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积灰对空冷凝汽器运行调节特性的影响及应对策略研究

一、引言

1.1研究背景与意义

在现代电力生产中,火力发电依然占据着重要地位。而空冷凝汽器作为火力发电厂冷端系统的关键设备,其运行性能直接关系到整个机组的安全性、经济性和稳定性。空冷凝汽器通过将汽轮机排出的乏汽冷凝成水,回收工质并建立和维持汽轮机的排汽真空,从而提高机组的循环热效率。相较于传统的湿冷凝汽器,空冷凝汽器具有节水、占地少等显著优势,尤其适用于水资源匮乏的地区,因此在我国北方等缺水地区的电厂中得到了广泛应用。

然而,在实际运行过程中,空冷凝汽器不可避免地会面临积灰问题。电厂所处环境中的灰尘、颗粒物以及机组运行过程中产生的杂质等,都会逐渐在空冷凝汽器的翅片表面和管束上堆积。积灰的存在如同在凝汽器表面覆盖了一层隔热层,会严重影响其传热性能。一方面,积灰导致传热热阻增大,使得蒸汽与空气之间的热量传递变得困难,凝汽器的换热效率显著降低,进而引起汽轮机排汽压力升高,机组的热耗增加,发电效率下降;另一方面,积灰还可能导致凝汽器各部分的传热不均,引起局部过热或过冷现象,加速设备的损坏,缩短设备的使用寿命,增加设备的维护成本。据相关统计,空冷凝汽器因积灰导致的换热效率下降,可使机组的发电成本增加5%-10%,严重时甚至会影响机组的正常运行,导致停机检修,给电厂带来巨大的经济损失。

此外,随着环保要求的日益严格和电力市场竞争的加剧,电厂对机组的节能减排和经济运行提出了更高的要求。深入研究积灰对空冷凝汽器运行调节特性的影响,不仅有助于揭示空冷凝汽器的运行规律,为其优化运行提供理论依据,还能为制定有效的积灰防治措施提供技术支持,从而提高空冷凝汽器的运行效率,降低机组的能耗和污染物排放,增强电厂的市场竞争力。因此,开展积灰影响空冷凝汽器运行调节特性的研究具有重要的现实意义和工程应用价值。

1.2国内外研究现状

在国外,对空冷凝汽器积灰及运行调节特性的研究开展较早。早期,研究者主要通过实验手段,对不同工况下空冷凝汽器的积灰情况和传热性能进行测试分析。例如,美国学者[具体人名1]通过搭建小型空冷凝汽器实验台,研究了不同风速、灰尘浓度等条件下积灰对传热系数的影响规律,发现积灰会使传热系数随着时间的增加而逐渐降低,且降低幅度与灰尘特性和运行工况密切相关。随着计算机技术的发展,数值模拟方法逐渐成为研究空冷凝汽器的重要手段。德国学者[具体人名2]利用计算流体力学(CFD)软件,对空冷凝汽器内部的流场和传热过程进行了数值模拟,分析了积灰对空气流动和换热的影响机制,为优化空冷凝汽器的结构设计提供了理论依据。此外,国外还在不断探索新的积灰防治技术,如采用新型的表面涂层材料来减少积灰的附着,研发智能清灰设备以实现自动清灰等。

在国内,近年来随着空冷技术的广泛应用,对空冷凝汽器积灰及运行调节特性的研究也取得了丰硕的成果。许多学者结合国内电厂的实际运行情况,从理论分析、数值模拟和实验研究等多个角度开展了深入研究。例如,华北电力大学的[具体人名3]通过建立空冷凝汽器的传热模型,对积灰条件下的传热性能进行了理论计算,得出了积灰厚度与传热系数之间的定量关系;西安交通大学的[具体人名4]采用CFD软件对空冷凝汽器的三维流场和传热进行了数值模拟,研究了不同积灰分布对换热性能的影响,并提出了相应的改进措施;同时,国内一些电厂也开展了现场实验研究,如[电厂名称]通过对空冷凝汽器进行定期的清洗和性能测试,分析了积灰对机组运行参数的影响,总结了适合该厂的积灰防治经验。

尽管国内外在空冷凝汽器积灰及运行调节特性方面取得了一定的研究成果,但仍存在一些不足之处。一方面,现有的研究大多集中在单一因素对空冷凝汽器性能的影响,而实际运行中,空冷凝汽器的性能受到多种因素的综合作用,如积灰、风速、温度、负荷等,对这些因素之间的耦合作用研究还不够深入;另一方面,目前的积灰防治技术虽然在一定程度上能够缓解积灰问题,但仍存在清灰效果不理想、设备复杂、成本高等问题,需要进一步研发更加高效、经济的积灰防治技术。

1.3研究方法与内容

本研究将采用理论分析、数值模拟和实验研究相结合的方法,深入探究积灰对空冷凝汽器运行调节特性的影响。

在理论分析方面,基于传热学、流体力学等基本原理,建立空冷凝汽器的传热模型和流动模型,分析积灰对传热系数、空气流量、蒸汽凝结温度等关键参数的影响机制,推导相关的数学表达式,为后续的数值模拟和实验研究提供理论基础。

数值模拟将利用专业的CFD软件,对不同积灰程度和分布情况下的空冷凝汽器内部流场和传热过程进行三维数值模拟。通过模拟结果,直观地展示积灰对空气流动和换热的影响,分析不同工况下空冷凝汽器的性能变化规律,为优化运行提供参考依据。同时,将数值模拟结果与理论分析结果进行对比验证,提高研

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