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大型自然通风冷却塔冬季水损及相关问题研究

作　者: 李建
导　师: 张后雷
学　校: 南京理工大学
专　业: 制冷及低温工程
关键词: 自然通风冷却塔水损防冻结干湿复合冷却真空度
分类号: TB657
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

大型自然通风冷却塔以其较优越的冷却性能,广泛用于电站循环水冷却系统中。冷却塔在冬季运行时会出现很多问题,例如冷却塔水损大,冷却塔进风口结冰导致调节风门失效,凝汽器真空度过高等,由此引起巨大的经济损失或者影响机组安全性。所以研究冬季冷却塔水损等问题具有重要的现实意义。本文主要研究工作如下：首先,基于Merkel焓差法模型,分别计算了某3500m2自然通风冷却塔在一机一塔模式和并塔模式且冷却负荷给定时的冬季水损特性,分析了环境温度、相对湿度、循环水量等因素对水损的影响。结果表明,当一机一塔模式运行时,环境温度对于蒸发水损的影响显著,在基准循环水量上下20%的范围内,循环水量对于蒸发水损的影响较小,相对湿度对于水损的影响很小；对于并塔模式,环境温度、相对湿度、循环水量等因素对水损的影响规律与一机一塔模式运行时类似,在相同条件下,与一机一塔模式相比并塔模式水损增加25%左右,但并塔模式运行对防冻结及控制凝汽器真空度有利。其次,设计了一种冷却塔改造方案,该方案在自然通风冷却塔(原塔)进风口处添加一个空气预热器,预热进塔空气,分担冷却负荷,原塔变为干湿复合塔。建立了相应的水损计算模型,计算了旁通比对干湿复合塔水损的影响,结果表明,与原塔相比,干湿复合塔进塔风量明显减少,在某些环境温度下,进塔风温明显提高,水损在某些环境温度范围内可得到有效控制(少于原塔),验证了在适当的旁通比范围内本改造方案可实现防冻结、控制凝汽器真空度和水损的目的。再次,分别建立了自然通风冷却塔及干湿复合塔水损三维数值模型,计算分析了某3500m2自然通风冷却塔及干湿复合塔的冬季水损特性。结果表明,无侧风且给定冷却负荷时,原塔水损随环境温度的变化规律与一维结果一致；在保证进塔水温不变的条件下,侧风对自然通风冷却塔塔内换热有明显影响,冷却负荷和水损随侧风的增大显著地减少；无侧风且保证进塔水温不变时,在一定的旁通比范围内,干湿复合塔的水损较原塔明显减小；有侧风且保证进塔水温不变时,干湿复合塔水损随侧风的增大而明显减小。最后,综合考虑凝汽器和冷却塔对凝汽器真空度的影响,建立了冷却塔与凝汽器的耦合计算模型,分析了自然通风冷却塔在一机一塔和并塔运行工况下,环境温度、循环水量等因素对于凝汽器真空度的影响。结果表明,对原塔而言,一机一塔模式运行且冷却负荷一定时,凝汽压力随环境温度的升高而明显升高,循环水量的增加会降低凝汽压力,相对湿度对于凝汽压力的影响较小,并塔模式运行且冷却负荷一定时,凝汽压力随环境温度及循环水量的变化规律与一机一塔模式运行时类似,但凝汽压力较后者高1000-3000Pa左右；对于干湿复合塔,在冷却负荷一定时,凝汽压力随旁通比(0.1-0.4范围内)的增大而增大,随循环水量的增大而减小,验证了通过调节旁通比控制凝汽器真空度的可行性。本文工作表明,作者所设计的自然通风冷却塔改造方案,基本可以达到防冻结、控制水损和凝汽器真空度的目标,可为冷却塔运行调节和系统改进提供参考。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
符号说明  11-12
1 绪论  12-22
  1.1 课题背景  12
  1.2 冷却塔水损的研究现状  12-20
    1.2.1 冷却塔概述  12-15
    1.2.2 冷却塔水损的分类  15
    1.2.3 冷却塔水损的研究现状  15-20
      1.2.3.1 蒸发水损  15-19
      1.2.3.2 飘滴损失  19
      1.2.3.3 排污损失  19-20
  1.3 本文的主要工作  20-22
2 湿式冷却塔蒸发水损计算分析  22-36
  2.1 蒸发水损计算的理论基础  22-24
    2.1.1 湿空气的状态参数及其相互关系  22-23
    2.1.2 冷却塔内传热传质过程分析  23-24
  2.2 冷却塔蒸发水损计算模型  24-28
    2.2.1 MERKEL焓差公式  24-25
    2.2.2 进塔风量确定  25-27
    2.2.3 出塔空气参数确定  27-28
  2.3 冷却塔水损的计算结果及分析  28-32
    2.3.1 环境温度对蒸发水损的影响  29-30
    2.3.2 相对湿度对蒸发水损的影响  30-31
    2.3.3 循环水量对蒸发水损的影响  31-32
  2.4 并塔运行方案与实施  32-35
    2.4.1 环境温度对蒸发水损的影响  32-33
    2.4.2 相对湿度对蒸发水损的影响  33-34
    2.4.3 循环水量对蒸发水损的影响  34-35
  2.5 本章小结  35-36
3 基于干湿复合冷却的防冻结湿式塔改造方案研究  36-46
  3.1 干湿复合塔设计  36-38
  3.2 干湿复合塔水损计算模型  38-40
  3.3 干湿复合塔水损计算结果分析  40-45
  3.4 本章小结  45-46
4 冷却塔水损的数值模拟  46-61
  4.1 冷却塔传热传质分析三维数值计算模型  46-51
    4.1.1 空气运动控制方程  46-47
    4.1.2 水运动及传热传质计算控制方程  47-48
      4.1.2.1 水运动控制方程  47
      4.1.2.2 传热传质计算方程  47-48
    4.1.3 空气与水的耦合  48
    4.1.4 空气运动的阻力模型  48
    4.1.5 计算区域及边界条件  48-50
    4.1.6 网格划分及计算方法  50-51
  4.2 自然通风冷却塔数值模拟与结果分析  51-56
    4.2.1 无侧风时环境温度对冷却塔水损的影响  51-53
    4.2.2 有侧风时风速对冷却塔水损的影响  53-56
  4.3 干湿复合塔数值模拟结果与分析  56-60
    4.3.1 无侧风时旁通比对干湿复合塔水损的影响  56-58
    4.3.2 有侧风时旁通比对干湿复合塔水损的影响  58-60
  4.4 本章小结  60-61
5 凝汽器与冷却塔耦合计算  61-68
  5.1 数学模型  61-64
  5.2 计算结果与讨论  64-67
    5.2.1 一机一塔模式运行时凝汽器与冷却塔耦合计算结果分析  64-65
    5.2.2 并塔运行时凝汽器与冷却塔耦合计算结果分析  65
    5.2.3 凝汽器与干湿复合塔耦合计算结果分析  65-67
  5.3 本章小结  67-68
结论  68-70
致谢  70-71
参考文献  71-73

大型自然通风冷却塔冬季水损及相关问题研究

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