相變空冷變工況分析

萬(wàn)增利 劉志剛 王東鵬 陳立軍

(1.東北電力大學(xué)自動(dòng)化工程學(xué)院,吉林 132012;2.國(guó)網(wǎng)黑龍江省電力有限公司信息通信公司,黑龍江哈爾濱 150000)

相變空冷變工況分析

萬(wàn)增利1劉志剛2王東鵬1陳立軍1

(1.東北電力大學(xué)自動(dòng)化工程學(xué)院,吉林 132012;2.國(guó)網(wǎng)黑龍江省電力有限公司信息通信公司,黑龍江哈爾濱 150000)

以某國(guó)內(nèi)600MW相變空冷機(jī)組為例,建立相變空冷機(jī)組冷端系統(tǒng)變工況數(shù)學(xué)模型,編程計(jì)算做出相變空冷機(jī)組冷端系統(tǒng)特性曲線,分析了環(huán)境溫度、氨蒸汽流量、迎面風(fēng)速以及管道污垢熱阻對(duì)空冷散熱器壓力的影響。

相變空冷 雙相變換熱器 散熱器壓力

1 相變空冷系統(tǒng)工作原理

相變空冷系統(tǒng)是采用制冷劑作為中間冷卻介質(zhì)的空冷系統(tǒng)，如

2 相變空冷系統(tǒng)冷端模型

相變空冷系統(tǒng)的主要換熱設(shè)備是雙相變換熱器和空冷散熱器，都屬于表面換熱[2-3]。

相變空冷系統(tǒng)的熱平衡方程：

對(duì)于相變空冷系統(tǒng)，氨蒸汽放出的熱量為：

其中，Dt—雙相變散熱器冷卻側(cè)氨蒸汽流量，kg/s；hs—雙相變散熱器冷卻側(cè)氨蒸汽焓；kJ/kg hw—空冷散熱器氨凝結(jié)液氨焓，kJ/kg。

空冷散熱器管外空氣吸收熱量為：

其中，Af—空冷散熱器迎風(fēng)面積，m2；Vf—迎面風(fēng)速，m/s；Pa—空氣密度，kg/m3；Cpa—入口干空氣定壓比熱，kJ/(kg℃)；ta1，ta2—空冷散熱器進(jìn)出口空氣溫度，℃。

空冷散熱器傳熱方程為：

其中，K2—空冷散熱器總傳熱系數(shù)，W(m2℃)；A2—空冷散熱器總傳熱面積，m2；△tm—空冷散熱器總傳熱平均溫差，℃。

其中，tn—相變空冷散熱器內(nèi)氨的飽和溫度，℃。

相變空冷發(fā)生相變過(guò)程，其效能與傳熱單元數(shù)NTU的關(guān)系式為：

圖1 相變空冷系統(tǒng)示意圖

圖2 背壓與環(huán)境溫度的曲線關(guān)系

圖3 背壓與氨蒸汽流量的曲線關(guān)系

圖4 背壓與迎面風(fēng)速的曲線關(guān)系

表1 設(shè)計(jì)工況下的機(jī)組主要原始數(shù)據(jù)

圖5 背壓與管道污垢熱阻的曲線關(guān)系

在傳熱學(xué)中：

其中，△ta—相變空冷散熱器的空氣溫升，℃。

NTU為相變空冷散熱器傳熱單元：

空冷散熱器總傳熱系數(shù)的計(jì)算式為：

空冷散熱器總傳熱面積 A2的計(jì)算式為：

可以得出tn的表達(dá)式為：

上式也就是相變空冷散熱器內(nèi)氨氣的飽和溫度，對(duì)于一個(gè)結(jié)構(gòu)與形式均設(shè)計(jì)合理的相變空冷系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，空冷散熱器的總傳熱面積為已知，迎風(fēng)面積也一定，空氣密度和入口干空氣定壓比熱可由空氣溫度確定。所以由式可以計(jì)算出空冷散熱器中氨的飽和溫度，繼而通過(guò)飽和溫度和飽和壓力之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，結(jié)合氨特性表就知道空冷散熱器的飽和壓力P[4-5]。

因此，可以得到如下關(guān)系式：

利用上式的計(jì)算模型就可以得到任意工況下相變空冷散熱器壓力值隨某個(gè)變量之間的關(guān)系。

3 相變空冷機(jī)組冷端系統(tǒng)變工況特性

本文以國(guó)內(nèi)某600MW相變空冷系統(tǒng)為例，分析散熱器壓力隨某個(gè)變量的變化關(guān)系[6]。已知設(shè)計(jì)工況下的機(jī)組主要原始數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

依據(jù)建立的數(shù)學(xué)模型，編程對(duì)空冷散熱器做變工況計(jì)算，其結(jié)果見(jiàn)圖2-5。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)當(dāng)氨蒸汽流量、迎面風(fēng)速以及管外污垢熱阻一定時(shí)，空冷散熱器的壓力隨著環(huán)境溫度升高而增大；

(2)當(dāng)環(huán)境溫度、迎面風(fēng)速以及管外污垢熱阻一定時(shí)，空冷散熱器的壓力隨著氨蒸汽流量增大而增大；

(3)當(dāng)環(huán)境溫度、氨蒸汽流量以及管外污垢熱阻一定時(shí)，空冷散熱器的壓力隨著迎面風(fēng)速增大而減小；

(4)當(dāng)環(huán)境溫度、迎面風(fēng)速以及氨蒸汽流量一定時(shí)，空冷散熱器的壓力隨著管外污垢熱阻增大而增大。

[1]陳立軍.蒸汽動(dòng)力循環(huán)耦合正、逆制冷循環(huán)的電站空冷系統(tǒng)理論與評(píng)價(jià)研究[博士論文].保定：華北電力大學(xué),2010.

[2]吳業(yè)正,韓寶琦.制冷原理及設(shè)備(第二版).西安：西安交通大學(xué)出版社,1997.

[3]史美中,王中錚.熱交換器原理與設(shè)計(jì).南京：東南大學(xué)出版社,2003.

[4]杜小澤,楊立軍,金衍勝,等.火電站直接空冷凝汽器傳熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式．中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào).

[5]蘇咸偉.火電廠直接空冷凝汽器單元傳熱性能實(shí)驗(yàn)研究[碩士論文].北京：華北電力大學(xué),2007華電技術(shù),2008,30(4)：15-18.

[6]胡橋梁.火電廠直接空冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化研究[碩士論文].吉林：東北電力大學(xué),2010.