论文摘要
火力发电是我国电力能源生产的主体,而冷却塔的冷却性能直接影响到火电厂的安全、经济和稳定运行,所以研究如何提高冷却塔的冷却性能具有重大的工程现实意义。自从第一座冷却塔建成以来至今已有百年的历史,国内外学者采用各种手段对冷却塔内的传热传质过程进行了大量研究,并建立了不同类型的数学模型。为了提高塔的冷却性能,众多专家学者也已经提出了许多行之有效的措施和方案,例如通过对填料以及对配水系统的合理布置,改变水和空气的流动状态,改变它们之间的传热传质特性,从而提高冷却塔的冷却效率。但截止到目前为止,大部分人都是对配水区和填料区进行材料和布置方面的优化优化,而作为配风区的雨区,则很少有人关注。作者在对塔内空气动力场进行数值计算和模型试验之后发现:环境冷空气从冷却塔进风口进入雨区,在向内流动过程中,会与淋水发生传热传质,从而达到循环冷却水在塔内降温冷却的效果。但是由于塔内换热面上淋水密度和重量风速存在不协调和不匹配的现象,所以导致塔内某些区域换热效果不好,冷却效率较低。基于塔内存在正常换热区和弱换热区这一现象,作者提出塔内空气动力场的优化思想,并采用合理配风的方法,使得塔内淋水密度和重量风速合理匹配,从而通过塔内空气温度场、湿度场和冷却水温度场的合理耦合和优化布置,提高冷却塔内弱换热区的换热冷却性能,从而提高整个塔的冷却效率。在确定了这个节能优化方向之后,作者首先利用CFD数值模拟软件对此优化方案进行了预测性数值计算。先画出冷却塔的结构化网格,依据实际工况为网格定义了边界条件,将工程实际中引入弱换热区的冷空气转化为数值计算网格的质量、能量、动量、组分等附加源项,在对比计算了一系列工况之后发现:在进塔水温、淋水密度、环境条件等其他边界条件都相同的情况下,优化后的出塔水温普遍比优化前降低0.3℃左右,冷却塔的相关性能参数如冷却温差、效率系数、冷却数、散热系数和散质系数等都有不同程度的提高。最后作者又利用现有冷却塔模型试验台对优化前后进行了对比热态试验。试验包括变循环水量、变进塔水温、变侧风风速、优化前后等一系列工况的对比。试验数据对比表明:在其他条件都相同的情况下,优化后的循环冷却水温降比优化前的温降普遍增大0.1～0.4℃,这是一个普遍的现象。这说明本文所提出的优化方案是可行的和行之有效的,这可以在以后通过实型塔的现场试验进一步证明,该方案有一定的工程实际应用价值。