相變空冷變工況分析

萬增利 劉志剛 王東鵬 陳立軍

(1.東北電力大學自動化工程學院,吉林 132012;2.國網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

萬增利1劉志剛2王東鵬1陳立軍1

(1.東北電力大學自動化工程學院,吉林 132012;2.國網黑龍江省電力有限公司信息通信公司,黑龍江哈爾濱 150000)

以某國內600MW相變空冷機組為例,建立相變空冷機組冷端系統變工況數學模型,編程計算做出相變空冷機組冷端系統特性曲線,分析了環境溫度、氨蒸汽流量、迎面風速以及管道污垢熱阻對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 相變空冷系統工作原理

相變空冷系統是采用制冷劑作為中間冷卻介質的空冷系統，如

2 相變空冷系統冷端模型

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

相變空冷系統的熱平衡方程：

對于相變空冷系統，氨蒸汽放出的熱量為：

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

空冷散熱器管外空氣吸收熱量為：

其中，Af—空冷散熱器迎風面積，m2；Vf—迎面風速，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，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—相變空冷散熱器內氨的飽和溫度，℃。

相變空冷發生相變過程，其效能與傳熱單元數NTU的關系式為：

圖1 相變空冷系統示意圖

圖2 背壓與環境溫度的曲線關系

圖3 背壓與氨蒸汽流量的曲線關系

圖4 背壓與迎面風速的曲線關系

表1 設計工況下的機組主要原始數據

圖5 背壓與管道污垢熱阻的曲線關系

在傳熱學中：

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的計算式為：

空冷散熱器總傳熱面積 A2的計算式為：

可以得出tn的表達式為：

上式也就是相變空冷散熱器內氨氣的飽和溫度，對于一個結構與形式均設計合理的相變空冷系統來說，空冷散熱器的總傳熱面積為已知，迎風面積也一定，空氣密度和入口干空氣定壓比熱可由空氣溫度確定。所以由式可以計算出空冷散熱器中氨的飽和溫度，繼而通過飽和溫度和飽和壓力之間的一一對應關系，結合氨特性表就知道空冷散熱器的飽和壓力P[4-5]。

因此，可以得到如下關系式：

利用上式的計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變量之間的關系。

3 相變空冷機組冷端系統變工況特性

本文以國內某600MW相變空冷系統為例，分析散熱器壓力隨某個變量的變化關系[6]。已知設計工況下的機組主要原始數據見表1。

依據建立的數學模型，編程對空冷散熱器做變工況計算，其結果見圖2-5。

4 結語

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

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

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

(4)當環境溫度、迎面風速以及氨蒸汽流量一定時，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.蒸汽動力循環耦合正、逆制冷循環的電站空冷系統理論與評價研究[博士論文].保定：華北電力大學,2010.

[2]吳業正,韓寶琦.制冷原理及設備(第二版).西安：西安交通大學出版社,1997.

[3]史美中,王中錚.熱交換器原理與設計.南京：東南大學出版社,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實驗關聯式．中國電機工程學報.

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

[6]胡橋梁.火電廠直接空冷系統設計優化研究[碩士論文].吉林：東北電力大學,2010.