CN103148709A - 直接空冷系统的防风装置、防风控制系统及防风控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种直接空冷系统的防风装置、防风控制系统及防风控制方法，其中，防风装置为由多个防风网片组成的防风网阵列；防风网阵列设置在直接空冷系统的空冷平台的下方。在空冷平台下方引入防风网，能够有效降低环境风对直接空冷系统的影响，提高高温大风环境下直接空冷系统的运行能力。

Description

直接空冷系统的防风装置、防风控制系统及防风控制方法

技术领域

本发明涉及一种直接空冷系统，具体涉及一种直接空冷系统的防风装置、防风控制系统及防风控制方法。

背景技术

直接空冷系统是指：汽轮机排汽经过排汽管道直接送入散热器中，由环境空气将散热器内的气体冷却为凝结水。由于直接空冷系统减少了常规二次换热所需要的中间冷却介质，具有良好的节水特性，因此，在我国北方缺水地区已得到大量应用。

但是，现有的直接空冷系统采用平台式架构，空冷平台的风机效率容易受到环境风影响，特别是高温大风条件下，风机效率会大幅下降，从而严重影响散热器换热能力，甚至引起空冷机组跳机而造成巨大损失。

因此，如何降低环境风对直接空冷系统的影响，提高高温大风环境下直接空冷系统的运行能力，使直接空冷系统有效应用于新疆等高温大风区域，具有重要现实意义。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种直接空冷系统的防风装置、防风控制系统及防风控制方法，能够有效降低环境风对直接空冷系统的影响，提高高温大风环境下直接空冷系统的运行能力。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种直接空冷系统的防风装置，所述防风装置为由多个防风网片组成的防风网阵列；所述防风网阵列设置在直接空冷系统的空冷平台的下方。

优选的，所述空冷平台通过多根支撑柱固定在地面上；所述防风网阵列中的各个所述防风网片通过框架固定于所述支撑柱上。

优选的，所述防风网阵列包括平行于电厂主厂房A列的平行防风网阵列和垂直于电厂主厂房A列的垂直防风网阵列；所述平行防风网阵列与所述垂直防风网阵列在地面投影方向呈十字形交叉设置。

优选的，所述防风网片为碟形板的镀铝锌网板、碟形板的玻璃钢网板、碟形板的玻璃树脂网板或者平面网板的纤维针织网。

优选的，根据所述直接空冷系统所处环境的实际工况和所述直接空冷系统中汽轮机运行参数，基于预设的控制算法，计算得出所述防风网阵列的最佳布置参数；基于计算得出的所述最佳布置参数布置所述防风网阵列。

优选的，所述防风网阵列的最佳布置参数包括所述防风网阵列中各个所述防风网片的布置形式、所述防风网阵列中包含的所述防风网片的数量、单个所述防风网片的面积、单个所述防风网片的开孔形式、单个所述防风网片的开孔率以及单个所述防风网片的布置角度中的一种或几种。

本发明还提供一种直接空冷系统的防风控制系统，包括防风网片旋转机构、控制计算机以及上述的防风装置；所述防风网片旋转机构与所述防风网片一对一设置；所述控制计算机通过各个所述防风网片旋转机构与所述防风网片连接。

优选的，所述防风网片旋转机构包括轴承和电机；所述轴承的一端与所述电机联动，所述轴承的另一端安装在所述防风网片的中心位置并与框架固定；所述电机与所述控制计算机连接。

本发明还提供一种直接空冷系统的防风控制方法，包括以下步骤：

S1，所述控制计算机采集所述直接空冷系统所在环境的温度信息、风速信息和风向信息；同时，所述控制计算机获取所述直接空冷系统中汽轮机的汽轮机运行参数；

S2，所述控制计算机以所述温度信息、所述风速信息、所述风向信息和所述汽轮机运行参数为查询条件，查询预先建立的控制参数数据库，获得当前工况下各个所述防风网片的最佳旋转角度；

S3，所述控制计算机生成与各个所述防风网片的最佳旋转角度分别对应的控制指令，然后向各个所述防风网片旋转机构发送所述控制指令，控制各个所述防风网片旋转机构旋转，进而使各个所述防风网片旋转机构带动各个所述防风网片旋转到所述最佳旋转角度。

优选的，S2中，所述控制参数数据库基于计算流体力学和数值模拟技术建立，用于存储各种工况条件下的防风网片最佳角度的组合。

本发明的有益效果如下：

本发明提供一种直接空冷系统的防风装置、防风控制系统及防风控制方法，在空冷平台下方引入防风网阵列，能够有效降低环境风对直接空冷系统的影响，提高高温大风环境下直接空冷系统的运行能力。

附图说明

图1为本发明提供的直接空冷系统的防风装置的布置结构图；

其中，1---散热器；2---风机；3---空冷平台立柱；4---防风网片；5---旋转机构。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细说明：

为更好的理解本发明，首先介绍一些基本的理论知识：

直接空冷系统的换热能力和换热效率主要由散热器质量流量和风机入口温度确定，而质量流量占主导地位。在风机数量一定的条件下，质量流量的多少主要依赖于风机入口压力，风机入口压力越大，则风机效率越高，表现为电厂汽轮机背压的大幅下降。当环境风非常大时，高风速会使风机入口压力大幅降低，造成风机效率下降，表现为背压的大幅上升。例如，在平行A列来风条件下，各机组背压存在较大差异，而同一机组在不同风速、风向条件下存在较大波动。由此可见，对于直接空冷系统，降低平台下方风机入口的切向风速，可以提高风机效率。

应用上述构思，本发明提供一种直接空冷系统的防风装置，该防风装置为由多个防风网片组成的防风网阵列；所述防风网阵列设置在直接空冷系统的空冷平台的下方。通过在空冷平台下方安装防风装置，在不同来风条件下调整各个防风网阵列的布置方式或调整防风网的安装角度等，从而调节空冷平台下方风环境，提高风机入口压力，降低背压的差异性和波动性，削弱环境风对空冷系统的不利影响，改善电厂在大风条件下的运行能力和运行特性。

更具体的，通常情况下，侧向大风更显著降低风机入口压力，导致风机抽吸困难，降低迎风的上游机组风机的效率，提高了机组背压。相对而言，下游风速因为之前的阻挡逐渐降低，风机效率相对较高，因此，夏季横向平行于A列来风时，上游机组背压甚至高于下游机组背压20kPa以上；但是，当加入防风装置之后，可以显著降低空冷平台下方风速，同时防风装置的阻挡能够显著提高上游机组入口风压，进而提高上游散热器的散热能力，降低整体平均背压。

实际应用中，空冷平台通过多根支撑柱固定在地面上，为方便防风装置的安装，可以同样通过支撑柱固定防风装置，例如，防风网阵列中的各个防风网片通过框架固定于支撑柱上。作为一种优选方式，防风网阵列可以呈十字形防风网阵列形式布置；其中，防风网阵列包括平行于电厂主厂房A列的平行防风网阵列和垂直于电厂主厂房A列的垂直防风网阵列，平行防风网阵列与垂直防风网阵列在地面投影方向呈十字形交叉设置。防风网片为现有技术中常规的防风抑尘网片，例如：碟形板的镀铝锌网板、碟形板的玻璃钢网板、碟形板的玻璃树脂网板或者平面网板的纤维针织网等等。

本发明中，根据直接空冷系统所处环境的实际工况和直接空冷系统中汽轮机运行参数，基于预设的控制算法，可以首先计算得出防风网阵列的最佳布置参数；基于计算得出的最佳布置参数再布置防风网阵列。其中，防风网阵列的最佳布置参数包括防风网阵列中各防风网片的布置形式、防风网阵列中包含的防风网片的数量、单个防风网片的面积、单个防风网片的开孔形式、单个防风网片的开孔率以及单个防风网片的布置角度中的一种或几种。

对于不同的机组布置形式、环境风速、风向温度等参数，防风网阵列不同位置的防风网片对应的最佳布置参数也存在显著区别。为了更智能化的控制防风网，更方便快捷高效的改善空冷平台的运行能力，本发明还提供了一种直接空冷系统的防风控制系统，包括防风网片旋转机构、控制计算机以及上述的防风装置；防风网片旋转机构与防风网片一对一设置；控制计算机通过各个防风网片旋转机构与防风网片连接。其中，防风网片旋转机构包括轴承和电机；轴承的一端与电机联动，轴承的另一端安装在防风网片的中心位置并与框架固定；电机与控制计算机连接。在轴承带动下，网板能够自垂直向水平进行双方向-90至+90度旋转；

应用上述防风控制系统，本发明还提供一种直接空冷系统的防风控制方法，包括以下步骤：

S1，控制计算机采集直接空冷系统所在环境的温度信息、风速信息和风向信息；同时，控制计算机获取直接空冷系统中汽轮机的汽轮机运行参数；

S2，控制计算机以温度信息、风速信息、风向信息和汽轮机运行参数为查询条件，查询预先建立的控制参数数据库，获得当前工况下各个防风网片的最佳旋转角度；

本中，控制参数数据库基于计算流体力学和数值模拟技术建立，用于存储各种工况条件下的防风网片最佳角度的组合。

具体的，控制参数数据库主要针对具体实施的电厂和系统，考虑当地温度、风速和风向条件，通过计算流体力学方法求解每一工况下的系统散热情况，并改变防风网旋转角度，获得改善系统换热的防风网最优角度。因此，输入环境温度、风速、风向、汽轮机运行参数等条件即可匹配得到防风网片旋转角度。

采用计算流体力学方法形成不同来流工况与防风网角度组合的优选方案，控制参数数据库即为存储各优选方案的数据库。计算流体力学和数值模拟技术是一种以理论流体力学和计算数学为基础，以大型计算机为工具，用于模拟和仿真物理过程的研究方法。在空冷系统设计的应用方面，相对理论和实验方法的局限性，数值模拟技术研究有着独到的优势。与理论研究相比，计算可以更多地面向非线性和复杂几何外形的问题，由于采用离散的数值方法和计算模拟实验方法，可以不受数学解析能力的限制，具有更大的适应性和求解能力；与实验研究相比，数值模拟更加经济、迅速，具有更大的自由度和灵活性，可以突破实验上物质条件的限制，获得更多、更细致的结果。

数值模拟采用的控制方程如下：流场为单一流体——空气，为理想不可压流体，其密度随温度变化，满足关系式其中p_op为环境气压，R为气体常数，M_W为气体分子质量。

流体力学根据众普遍规律：质量守恒定律，动量守恒定律，能量守恒定律，推导出下列基本控制方程：

由质量守恒定律导出连续性方程

$\frac{\∂\mathrm{\ρ}}{\∂t}+\▿\·\left(\mathrm{\ρ}\stackrel{\→}{v}\right)=S_m$

其中，ρ为流体密度，

为其速度，源项S_m为自定义源项。

由动量守恒定律导出运动方程

$\frac{\∂}{\∂t}\left(\mathrm{\ρ}\stackrel{\→}{v}\right)+\▿\·\left(\mathrm{\ρ}\stackrel{\→}{v}\stackrel{\→}{v}\right)=-\▿p+\▿\·\left(\stackrel{\stackrel{\‾}{\‾}}{\mathrm{\τ}}\right)+\mathrm{\ρ}\stackrel{\→}{g}+\stackrel{\→}{F}$

其中，p为压力，

为应力张量，而

和

分别是重力和外部的体力。

也包含依赖其他模型的源项，例如多孔介质和自定义源项。应力张量由下式给出

$\stackrel{\stackrel{\‾}{\‾}}{\mathrm{\τ}}=\mathrm{\μ}[(\▿\stackrel{\→}{v}+\▿{\stackrel{\→}{v}}^T)-\frac{2}{3}\▿\·\stackrel{\→}{v}I]$

其中，μ为流体动力粘性系数，I是单位张量，而右边第二项是体积膨胀作用。

由能量守恒定律导出能量方程

$\frac{\∂}{\∂t}\left(\mathrm{\ρE}\right)+\▿\·\left[\stackrel{\→}{v}(\mathrm{\ρE}+p)\right]=\▿\·[k_{\mathrm{eff}}\▿T-\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{h}_j{\stackrel{\→}{J}}_j+({\stackrel{\stackrel{\‾}{\‾}}{\mathrm{\τ}}}_{\mathrm{eff}}\·\stackrel{\→}{v})]+S_h$

其中，k_eff是考虑湍流条件下的有效的传导率，而是

组分j的扩散流量。方程右边前三项分别描述了热传导、组分扩散和粘性耗散带来的能量输运。S_h包括了化学反应热以及其它所有用户定义的体积热源项。

上方程中的

$E=h-\frac{p}{\mathrm{\ρ}}+\frac{v^2}{2}$

对于湍流现象，采用标准k-ε模型进行求解。它有两个独立的方程，求解两个变量，包括湍流动能k及其耗散率ε由下列方程

$\frac{\∂}{\∂t}\left(\mathrm{\ρk}\right)+\frac{\∂}{\∂x_i}\left(\mathrm{\ρk}{v}_i\right)=\frac{\∂}{\∂x_j}\left[(\mathrm{\μ}+\frac{{\mathrm{\μ}}_t}{{\mathrm{\σ}}_k})\frac{\∂k}{\∂x_j}\right]+G_k-G_b-\mathrm{\ρ\ϵ}-Y_m+S_k$

$\frac{\∂}{\∂t}\left(\mathrm{\ρ\ϵ}\right)+\frac{\∂}{\∂x_i}\left(\mathrm{\ρ\ϵ}{v}_i\right)=\frac{\∂}{\∂x_j}\left[(\mathrm{\μ}+\frac{{\mathrm{\μ}}_t}{{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\ϵ}}})\frac{\∂\mathrm{\ϵ}}{\∂x_j}\right]+C_{1\mathrm{\ϵ}}\frac{\mathrm{\ϵ}}{k}(G_k+C_{3\mathrm{\ϵ}}{G}_b)-C_{2\mathrm{\ϵ}}\mathrm{\ρ}\frac{{\mathrm{\ϵ}}^2}{k}+S_{\mathrm{\ϵ}}$

得到。方程中，G_k表示由平均速度梯度产生的湍流动能，G_b是由浮力产生的湍流动能，Y_M描绘在可压缩湍流对全部耗散率中，涨落扩张的贡献。

通过构造计算网格，对方程进行离散，引入来流的边界条件，对方程进行求解，就能够获得流场内任意位置的压力、速度、温度等物理量，以进一步换算散热量及背压。

其中，来流速度条件考虑大气边界成剖面因素，以位于空冷平台处标高10米的风速为工况中计算的风速，按照下面的公式给定大气边界层速度分布剖面：

$V^{*}=V_{\mathrm{con}}\×{\left(\frac{Z}{10}\right)}^{0.16}$

S3，控制计算机生成与各个防风网片的最佳旋转角度分别对应的控制指令，然后向各个防风网片旋转机构发送控制指令，控制各个防风网片旋转机构旋转，进而使各个防风网片旋转机构带动各个防风网片旋转到最佳旋转角度。

综上所述，本发明提供一种直接空冷系统的防风装置、防风控制系统及防风控制方法，在空冷平台下方引入防风网阵列，能够有效降低环境风对直接空冷系统的影响，提高高温大风环境下直接空冷系统的运行能力。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种直接空冷系统的防风装置，其特征在于，所述防风装置为由多个防风网片组成的防风网阵列；所述防风网阵列设置在直接空冷系统的空冷平台的下方。

2.根据权利要求1所述的直接空冷系统的防风装置，其特征在于，所述空冷平台通过多根支撑柱固定在地面上；所述防风网阵列中的各个所述防风网片通过框架固定于所述支撑柱上。

3.根据权利要求2所述的直接空冷系统的防风装置，其特征在于，所述防风网阵列包括平行于电厂主厂房A列的平行防风网阵列和垂直于电厂主厂房A列的垂直防风网阵列；所述平行防风网阵列与所述垂直防风网阵列在地面投影方向呈十字形交叉设置。

4.根据权利要求1所述的直接空冷系统的防风装置，其特征在于，所述防风网片为碟形板的镀铝锌网板、碟形板的玻璃钢网板、碟形板的玻璃树脂网板或者平面网板的纤维针织网。

5.根据权利要求1所述的直接空冷系统的防风装置，其特征在于，根据所述直接空冷系统所处环境的实际工况和所述直接空冷系统中汽轮机运行参数，基于预设的控制算法，计算得出所述防风网阵列的最佳布置参数；基于计算得出的所述最佳布置参数布置所述防风网阵列。

6.根据权利要求5所述的直接空冷系统的防风装置，其特征在于，所述防风网阵列的最佳布置参数包括所述防风网阵列中各个所述防风网片的布置形式、所述防风网阵列中包含的所述防风网片的数量、单个所述防风网片的面积、单个所述防风网片的开孔形式、单个所述防风网片的开孔率以及单个所述防风网片的布置角度中的一种或几种。

7.一种直接空冷系统的防风控制系统，包括防风网片旋转机构、控制计算机以及权利要求1-6任一项所述的防风装置；所述防风网片旋转机构与所述防风网片一对一设置；所述控制计算机通过各个所述防风网片旋转机构与所述防风网片连接。

8.根据权利要求7所述的直接空冷系统的防风控制系统，其特征在于，所述防风网片旋转机构包括轴承和电机；所述轴承的一端与所述电机联动，所述轴承的另一端安装在所述防风网片的中心位置并与框架固定；所述电机与所述控制计算机连接。

9.一种直接空冷系统的防风控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，所述控制计算机采集所述直接空冷系统所在环境的温度信息、风速信息和风向信息；同时，所述控制计算机获取所述直接空冷系统中汽轮机的汽轮机运行参数；

S2，所述控制计算机以所述温度信息、所述风速信息、所述风向信息和所述汽轮机运行参数为查询条件，查询预先建立的控制参数数据库，获得当前工况下各个所述防风网片的最佳旋转角度；

S3，所述控制计算机生成与各个所述防风网片的最佳旋转角度分别对应的控制指令，然后向各个所述防风网片旋转机构发送所述控制指令，控制各个所述防风网片旋转机构旋转，进而使各个所述防风网片旋转机构带动各个所述防风网片旋转到所述最佳旋转角度。

10.根据权利要求9所述的直接空冷系统的防风控制方法，其特征在于，S2中，所述控制参数数据库基于计算流体力学和数值模拟技术建立，用于存储各种工况条件下的防风网片最佳角度的组合。