專利名稱：干式冷卻塔控風(fēng)特性實驗系統(tǒng)及控風(fēng)設(shè)計方案的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是熱電廠干式冷卻塔對自然風(fēng)影響的控制能力的動態(tài)仿真風(fēng)洞實驗?zāi)M系統(tǒng)以及通過該系統(tǒng)優(yōu)選出的若干干式冷卻塔控風(fēng)設(shè)計方案。
目前在我國運行的干式冷卻塔的冷卻效率在自然風(fēng)的影響下明顯下降已經(jīng)是一個嚴峻的事實。安裝在大同第二熱電廠的海勒式空氣冷卻塔依設(shè)計的散熱量保證系數(shù)，要求自然風(fēng)速不超過2m/s。實際運行表明，外界自然風(fēng)速超過3m/s時影響就很明顯。在同等環(huán)境溫度與發(fā)電機出力200MW的條件下，無風(fēng)時凝結(jié)器真空度90%;有3m～4m/s自然風(fēng)時，真空度降為85～86%。此時耗煤量相應(yīng)增加，發(fā)每度電多耗煤約為10克。風(fēng)速若為5m～6m/s，則必須降低負荷。按大同地區(qū)的氣象條件，年平均風(fēng)速大于3m/s的時間約為4500小時;風(fēng)速大于4m/s的時間約為1680小時。使負荷從200MW降至130MW以下的大風(fēng)天氣約有1000小時。粗略的保守計算不難知道，一臺200MW的機組，由于大風(fēng)天氣對冷卻塔效率的不利影響，每年多消耗煤約4000噸，少發(fā)電約0.5億度，電廠直接經(jīng)濟損失在500萬元以上，由于限電停電造成生產(chǎn)單位的間接經(jīng)濟損失得以億計，這是非常驚人的數(shù)字。
為了解決上述問題，本發(fā)明在現(xiàn)場實測研究的基礎(chǔ)上提出一套風(fēng)洞模擬實驗系統(tǒng)，探尋改善風(fēng)對干式冷卻塔效率不利影響的措施。
本發(fā)明首先對干式冷卻塔無風(fēng)和有風(fēng)時的塔內(nèi)空氣流場和溫度分布特性進行了實測研究。
應(yīng)用杯式風(fēng)速計測得的無風(fēng)和有風(fēng)時的冷卻塔入口處的氣流速度分布見圖4?？梢钥吹剑跓o風(fēng)時，119個扇形段(357)的平均氣流速度大約為6.0m/S，而在有4級左右的風(fēng)(風(fēng)速5～7m/s)時，除了迎風(fēng)面的三、四扇段外進塔氣流速度都降低了，平均進氣速度降到了4.8m/s(即平均降低1.2m/s)。這說明，自然風(fēng)的影響使干式冷卻塔的進口和出口氣流速度下降。由于散熱器的散熱效率是與氣流速度的冪次方成比例的，所以自然風(fēng)確使干式塔冷卻效率下降。
塔內(nèi)氣溫分布是使用氣球懸吊半導(dǎo)體遙感溫度計進行測量的。圖5和圖6分別給出了沿周向和鉛垂方向測得的無風(fēng)和有風(fēng)時的溫度分布，風(fēng)速為4級左右，約為5-7m/s。
圖5所給出的溫度分布的測量點，分布在塔內(nèi)高25m半徑約38m的圓周上，每隔12°一個點，共30個測點，無風(fēng)時平均溫度為38℃，有風(fēng)時平均溫度增至45.5℃，即增加7.5℃。
圖6所示垂向溫度分布，基本上是沿冷卻塔的中心軸線測量的，每隔10m一個測點，共12個測點，無風(fēng)時平均溫度為33℃，有風(fēng)時平均溫度增至41℃，即增加8℃。
有風(fēng)時塔內(nèi)溫度升高是和進出塔口空氣速度降低相聯(lián)系的。由于穿過散熱器的氣流速度下降，氣流穿過散熱器的時間加長，從而溫度升高較多。
圖4、圖5、圖6給出了干式冷卻塔受自然風(fēng)影響的效果，但還不能說明原因。僅從塔內(nèi)溫度升高這一效果來看，它將使塔的抽力增大。很顯然，一定還有使塔的抽力降得更低的外部原因才使自然風(fēng)的實際影響是使冷卻塔的總抽力或者說有效抽力下降。
為了弄清自然風(fēng)降低干式冷卻塔的有效抽力的原因和研究改善自然風(fēng)不利影響的措施，本發(fā)明依據(jù)相似性原理提出了一套風(fēng)洞模擬實驗系統(tǒng)，并據(jù)此優(yōu)選出若干控風(fēng)設(shè)計方案。
本發(fā)明中的風(fēng)洞模擬實驗系統(tǒng)由回流式邊界層風(fēng)洞(1)、電加熱鍋爐(2)、循環(huán)水系統(tǒng)(3)、散熱器(5)、塔筒(4)、底板(7)組成，其中回流式邊界層風(fēng)洞具有兩個試驗段(11)，(12)，試驗段前部鋪有粗糙元(13)，以形成模擬大氣邊界層的風(fēng)速剖面。
電加熱鍋爐(2)中裝有電加熱器(21，22)，頂部裝有溢流閥(23)，外部裝有監(jiān)測水位的水位顯示管(24)，底部裝有出水閥(25)。
循環(huán)水系統(tǒng)(3)中的熱水經(jīng)上水總管(31)進入穩(wěn)定室(32)，然后經(jīng)進水管(33)分別進入各散熱器(4)，再由各散熱器的排水管(34)經(jīng)流量調(diào)節(jié)噴管(35)噴出，噴出的水由聚水池(36)集中，然后經(jīng)回水總管(37)由回水泵(38)返回電加熱鍋爐(2)。
散熱器(5)分為若干段，其結(jié)構(gòu)為翅片管式并與能模擬實際的冷卻塔散熱器結(jié)構(gòu)相匹配。散熱器(5)上安裝冷卻塔(4)，置于風(fēng)洞底板(7)上。
根據(jù)上述模型，優(yōu)選出五項方案a.在冷卻塔(4)底外加翅墻(13);
b.在冷卻塔(4)頂部加半圍墻(14);
c.在冷卻塔(4)底外加聚風(fēng)室(15);
d.在冷卻塔(4)內(nèi)部安裝十字墻(16);
e.在冷卻塔(4)底內(nèi)部安裝導(dǎo)風(fēng)錐(17)。
本發(fā)明的優(yōu)點是1.依據(jù)相似原理建立的一套干式冷卻塔對自然風(fēng)影響的控制能力的動態(tài)仿真風(fēng)洞實驗?zāi)M系統(tǒng)，具有整套的穩(wěn)定熱水循環(huán)和散熱裝置，并采用計算機進行實時溫度與風(fēng)速測量?？梢酝ㄟ^風(fēng)洞實驗快速地檢測干式冷卻塔控風(fēng)特性的效果，并反映出產(chǎn)生這種效果的空氣動力學(xué)機制。該系統(tǒng)能夠較好地反映真空塔的運行及風(fēng)力影響情況，能夠快速直接選擇各種改進方案，不僅適用于海勒式干塔，也適合于其它類型的干塔，其基本原理與測控方法也適合于濕式冷卻塔。2.通過干式冷卻塔控風(fēng)特性實驗系統(tǒng)的工作，優(yōu)選出的若干干式冷卻塔控風(fēng)設(shè)計方案，具有結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉、控風(fēng)效果良好的特點。可以作為目前已有干式冷卻塔的改型以及為重新設(shè)計塔達到良好性能的依據(jù)、采用此類方案可以不同程度地提高干式冷卻塔的控風(fēng)能力。不僅可以減少自然風(fēng)帶來的不利影響，甚至可以利用自然風(fēng)來提高冷卻效率，使發(fā)電機正常出力，節(jié)約煤耗。為我國發(fā)展能源作出貢獻。


圖1是干式冷卻塔控風(fēng)特性實驗系統(tǒng)示意圖。其中2-電加熱鍋爐，21-爐外電加熱器，22-爐內(nèi)電加熱器，23-溢流閥，24-水位顯示管，25-出水閥，3-循環(huán)水系統(tǒng)，31-上水總管，32-穩(wěn)定室，33-進水管，34-排水管，35-流量調(diào)節(jié)噴管，36-聚水池，37-回水總管，38-回水泵，4-冷卻塔，5-散熱器，6-半導(dǎo)體溫度計，7-底板。
圖2是回流式邊界層風(fēng)洞示意圖。其中1-回流式邊界層風(fēng)洞，11-前試驗段，12-后試驗段，13-粗糙元。
圖3是檢測系統(tǒng)框圖。其中5-散熱器，8-傳感器，9-直流放大器，10-直交流A/D變換器，11-計算機，12-顯示/打印裝置。
圖4是自然風(fēng)對干式冷卻塔進口風(fēng)速的影響(大同二電6號塔實測結(jié)果)。
圖5是自然風(fēng)對干式冷卻塔內(nèi)溫度分布(環(huán)向)的影響(大同二電6號塔實測結(jié)果)。
圖6是自然風(fēng)對干式冷卻塔內(nèi)溫度分布(垂向)的影響(大同二電6號塔實測結(jié)果)。
圖7是原型冷卻塔模型。其中4-冷卻塔，5-散熱器。
圖8是塔底外加十字翅墻模型。其中13-翅墻。
圖9是塔底外加十字翅墻(帶門洞)模型。其中131-門洞。
圖10是塔頂加半圍墻模型。其中14-半圍墻。
圖11是塔底加聚風(fēng)室模型。其中15-聚風(fēng)室。
圖12是塔底內(nèi)部安裝十字墻模型。其中16-十字墻。
圖13是塔底內(nèi)部安裝帶十字翅圓錐模型。其中17-倒風(fēng)錐，18-十字翅。
實施例一、風(fēng)洞和模型風(fēng)洞為具有兩個試驗段的回流式邊界風(fēng)洞(圖2)，試驗在第一試驗段中進行。試驗段寬2.4m，高1.8m，長8m。試驗段前部鋪有4m長的粗糙元，以形成模擬大氣邊界層的風(fēng)速剖面。模型縮尺比為1/180。電加熱鍋爐(2)的容量為1.2立方米，爐外電加熱器(21)采用3千瓦電熱管，爐內(nèi)電加熱器(23)采用2千瓦電熱管。散熱器部分由紫銅管(外徑φ12mm，內(nèi)徑φ10mm)和紫銅翅片(厚0.3mm)構(gòu)成。散熱器共分6個扇形區(qū)，每個扇形區(qū)形成獨立的熱循環(huán)水系統(tǒng)，循環(huán)水系統(tǒng)(3)中的上水總管(31)、穩(wěn)定室(33)、進水管(33)均包裹隔熱材料。在與散熱器相連的進、出水管處安裝有半導(dǎo)體溫度計(7)，塔筒為玻璃鋼制成，厚3.0mm(圖7)。
二、優(yōu)選方案根據(jù)上述模擬系統(tǒng)，對下述5項10種方案進行了變風(fēng)速和變風(fēng)向的風(fēng)洞實驗，詳見下表


其中方案Ⅰ在冷卻塔底外部的翅墻(13)共4個，其墻面沿塔底半徑方向，彼此相隔90°，安裝位置根據(jù)冷卻塔周圍環(huán)境與主風(fēng)向由風(fēng)洞試驗確定，墻高為散熱器高度，墻寬為墻高的三分之二。冷卻塔底的十字翅墻(13)的底部開有門洞(131)，門洞(131)的高度為翅墻(13)高度的六分之一，門洞(131)的寬度為翅墻(13)寬度的五分之一。方案Ⅱ在冷卻塔(4)頂部的半圍墻(14)可以是沿墻頂圓周回轉(zhuǎn)式的，安裝位置是半圍墻弓背朝主風(fēng)向。在冷卻塔(4)頂部的半圍墻可以是由若干片可升降的墻片構(gòu)成的組式的結(jié)構(gòu)。方案Ⅲ在冷卻塔(4)底部的聚風(fēng)室(15)采用百葉窗式環(huán)形室，其高度與散熱器(5)高度相同，寬度為散熱器(5)的寬度的三分之二。方案Ⅳ在冷卻塔(4)內(nèi)部安裝的十字墻(16)與散熱器(5)同高，其長度為63米。方案Ⅴ塔內(nèi)導(dǎo)風(fēng)錐(17)與塔同軸，錐底部直徑約為塔底半徑的三分之二，錐高約為散熱器高度的兩倍。塔內(nèi)導(dǎo)風(fēng)錐(17)可帶有十字翅墻(18)，翅墻(18)與導(dǎo)風(fēng)錐(17)同高，其底寬為圓錐直徑的十分之一，頂寬等于導(dǎo)風(fēng)錐半徑。
三、測量系統(tǒng)整個實驗采用了計算機自動測量系統(tǒng)，測量內(nèi)容包括(1)各扇形段的散熱器入口水溫及出口水溫。
(2)塔內(nèi)參考溫度。
(3)塔外參考溫度(風(fēng)洞氣流溫度)。
測控系統(tǒng)方框圖見圖3。
權(quán)利要求
1.一種干式冷卻塔控風(fēng)特性實驗系統(tǒng)，其特征是該系統(tǒng)由回流式邊界層風(fēng)洞(1)、電加熱鍋爐(2)、循環(huán)水系統(tǒng)(3)、冷卻塔(4)、散熱器(5)、底板(7)組成1.1回流式邊界層風(fēng)洞(1)具有兩個試驗段(11、12)，試驗段前部鋪有粗糙元(13)；1.2電加熱鍋爐(2)中裝有電加熱器(21、22)，頂部裝有溢流閥(23)，外部裝有監(jiān)測水位的水位顯示管(24)，底部裝有出水閥(25)；1.3循環(huán)水系統(tǒng)(3)中的熱水經(jīng)上水總管(31)進入穩(wěn)定室(32)，然后經(jīng)進水管(33)分別進入各散熱器(5)，再由各散熱器的排水管(34)經(jīng)流量調(diào)節(jié)噴管(35)噴出，噴出的水由聚水池(36)集中，然后經(jīng)回水總管(37)由回水泵(38)返回電加熱鍋爐(2)；1.4散熱器(5)分為若干段，其結(jié)構(gòu)為翅片管式并與能模擬實際的冷卻塔散熱器結(jié)構(gòu)相匹配；1.5散熱器(5)上安裝冷卻塔(4)，置于風(fēng)洞底板(7)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干式冷卻塔控風(fēng)特性實驗系統(tǒng)，其特征是電加熱鍋爐(2)的容量為1.2立方米，爐內(nèi)電加熱器(21)采用3千瓦電熱管，爐外電加熱器(22)采用2千瓦電熱管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的干式冷卻塔控風(fēng)特性實驗系統(tǒng)，其特征是循環(huán)水系統(tǒng)(3)中的上水總管(31)、穩(wěn)定室(32)、進水管(33)均包裹隔熱材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的干式冷卻塔控風(fēng)特性實驗系統(tǒng)，其特征是構(gòu)成散熱器(5)的紫銅管外徑為12毫米，內(nèi)徑為10毫米;紫銅翅厚0.3毫米，散熱器共分六個扇形區(qū)，每個扇形區(qū)形成獨立的熱水循環(huán)系統(tǒng);在與散熱器相連的進、出水管處安裝有半導(dǎo)體溫度計(7)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的干式冷卻塔控風(fēng)特性實驗系統(tǒng)，其特征是來自半導(dǎo)體溫度計(7)的信號送入傳感器(8)，經(jīng)直流放大器(9)放大，再送入A/D變換器(12)輸出檢測結(jié)果。
6.一組根據(jù)權(quán)利要求1所述的干式冷卻塔控風(fēng)特性實驗系統(tǒng)優(yōu)選出的冷卻塔控風(fēng)設(shè)計方案，其特征是6.1或在冷卻塔(4)底外加翅墻(13);6.2或在冷卻塔(4)頂部加半圍墻(14);6.3或在冷卻塔(4)底外加聚風(fēng)室(15);6.4或在冷卻塔(4)底內(nèi)部安裝十字墻(16);6.5或在冷卻塔(4)底內(nèi)部安裝導(dǎo)風(fēng)錐(17);
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的干式冷卻塔控風(fēng)設(shè)計方案，其特征是所說的在冷卻塔底外部的翅墻(13)共4個，其墻面沿塔底半徑方向，彼此相隔90°，墻高為散熱器高度，墻寬為墻高的三分之二。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的干式冷卻塔控風(fēng)設(shè)計方案，其特征是在冷卻塔底的十字翅墻(13)的底部開有門洞(131)，門洞(131)的高度為翅墻(13)高度的六分之一，門洞(131)的寬度為翅墻(13)寬度的五分之一。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的干式冷卻塔控風(fēng)設(shè)計方案，其特征是所說的在冷卻塔(4)頂部的半圍墻(14)可以是沿墻頂圓周回轉(zhuǎn)式的，安裝位置是半圍墻弓背朝主風(fēng)向。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的干式冷卻塔控風(fēng)設(shè)計方案，其特征是所說的在冷卻塔(4)頂部的半圍墻可以是由若干片可升降的墻片構(gòu)成帆式的結(jié)構(gòu)。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的干式冷卻塔控風(fēng)設(shè)計方案，其特征是所說的在冷卻塔(4)底部的聚風(fēng)室(15)采用百葉窗式環(huán)形室，其高度與散熱器(5)高度相同，寬度為散熱器(5)的寬度的三分之二。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的干式冷卻塔控風(fēng)設(shè)計方案，其特征是所說的在冷卻塔塔筒(4)內(nèi)部安裝的十字墻(16)與散熱器(5)同高，其長度為63米。
13.根據(jù)權(quán)利要求6所述的干式冷卻塔控風(fēng)設(shè)計方案，其特征是所說的塔內(nèi)導(dǎo)風(fēng)錐(17)與塔同軸，錐底部直徑為塔底半徑的三分之二，錐高為散熱器高度的兩倍。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的干式冷卻塔控風(fēng)設(shè)計方案，其特征是所說的塔內(nèi)導(dǎo)風(fēng)錐(17)可帶有十字翅墻(18)，翅墻(18)與導(dǎo)風(fēng)錐(17)同高，其底寬為圓錐直徑的十分之一，頂寬等于導(dǎo)風(fēng)錐半徑。
全文摘要
本發(fā)明涉及的是熱電廠干式冷卻塔對自然風(fēng)影響的控制能力的動態(tài)仿真風(fēng)洞實驗?zāi)M系統(tǒng)，以及通過該系統(tǒng)優(yōu)選出的若干干式冷卻塔控風(fēng)設(shè)計方案。干式冷卻塔控風(fēng)特性實驗系統(tǒng)由回流式邊界層風(fēng)洞、電加熱鍋爐、循環(huán)水系統(tǒng)、冷卻塔、散熱器、底板組成。據(jù)此系統(tǒng)優(yōu)選出了五項冷卻塔控風(fēng)設(shè)計方案，即在冷卻塔底外加翅墻，在冷卻塔頂部加半圍墻，在冷卻塔底外加聚風(fēng)室，在冷卻塔底內(nèi)部安裝十字墻，在冷卻塔底內(nèi)部安裝導(dǎo)風(fēng)錐。
文檔編號F28C1/00GK1072770SQ92114520
公開日1993年6月2日 申請日期1992年12月21日 優(yōu)先權(quán)日1992年12月21日
發(fā)明者魏慶鼎, 張伯寅, 劉可器, 孟憲忠, 杜向東, 趙振國, 陸振鐸, 石金玲 申請人:北京大學(xué)