL型间冷塔由于具有节约厂用电、结构较简单等优点，近年来被广泛采用。

由于环境风速变化使间冷塔内外空气流场发生改变，导致其换热性能发生变化，故许多学者对其展开了深入的研究。

以某660MW机组SCAL型间冷塔为研究对象，在夏天最不利的条件下，利用CFD换热器中简单效能法并结合多孔介质模型，对无挡风墙（A方案）进行数值模拟，根据流场分布提出3种改善方案，即塔外布置挡风墙（B方案）、塔内布置挡风墙（C方案）和塔内外同时布置挡风墙（D方案），并探讨了循环水平均出口水温变化，从而为挡风墙的布置方案提供一定的参考。

2 模型建立2.1 几何模型、网格划分及边界条件设置选取某660MW机组SCAL型间冷塔为研究对象，其相关尺寸如表1所示。

直接空冷凝汽器单元内三维流场的数值模拟
付万兵
【期刊名称】《电力科学与工程》
【年(卷),期】2013(029)001
【摘要】基于SIMPLE算法,采用k-ε和MRF模型,依据传热传质理论,对600MW 机组直接空冷凝汽器的一个单元进行了数值模拟.分析了空冷单元内空气螺旋上升的过程、空气的运动轨迹以及换热器出口面的温度分布云图；并且将模拟的风机静压与实验数据进行了比较分析.结果表明:应用MRF模型对风机进行处理,空冷单元内空气流场更接近实际情况,换热器表面温度更准确.为直接空冷机组空冷单元的数值计算提供了参考依据.
【总页数】6页(P63-68)
【作者】付万兵
【作者单位】国电宁夏石嘴山发电有限责任公司,宁夏石嘴山753202
【正文语种】中文
【中图分类】TK264.1
【相关文献】
1.直接空冷凝汽器单元内综合应用导流板和喷雾增湿的数值模拟 [J], 周兰欣;惠雪松;王统彬;魏春枝;王喆
2.直接空冷凝汽器三维流场特性的数值分析 [J], 胡汉波;李隆键;张义华;崔智
3.直接空冷单元内加装一种导流装置的数值模拟 [J], 周兰欣;孙会亮;马士英;惠雪松
4.对直接空冷机组空冷单元内纵向双排喷雾增湿系统布置的数值模拟 [J], 张情
5.“V”型直接空冷凝汽器单元内部导流的数值研究 [J], 易文杰;阴继翔;郭政;李东青
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间接空冷塔内外流动和传热性能的数值模拟研究向同琼;田松峰【摘要】利用流体计算软件FLUENT,对自然通风状态下,某电厂2×300 MW机组两机—塔的间接空冷塔内外空气的流动和传热性能进行了数值模拟研究.将空冷塔划分为W区、Tl区、Tr区和L区,在确定的考核工况基准下,模拟了不同环境气温、不同环境风速对空冷塔各区域通风量和间接空冷散热器散热量的影响.模拟结果显示,当风速高于6 m/s时,空冷塔通风量和空冷散热器散热量随着气温的升高而增大,此时高温处于有利状况.同一气温下,随着环境风速的增加,空冷塔通风量和间接空冷散热器散热量减小,W区通风量呈线性增加,Tl区、Tr区和L区通风量减小.该结论为间接空冷系统空冷散热器的优化设计提供了参考.【期刊名称】《电力科学与工程》【年(卷),期】2013(029)012【总页数】7页(P58-63,76)【关键词】间接空冷散热器;空冷塔;数值模拟;流动传热性能【作者】向同琼;田松峰【作者单位】华北电力大学能源动力与机械工程学院,河北保定071003;华北电力大学能源动力与机械工程学院,河北保定071003【正文语种】中文【中图分类】TK264.10 引言间接空冷系统由于其换热端差小、煤耗率低(相对于直冷)、节水等优点而广泛应用于富煤缺水地区的火力发电机组，其由混合式或表面式凝汽器、空冷散热器和自然通风冷却塔组成。

空冷系统的关键问题是夏季安全度夏和保证汽轮机满发。

空冷塔内外空气的流动和传热性能受环境风影响较大，因此，研究环境风速变化对空冷塔性能的影响规律对于实时运行调控和提高机组真空具有重要意义。

针对环境风对空冷塔性能的影响，国内外学者进行了诸多研究。

A.F.du Preez和D.G.Kriiger[1，2]指出，侧风对空冷塔的影响与风速、空冷塔结构、压力损失系数及散热器的具体布置情况等有关。

D.D.Derkson[3]通过风洞实验模拟，从外部流动形式、压力特性、入口流率等方面研究了侧风对空冷塔的影响。

超大型冷却塔内表面风荷载风洞试验与数值模拟研究邹云峰;何旭辉;陈政清;牛华伟【摘要】通过刚性模型风洞试验和 CFD 数值模拟，对某拟建220m 高冷却塔内表面风荷载进行研究，并考虑了挡风板、填料层透风率等参数对内压的影响。

研究表明：刚性模型试验忽略模拟外表面几何相似及实塔运行过程中产生的向上抽力对内压测试结果基本没有影响；冷却塔内表面风压对风速不敏感，内压基本不受来流风速影响；在塔底设置十字挡板后，塔内风压略有减小，风压沿环向、高度分布的均匀性更好；内压绝对值以填料层透风率为0％时最大，并随透风率的增加略有减小，但当透风率大于10％后变化较小；总的来说，内表面风压系数沿环向、高度基本不变，B 类风场中，平均风压系数约为-0．50，脉动风压系数约为0．045；均匀流场中，平均风压系数约为-0．61，脉动风压系数约为0．035。

%The internal wind loading of a 220 m high super large cooling tower is studied by means of wind tunnel test and CFD numerical simulation,and the influence of parameters such as ventilation rate on internal pressure is taken into account.The results of present study show that the shortcomings of the rigidity model manometric experiment hardly have effect on test result of inner surface pressure.Meanwhile,it is found that internal wind loading is insensitive to wind speed and unaffected by test velocity.When cross baffle is installed at the bottom of tower,in-ternal pressure appreciably decreases and the homogeneity of distribution along hoop and meridio-nal is better.The max absolute value of internal pressure is found when the ventilation ratio of stuffing layers is 0%,and with the increases of ventilation ratio,the absolute value decreasesslightly.However,the internal pressure changes slightly as the ventilation ratio greater than 10%.In general,the distributions of internal pressure along hoop and meridional are basically the same,the average pressure coefficient of-0.50 and fluctuating pressure coefficient of 0.045 are found in wind field of terrain category B,while-0.61 and 0.035 are found in uniform flow field respectively.【期刊名称】《空气动力学学报》【年(卷),期】2015(000)005【总页数】9页(P697-705)【关键词】冷却塔;内表面风荷载;风洞试验;数值模拟【作者】邹云峰;何旭辉;陈政清;牛华伟【作者单位】中南大学土木工程学院，湖南长沙 410075; 高速铁路建造技术国家工程实验室，湖南长沙 410075;中南大学土木工程学院，湖南长沙 410075; 高速铁路建造技术国家工程实验室，湖南长沙 410075;湖南大学风工程试验研究中心，湖南长沙 410082;湖南大学风工程试验研究中心，湖南长沙 410082【正文语种】中文【中图分类】TU973.3+2为实现循环水的冷却，冷却塔风筒顶部敞开，底部由人字柱支撑而形成风通道，故其内表面也受到风荷载作用。

论大型间接空冷塔内部空气流场导流摘要：为了达到在环境风中的空冷塔表现出较高性能的目的，本文改进了塔内的导流装置，将导流板分为圆环型与螺旋型。

为了充分验证改进之后的性能，本文在不同风速下以及不同导流板的间距等实验条件下，使用数值模拟的方法进行对比验证。

实验结果显示，无风的时候，圆环型对空冷塔内性能较好；当有风的时候，当间隔距离比较低的时候，d=2m、4m，圆环型的导流板的影响性能均低于螺旋型导流板，并且随着距离增大，影响效果更加明显。

当距离间隔为6m，螺旋型的导流板没有影响效果，低于圆环型的导流板。

关键词：内部导流板；环境风；空冷塔；数值模拟引言近几年来，国内外研究学者大力研究空冷塔的性能影响因素，统计发现影响性能的主要因素是环境风[1]。

因此通过改变环境风的条件，对改善空冷塔性能至关重要。

文献[2]中将布置的导流板垂直于风的方向，并将导流板布置于空冷塔的两侧。

经过实验验证，此方法提高了空冷塔的性能。

文献[3]中同时布置了内外部导流板，经过数值模拟方法，验证了方法的可行性。

通过一些导流装置确实可以减轻环境风对于空冷塔的影响，但是塔内仍然存在着空气流场恶化的问题。

本文为了解决以上问题，提出了更好的内部导流方法，强化了散热器出口，改善了传热能力与空气流动性能。

所提方法使用数值模拟的方法进行实验，实验结果表明，所提方法有着较高的表现性能。

一、导流板对空冷塔的性能研究1.1物理模型本文研究使用660MW的空冷塔，并且在塔外面布置了空冷散热器，如表1所示，为空冷塔的几何参数。

本文以此为基础，进行建模、计算。

本文充分考虑了环境风对于空冷塔的影响因素，如图1所示，在塔内布置了导流板。

对于导流板的放置位置为：三层的导流板，均平行于地面，每一层间隔距离相同。

最后一层放置在地面上。

图1 导流板布置图表1 几何参数在本文中，将导流板的结构设计为2种形式：第一种是圆环型；第二种是在圆环型的基础上增加20个完全一样的叶片构成螺旋状。

冷却塔组外流场CFD数值分析报告（厦航总部大厦）上海理工大学能源与动力工程学院二〇二〇年八月五日目录一、项目简介 (1)二、计算模型及参数设置 (1)2.1 物理模型 (1)2.2 网格划分 (4)2.3 环境风条件 (5)2.2 百叶格栅阻力参数计算 (6)三、数学模型与求解方法 (8)3.1 基本控制方程 (8)3.2 湍流粘性系数法 (9)3.3 Realizable k-ε湍流模型 (10)3.4 近壁面区的处理 (12)四、计算结果 (13)4.1 气流组织 (13)4.2 压力分布 (18)4.3 温度分布 (20)4.4 水蒸气浓度分布 (23)4.5 热回流率的计算 (24)五、结论 (25)一、项目简介冷却塔运用对流传热、蒸发以及辐射传热等原理来散去工业上或者制冷空调系统中产生的余热来降低水（循环冷却剂）温度，达到降温或者制冷的效果。

冷却塔是暖通空调系统的重要组成部分，其运行性能的好坏将影响整个空调系统冷却机组的制冷效果和能耗。

本项目对厦航总部大厦裙房楼顶冷却塔组外流场进行数值模拟分析，预测冷却塔组外流场对周围环境的影响并计算冷却塔组的热回流率。

二、计算模型及参数设置2.1 物理模型本次数值模拟计算6台并排布置于17.4 m裙房屋顶上的冷却塔组外流场。

计算模型的建立在已有建模参数的前提下遵循《建筑环境数值模拟技术规程》（标准号：DB31T 922-2015）。

计算区域尺寸为1088 m ×555 m × 1924 m（x×y×z），计算区域模型如图2.1所示。

计算区域边界设定为一个大气压的恒定压力条件，考虑了有一定东南偏南方向环境风的情况，环境风速度3.4 m/s。

冷却塔为6台成一排布置，为叙述方便，从西至东分别称为1~6号塔，如图2.2所示。

1号和6号塔距离东南侧墙面距离为2736 mm；2号、3号、4号和5号塔距离东南侧墙面距离为2520 mm，如图2.3所示。

表面式间接空冷系统循环水动力优化研究摘要：近年来表面式间接空冷技术因其耗水量低、耗电量小的特点，在我国北方地区得到了推广应用。

但由于该项技术应用起步较晚，从已经投运的项目来看，无论从系统设计、设备选型、还是从运行操作等方面，间接空冷技术的应用仍然处于一种较为粗犷的状态，存在较大的优化空间。

本文基于采用数值仿真方法研究表面式间接空冷机组的变工况特性，得到各参数之间的变化规律，为运行调整提供理论依据和指导；通过试验确定机组在某一负荷下，针对不同的间冷塔出水温度，得到最佳循环水流量和最佳背压，使机组增加的电功率与循环水泵耗电量之差值最大，求出机组的最佳背压和与之对应的最佳循环水流量；在循环水泵工频和变频两种模式下，给出循环水泵运行调整方法，为机组冬季工况时循环水流量和冷却风流量调整最佳方法提供依据。

关键词：表面式间接空冷、优化、最佳背压引言汽轮机冷端设备运行时，机组背压存在一个最佳值，一方面，在机组负荷和主、再热蒸汽参数一定的条件下，背压与机组微增功率有着密切的关系，背压减小，机组出力增加，背压增大，机组出力减小；另一方面，机组运行背压是由机组负荷、凝汽器进水温度和循环水流量决定的，在机组负荷和凝汽器进水温度一定的条件下，背压随循环水流量的改变而改变，而循环水流量的变化直接影响到循环水泵的耗功。

增大循环水泵的流量，机组背压减小，机组出力增加，但循环水泵的耗功也同时增加。

如果机组功率的增量与循环水流量增加所引起的耗功量之差存在极大值，此时的背压为最佳背压，对应的循环水流量为最佳流量,本文在表面式间接空冷塔数值模拟的基础上，通过试验获得机组最佳背压和最佳循环水流量，为机组的安全、经济运行提供依据，使汽轮机冷端设备运行得到优化。

1.表面式间接空冷塔数值模拟1.空冷塔空气侧的数值模拟1.数值模拟中风速、风向的确定风向：选取全年和冬季风向频率，最大的风向W、WN和典型风向N。

风速：选择每种风向中的平均风速度和最大风速度。