CN111664723B - 一种直接空冷单元防冻及空气流场优化装置 - Google Patents

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Abstract

一种直接空冷单元防冻及空气流场优化装置，其中空冷单元包括空冷翅片管束、轴流风机；空冷翅片管束倾斜布置在空冷单元左右两侧构成“A”型框架，空冷单元底部安装有轴流风机；防冻及空气流场优化装置位于空冷单元左右两侧翅片管束中间的通道空间中，安装于轴流风机出风口上侧；防冻及空气流场优化装置由若干个导风板组成，导风板绕其旋转轴处于不同工作位置；改善空冷凝汽器散热能力，提高机组运行的经济性；可防止空冷单元管束冻结，提高空冷凝汽器冬季运行的安全性和经济性。

Description

一种直接空冷单元防冻及空气流场优化装置
技术领域
本发明属于电厂节能环保领域，特别涉及一种直接空冷单元防冻及空气流场优化装置。
背景技术
近年来具有显著节水效益的火电直接空冷机组在我国北方地区获得了快速发展。直接空冷机组以空气代替水作为冷却介质对汽轮机排汽进行直接冷却，从而用空冷凝汽器代替传统的水冷凝汽器。由于空气密度低，比热小，导热系数低，其冷却能力远小于水的冷却能力，导致空冷凝汽器面积庞大，空冷单元数量多。研究发现，由于风机叶片的旋转作用，空冷风机出口流场呈不均匀状态，空气在风机出口以螺旋形式向上运动，在空气流动方向同时存在轴向流速和径向流速；且轴向流速沿风机半径方向分布不均匀，气流速度从风机中心至风机边缘逐渐增大，在离心力的作用下，在风机边缘形成密度和速度较大的空气团，轮毂上方形成较大的空气旋涡。而且，空冷单元所采用的特殊“A”型结构，使得翅片管束的迎面风速分布极不均匀，从而导致空冷翅片管散热能力差，空冷凝汽器冷却性能下降。
在冬季低温时段，为了防止空冷单元内的凝结水冻结，空冷风机停止使用，但此时仍然有空气通过风机流入空冷单元内部，并且流过凝汽器翅片时将管束内的蒸汽及凝结水热量带走，致使凝结水过度冷却而产生冻结现象。凝汽器冻结会堵塞管束，引起凝结水聚集，冻结面积进一步扩大，同时导致凝汽器管束冻裂，空冷凝汽器设置损坏。防冻是直接空冷机组冬季运行时面临的重大问题。
发明内容
本发明的目的是针对空冷凝汽器单元内部空气流场分布不均匀及冬季防冻能力差的缺陷，提出一种直接空冷单元防冻及空气流场优化装置。针对火电机组直接空冷凝汽器单元内部轴流风机出口风速分布不均匀及空冷单元冬季防冻效果差的特点，可实现空冷单元内部空气流场的优化组织，降低空冷翅片管束迎风面空气的不均匀性，同时在冬季低温时段，减少或阻止空气通过轴流风机流入空冷单元内部，减小空冷单元冻结风险。
一种直接空冷单元防冻及空气流场优化装置，其中空冷单元包括空冷翅片管束、轴流风机；空冷翅片管束倾斜布置在空冷单元左右两侧构成“A”型框架，空冷单元底部安装有轴流风机；其特征在于，防冻及空气流场优化装置位于空冷单元左右两侧翅片管束中间的通道空间中，安装于轴流风机出风口上侧；防冻及空气流场优化装置由若干个导风板组成，导风板绕其旋转轴处于不同工作位置；在防冻期间，导风板处于水平位置，将风机出风口封闭，阻止环境风流入空冷单元内，防止空冷翅片管束冻结；在非防冻运行期间，导风板旋转一定角度，对风机出风口的空气流场进行导向优化。
本发明的有益效果是：充分利用导风板及其扰流翼，对空冷单元内部风机出口处的空气流场重新组织优化，使空气流场分布更加均匀，从而提高空气利用率，改善空冷凝汽器散热能力，提高机组运行的经济性；同时在冬季低温时段可将风机出口封闭，阻止空气流入空冷单元内部，从而防止空冷单元管束冻结，提高空冷凝汽器冬季运行的安全性和经济性。
附图说明
图1为本装置流场优化运行状态侧视图；
图2为本装置防冻运行状态侧视图；
图3为本装置流场优化运行状态俯视图；
图4为本装置防冻运行状态俯视图；
图5为导风板结构示意图；
图6为扰流翼结构示意图。
图中：1-空冷凝汽器单元，2-风机，3-风筒，4-风机桥架，5-防冻及空气流场优化装置，6-风机平台，7-导风板，8-扰流翼，D-扰流翼间距，H-扰流翼高度，W1-导风板宽度，W2-扰流翼宽度，L-导风板长度。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述，应当理解，此处所描述的内容仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
图1-4所示的直接空冷单元防冻及空气流场优化装置示意图中，直接空冷单元包括：蒸汽分配管、空冷翅片管束；直接空冷单元“A”型框架体由上方的蒸汽分配管和下方的两排空冷翅片管束焊接构成，两排空冷翅片管束的顶端与蒸汽分配管相连，且每排空冷翅片管束中的各空冷翅片管束之间平行设置；
两排空冷翅片管束下端放置于矩形风机平台6上，风机平台的中央轴线处设置有风机桥架4，风机桥架4与蒸汽分配管平行放置并用于安装风机2，圆筒状风筒3安装于矩形风机平台6下侧，风筒3作为外部空气进入直接空冷单元内部的空气通道，风筒3与矩形风机平台6之间采用密封结构；
风机2处于风筒3内部，风机2旋转时通过风筒3从而将空气送进空冷单元内。
防冻及空气流场优化装置5水平布置于风机出口处(即风筒3出口)的风机平台上侧，该装置由若干个以风机桥架纵向中心线(空冷单元纵向轴线)为对称轴线，分布于桥架两侧，平行且等间距带有矩形扰流翼的导风板组成。
空冷风机出口处(即风筒3出口)的风机平台上布置若干条状导风板安装基架，安装基架间保持一定间距，平行于风机桥架，分布于桥架两侧。
导风板采用矩形平面结构，其一个侧边安装于导风板安装基架上，导风板以该侧边为轴可进行上下旋转。
每个导风板的接近风机桥架侧边安装于风机出口平台的安装基架上，其对侧边(远离风机桥架侧边)可以向上旋转至一定角度(0°～90°)后固定保持。如图2、4所示，在冬季防冻期间，使导风板水平保持在风机平台上方，将风机出风口完全封闭，阻止环境风从风筒流入空冷单元内，减少空冷散热器的散热量，有效防止空冷管束冻结。在非防冻运行期间，如图1、3所示，将导风板旋转一定角度(0°～90°)，导风板及其矩形扰流翼将风机出口呈“螺旋”上升状态的空气流场进行重新组织优化，使其在空冷单元两侧散热管束的分布更加均匀，从而提高空气利用效率及空冷凝汽器散热能力。
图5所示为导风板结构示意图。导风板采用矩形平面结构，位于风筒圆形区域内部的导风板形状一致，位于风筒中央处导风板(长度L)则略长，导风板垂直于旋转轴的侧边所处位置应超出风机风筒边缘一定长度，突出长度约5cm，便于将导风板一侧固定在风机平台上面，同时避免装置导风板和风筒边缘之间产生间隙而导致漏风；
导风板宽度W1约30～40cm，导风板间距(即导风板安装基架间距)等于导风板宽度W1。在冬季防冻期间，将导风板以水平方式处于风机平台上方(即旋转角度为0°)，此时将风机出风口完全封闭，阻止环境风从风机流入空冷单元内，防止空冷管束内蒸汽过度冷却，从而有效防止空冷管束冻结。在非防冻运行期间，导风板旋转一定的角度，各导风板其旋转角度不同，以桥架中心线一侧为例，将导风板所处区域等宽度可分为三个区，从靠近桥架侧向风机边缘依次为内部区、中间区和外部区，其中内部区导风板打开呈90°，即垂直于水平面，中间区导风板打开旋转角度为α(60°≤α≤90°)，而外部区导风板打开旋转角度为β(45°≤β≤α)，根据空冷单元内部空气流场模拟优化分析处理，当空气流场在该侧散热面管束方向上分布最为均匀时的α和β即为最终的控制调节旋转值。
根据尺寸安装需求，每一排导风板可为一个整体导风板或由多个导风板构成。
进一步，导风板可采用执行机构进行驱动旋转，每一排或每一个导风板可独立驱动进行旋转，通过配置相应的气流感测单元、控制单元及驱动单元，进行气流感测后由控制单元进行模拟优化运算，可以实时对每一排或每一个导风板的旋转角度进行独立调节，对空气流场进行实时优化控制。
导风板也可设置成对称旋转轴结构，即其旋转轴位于导风板中心线上，导风板旋转时的驱动扭矩可降低，提高旋转操作灵活性。
为实现对空气流场进行优化控制，气流导向作用更好，导风板也可采用其他平面形状，如三角形、平行四边形、菱形等，导风板横截面还可采用一定翼形结构，如采用横截面为弧形或“V”型的空气导流板。
图6所示为扰流翼结构示意图。导风板上侧面布置矩形扰流翼，使气流通过扰流翼后，沿导风板表面流动方向的空气流场分布更加均匀。矩形扰流翼垂直于导风板旋转轴，垂直于导风板平面，采用等间距平行设置。
矩形扰流翼的宽度(W2)等于导风板宽度(W1)，其高度(H)等于导风板间距，扰流翼接近导风板旋转轴的侧边上加工出较大直径的弧形圆角，以免相邻导风板转动时相互间干涉碰撞。扰流翼间距D为40～45cm，根据空冷单元内部空气流场数值模拟分析，当空气流场在沿导风板出口方向的空气流场分布最为均匀时确定最优间距。另外，导风板和矩形扰流翼表面必须光滑，尽可能减少空气流过时的流动阻力。
扰流翼可布置于导风板上侧，也可布置于下侧。扰流翼还可相对于导风板平面、导风板旋转轴进行一定安装角度旋转，对气流导向进行最优调整。
扰流翼也可采用其他平面形状，如三角形、平行四边形、菱形等，导流板横截面还可采用一定翼形结构，如采用横截面为弧形或“V”型的空气导流板。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的解释，并不用于限制本发明，尽管对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种直接空冷单元防冻及空气流场优化装置，其中空冷单元包括空冷翅片管束、轴流风机；空冷翅片管束倾斜布置在空冷单元左右两侧构成“A”型框架，空冷单元底部安装有轴流风机；其特征在于，防冻及空气流场优化装置位于空冷单元左右两侧翅片管束中间的通道空间中，安装于轴流风机出风口上侧；防冻及空气流场优化装置由若干个导风板组成，导风板绕其旋转轴处于不同工作位置；在防冻期间，导风板处于水平位置，将风机出风口封闭，阻止环境风流入空冷单元内，防止空冷翅片管束冻结；在非防冻运行期间，导风板旋转一定角度，对风机出风口的空气流场进行导向优化；
导风板采用矩形平面结构，位于风筒圆形区域内部的导风板形状一致，位于风筒中央处导风板略长，导风板垂直于旋转轴的侧边所处位置应超出风机风筒边缘一定长度；
每一排导风板由多个导风板构成；每一个导风板采用执行机构进行驱动旋转，每一个导风板可独立驱动进行旋转，配置气流感测单元、控制单元及驱动单元，进行气流感测后由控制单元进行模拟优化运算，实时对每一个导风板的旋转角度进行独立调节，对空气流场进行实时优化控制；
导风板表面上布置扰流翼，气流通过扰流翼后，沿导风板表面方向的空气流场分布更加均匀；扰流翼相对于导风板平面、导风板旋转轴进行一定安装角度旋转，对气流导向进行最优调整；
将导风板旋转一定角度，导风板及其矩形扰流翼将风机出口呈“螺旋”上升状态的空气流场进行重新组织优化，使其在空冷单元两侧散热管束的分布更加均匀；
在非防冻运行期间，导风板旋转一定的角度，各导风板旋转角度不同，在对称中心线一侧，导风板所处区域分为三个区，从近中心侧至风机边缘依次为内部区、中间区和外部区，内部区导风板呈90°，即垂直于水平面，中间区导风板旋转角度为α，60°≤α≤90°，而外部区导风板旋转角度为β，45°≤β≤α；根据空冷单元内部空气流场模拟优化分析处理，当空气流场在散热面管束方向上分布最为均匀时的α和β即为最终的控制调节旋转值；
扰流翼为矩形，采用等间距平行设置，矩形扰流翼的宽度等于导风板宽度，其高度等于导风板间距，扰流翼接近导风板旋转轴的侧边上加工出较大直径的弧形圆角。
2.根据权利要求1所述的直接空冷单元防冻及空气流场优化装置，其特征在于，若干个导风板以空冷单元纵向轴线为对称中心线，在两侧平行排列、等间距且对称布置。
3.根据权利要求2所述的直接空冷单元防冻及空气流场优化装置，其特征在于，风机出风口上水平布置若干条形导风板安装基架，安装基架相互保持一定间距，平行于对称中心线；导风板旋转轴平行于基架并固定于导风板安装基架上。
4.根据权利要求3所述的直接空冷单元防冻及空气流场优化装置，其特征在于，导风板采用矩形平面结构，其一个侧边安装于导风板安装基架上，并以该侧边为旋转轴进行旋转。
5.根据权利要求4所述的直接空冷单元防冻及空气流场优化装置，其特征在于，导风板近中心线侧边安装于风机出口的安装基架上，其对侧边向上旋转至一定角度后固定保持。
6.根据权利要求1所述的直接空冷单元防冻及空气流场优化装置，其特征在于，导风板采用矩形、三角形或平行四边形，导风板横截面采用一定翼形结构。
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