作者：秦永博 上海电气电站工程公司 上海 ２０１１００

摘 要：以２×６００ＭＷ 发电机组的间接空冷系统为研究对象，分析在冬季条件下，关闭不同位置 扇段后循环水量分配不均匀，即循环水不平衡对间接空冷系统防冻性能的影响。通过研究确认：一方 面，循环水量分配不均匀会导致扇段出水温度发生变化；另一方面，扇段水流量变化会影响扇段对应部 分的传热系数，进而对扇段的散热量产生影响。综合研究可得，扇段出水温度变化是扇段水流量变化和 扇段通风量变化综合作用的结果。

关键词：循环水；空冷；防冻；影响；研究

１ 研究背景 近年来，间接空冷技术在我国得到了飞速发展， 但是对于间接空冷防冻的研究还比较少，防冻因素 的复杂性给间接空冷系统防冻的研究带来了很多困 难［１－２］。就我国而言，间接空冷防冻研究主要从已运 行电厂实际入手，结合基础理论和数值模拟给出实 际电厂在冬季低温条件下的运行方式。通过电厂运 行实际调研发现，空冷塔散热器在冻裂之后修复难 度大，需要消耗人力、物力和财力，修复周期长，会造 成大量直接和间接经济损失［３－５］。 笔者从电站空冷散热器的工作原理入手，在冬 季条件下，关 闭 不 同 扇 段 位 置，研究循环水量不均 匀，即循环水不平衡对空冷塔散热器的影响，这对于 间接空冷系统散热器的防冻具有指导意义。垂直布 置散热器水路有两种形式，分别为散热器顺流和散 热器逆流。在冬季低温时，可以通过双回程顺流来 保证较高的出水温度。双回程布置可以提高管内水 流量分配的均匀性，进而提高垂直间接空冷系统防 冻的能力［６－７］。

２ 间接空冷系统流体计算 间接空冷系统流体可以采用标准ｋ－ε 湍流模型 进行模拟计算，这种方法在边界层流动、管内流动、 自由剪切流动、有回流流动等问题中已经得到很好 的应用，具有稳定、简单的特点，在较大范围内具有足够的精度。标准ｋ－ε湍流模型引入湍流动能ｋ 和 湍流耗散率ε两个参数，可以将湍流黏度μｔ 变换为 这两个参数的函数形式［８－９］： μｔ ＝ρＣμｋ２／ε （１） 式中：ρ为流体密度；Ｃμ 为通过水和空气的基础剪切 流试验得到的经验常数，通常取０．０９。 ３ 间接空冷系统建模 某电厂两 台６００ ＭＷ 空 冷 机 组 一 机 一 塔 垂 直 布置空冷塔，结 构 参 数 见 表１。为 了 获 取 并 分 析 计 算结果，将垂直空冷系统按照塔外侧空冷散热器的 布置方式建立与表１结构数据相一致的独立散热器 单元，这一散热器单元采用铝管铝翅片四排管垂直 布置。为 便 于 计 算 分 析，将一周平均分为１０个 扇 段，每３６°设立一个扇段，如图１所示，从右侧开始逆 时针命名为扇段１、扇段２、扇段３、……、扇段１０。 　　在低温条件下，关闭不同扇段进行分析。借助 数值模拟软件，对间接空冷系统循环水进行实体建 模。在分析中，只考虑各扇段的总进水量，对散热器 管束进行简化，间接空冷系统循环水简化模型如图 ２所示。

４ 关闭扇段影响研究 根据项目可研报告及历年气象资料，研究所在 地冬季年平均 温 度 为－１５ ℃。按 照 冬 季 电 厂 空 冷 系统比较常见的两种形式运行［１０］，进行对比分析计 算。第一种形式 为 只 开 启 扇 段４、扇 段８、扇 段１０， 第二种形式为只开启扇段３、扇段５、扇段１０。循环 水量采用总水量的１／２，即１６１５６．７１ｋｇ／ｓ，风向为 ４５°。扇段开启形式如图３所示。

４．１ 第一种形式 第一种形式为关闭空冷塔的侧向迎风扇段和侧 向背风扇段，通过循环水不平衡和平衡时的出水温 度，求出循环水不平衡对防冻的影响。通过对循环 水数值模拟，求出第一种形式各扇段的循环水流量， 如图４所示。 　　第一种形式各扇段循环水流量的不平衡率见 表２。由表２可以看出，最大循环水流量差异性发生 在扇段１０，不平衡率为８．６％，最小循环水流量差异 性发生在扇段４，不平衡率为－３．４％。第一种形式 循环水流量差异性较小，有利于空冷塔防冻。第一 种形式循环水压力云图如图 ５ 所 示，可 以 看 出 各 扇段管路压力相对 均 匀，流量分配相对平均。第 一种形式空冷塔空气流场速度矢量图如图６所示，可 以看出塔内流场涡流少，气流偏移小，对整个塔内的 空气流动是有利的。 第二种形式各扇段循环水流量的不平衡率见表 ３。由表３可以看出，各扇段循环水流量的差异性比 较大，最大循环水流量差异性发生在扇段１０，不 平 衡率为１８．１％，最小循环水流量差异性发生在扇段 ３，不平 衡 率 为－８．２％。扇 段１０处 于 另 一 根 支 管 上，且离总入口最近，导致扇段１０循环水流量增大。 第二种形式循环水压力云图如图８所示，可以看出 各扇段管路压力不均匀度较大。第二种形式空冷塔 空气流场速度矢量图如图９所示，可以看出塔内流 场涡流大，气流偏移相对严重。

４．３ 对比分析 分析数据汇总见表４。 　　从扇段管内水量分配均匀性的角度看，第一种 形式管内水量分配比较均匀，最大循环水流量不平 衡率为８．６％，第二种形式最大循环水流量不平衡 率超过１５％。 从各个扇段出水温度的变化来看，第二种形式 除流量大的扇段外，其它扇段的出水温度由于循环水 流量不均匀都得到降低。第二种形式水温最大降低 ０．６２Ｋ，最小降低０．５Ｋ。第一种形式水温最大降低０．３Ｋ，最小降低０．１８Ｋ，降低程度比第二种形式小。

从外部流场来看，两种形式由于开启的扇段数 量较少，流场都存在涡流和偏移，其中第一种形式空 冷塔内的涡流及气流偏移相对较小，更有利于流场 流动。 　由以上分析得出，宜采用第一种形式，开启扇段 ４、扇段８、扇段１０来进行间接空冷系统的防冻。

５ 结束语 笔者研究循环水不平衡对间接空冷系统防冻性 能的影响。由于分配不均匀所产生的循环水流量变 化会影响扇段的传热系数，进而对扇段的散热量及 通风量产生影响。扇段出水温度的变化是扇段循环 水流量不平衡和扇段风量变化综合作用的结果。 在冬季低温条件下，为保证间接空冷系统的防 冻要求，在关闭扇段的选择上，应优先关闭迎风侧及 背风侧扇段，这样可以在最大程度上减小循环水流 量不均匀性产生的影响，并保证冬季最低出水温度 的要求。