【精彩论文】660 MW机组间接空冷主辅共塔方案影响分析

Original 中国电力中国电力 2023-12-18

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李满，韩敬钦

山东电力工程咨询院有限公司

李陆军

中国水利水电科学研究院

引文信息

李满, 韩敬钦, 李陆军, 等. 660 MW机组间接空冷主辅共塔方案影响分析[J]. 中国电力, 2020, 53(5): 155-163.

LI Man, HAN Jingqin, LI Lujun, et al. Analysis on design scheme of main-auxiliary combined indirect dry air cooling tower for 660 mw power plant units[J]. Electric Power, 2020, 53(5): 155-163.

研究背景

近年来，随着空冷技术的发展，中国山西、内蒙及西北等富煤缺水地区建设了大量空冷电厂，而运行费较低的大型间接空冷塔被广泛应用于这些电厂的主机系统中。主机采用间接空冷系统的工程，辅机冷却水并入主机的间接空冷塔，即主机和辅机共用一个冷却塔的设计方案称之为主辅共塔方案。该方案除减少辅机冷却设施的建设费和运行费外，还具有以下优点：减少占地面积、冷却设备集中布置、方便设备管理和检修、节省辅机水量蒸发、减少年运行费用等。

论文所解决的问题及意义

目前针对空冷塔数值模拟研究，均为基于空冷塔仅应用于主机冷却系统，目前尚未见主辅共塔方案的三维数值模拟研究。尤其是主辅共塔方案中，自然风对主机、辅机各自冷却效果的影响以及主、辅机冷却单元交互影响的研究尚属空白。因此，开展相应的主辅共塔方案条件下间接空冷塔流场三维数值模拟研究，对于完善主辅共塔方案具有十分重要意义。

论文重点内容

间接空冷塔在热负荷、气象条件及循环水量稳定运行时，塔内外空气流场按稳态计算。本研究控制方程包括连续性方程、动量方程和能量方程，湍流模型采用标准k-e模型，模型中不考虑逆温的影响。采用商业计算流体软件Fluent对三维数学模型进行求解。

本文针对660 MW机组，对主机采用4排管散热器，辅机采用6排管或4排管散热器，辅机循环水占用1个扇区，主机循环水占用9个扇区或10个扇区的方案进行重点研究。

1、环境风对流场影响

在夏季工况（气温为30°C）相同的进塔气温条件下，由于主机水温较高，经过主机扇区换热后的空气温度较高，而由于辅机水温较低，导致经过辅机扇区换热后的空气温度较低。空气经过辅机扇区后温度较低，气流上升动力不足，冷却塔抽力下降，无风条件下冷却塔出口产生倒吸现象（见图1，垂直中心剖面）。当环境风速为6 m/s时，冷却塔出口处没有倒吸现象（见图2，垂直中心剖面），其原因是环境风增大冷却塔出口的抽力。

图1 660 MW机组冷却塔夏季工况的垂直中心剖面流场分布（风速为0 m/s）

图2 660 MW机组冷却塔夏季工况的垂直中心剖面流场分布（风速为6 m/s）

2、环境风对冷却性能影响

图3给出了环境风方向对660 MW机组循环水温降的的影响。环境风方向对主机循环水温降影响较小，变化幅度约为1.0°C，对辅机循环水温降影响较大，变化幅度约为5.8°C。当环境风方向正对辅机扇区时，辅机循环水温降最大；当环境风风方向背对辅机扇区时，辅机循环水温降最小。

图3 环境风向对660 MW机组循环水温降的的影响（环境风速为6 m/s）

图4给出了660 MW机组冷却塔（10个扇区）主辅机水温降幅与环境气温的关系，其中，水温降幅为14个环境风方向条件下的平均水温降幅。夏季工况、风速为6 m/s条件下，主机出水温度满足设计要求；当风速为6 m/s、环境气温为30°C时，辅机出水温度不满足设计要求。设计工况条件下，当环境其温度不高于14°C、环境风速不大于6 m/s时，冷却塔出水温度满足设计要求。上述分析表明，设计工况条件下，针对660 MW机组冷却塔，主辅机循环水温降均满足要求，适宜采用主辅共塔方案（主机9个扇区，辅机1个扇区）。

图4 660 MW机组冷却塔主辅机水温降幅与

环境气温的关系

3、辅机散热器类型的影响

辅机散热器类型有2种：4排管和6排管。其中，散热器外围直径为155 m，总计192个冷却三角。辅机散热器为4排管时，辅机循环水温降增大2.5%（约为0.2°C），主机循环水温降减小0.5%（约为0.06°C）。对于设计工况等其他条件的分析结果也显示，660 MW机组辅机散热器采用4排管略优。

4、冷却三角增加方式的影响

为提高主机冷却性能，可以增大主机的冷却三角，有2种方式。方式一：保持散热器外围直径155 m不变，冷却三角增至192个，扇区增至11个，辅机占用1个扇区。方式二：散热器外围直径增至170 m，冷却三角增至192个，扇区增至11个，辅机占用1个扇区。

研究可知，采用方式一，辅机循环水温降较小（约0.2°C），主机循环水温降较大（约0.15°C）；采用方式二，辅机循环水温降较大，主机循环水较小。上述分析表明，方式一有利于主机，方式二有利于辅机，但二者的差异小于0.2°C。

研究结论

针对660 MW空冷机组的主辅共塔设计方案，研究自然风条件下间接空冷塔内外流场，分析气象条件、环境风向、辅机散热器类型和冷却三角增加方式的影响，优化主辅共塔设计方案，为主辅机设计方案的工程实施提供支撑。

主要作者介绍

第一作者：李满，男，高级工程师，从事电厂水工工艺及消防设计与研究。

E-mail: liman@sdepci.com。