1、 第 41卷 第 6 期 中 国 电 机 工 程 学 报 V ol.41 No.6 Mar.20,2021 2212 2021年 3 月 20 日 Proceedings of the CSEE 2021 Chin.Soc.for Elec.Eng.DOI：10.13334/j.0258-8013.pcsee.200922 文 章 编号：0258-8013(2021)06-2212-10 中图 分类 号：TK 124 文 献标识码：A 基于冷却幅高的间接空冷塔冷却特性分析与评价 韩华锋1，陈庆杰2，赵元宾3*，王立东1，秦春营1，李文东3(1国电浙能宁东发电有限公司，宁夏回族自治区 银川市 7
2、50408；2济南蓝辰能源技术有限公司，山东省 济南市 250101；3山东大学能源与动力工程学院，山东省 济南市 250061)Analysis and Evaluation of Cooling Characteristics of Natural Draft Dry Cooling Tower Based on the Cooling Approach HAN Huafeng1,CHEN Qingjie2,ZHAO Yuanbin3*,WANG Lidong1,QIN Chunying1,LI Wendong3(1.Guodian Zheneng Ningdong Power Gener
3、ation Co.,Ltd.,Yinchuan 750408,Ningxia Hui Autonomous Region,China;2.Jinan Lanchen Energy Technology Co.,Ltd.,Jinan 250101,Shandong Province,China;3.School of Energy and Power Engineering,Shandong University,Jinan 250061,Shandong Province,China)ABSTRACT:The cooling performance of natural draft dry c
4、ooling tower(NDDCT)is directly related to the economy and safety of the power-generating units.To describe the running status and cooling performance of NDDCT more intuitively and comprehensively,based on an indirect dry cooling system for one 1 000 MW unit,the cooling approach of dry cooling tower
5、is introduced and a theoretical calculation model was proposed.With the combination of field measurement and unit operation data,the influence of environment meteorological conditions and operation parameters on the cooling approach was studied,and the effect of ambient crosswind on the cooling perf
6、ormance of NDDCT was analyzed by comparing the measured cooling approach and the calculated cooling approach under the tested working conditions without crosswind.Results show that the cooling approach decreases with the increase of ambient temperature and increases with the increase of inlet water
7、temperature.Under ambient crosswind conditions,the windward sector cooling approach at the dominant wind direction is lower than that cooling sector at tower lateral.This study could provide good basis for the anti-freezing operational regulation of NDDCT,the radiator bundle cleaning and the cooling
8、 performance evaluation and improvements for NDDCT.KEY WORDS:natural draft dry cooling tower;cooling performance;cooling approach;ambient wind;evaluation index 摘要：自然通风间接空冷塔的冷却性能直接关系到机组运行 基金项目：国家自然科学基金项目(51606112)；国家能源集团科技创新类项目(GJNY-20-06)。Project Supported by the National Natural Science Foundation
9、of China(51606112);Science and Technology Innovation Project of China Energy Investment Corporation(GJNY-20-06).的经济性和安全性，为了更加直观、全面地描述空冷塔运行状态和冷却性能，针对某 1 000 MW机组间接空冷系统，提出空冷塔冷却幅高的概念，建立理论计算模型，结合现场实测和机组运行数据，研究了环境条件及机组运行参数对冷却幅高的影响规律，通过对比实测冷却幅高与实测工况参数无风条件下冷却幅高计算值，分析了环境风对间接空冷塔冷却性能的影响。结果表明：冷却幅高随环境温度的升高而减小，随
10、进水温度的升高而增大；环境风条件下，主导风向迎风面扇区的冷却幅高低于侧风面扇区。研究结果可为间接空冷系统防冻运行调控、空冷散热器管束清洗和间接空冷塔冷却性能的评价和改善提供依据。关键词：自然通风间接空冷塔；冷却性能；冷却幅高；环境风；评价指标 0 引言 自然通风间接空冷系统借助空冷塔自然对 流作用抽吸环境风，在散热器内实现对循环水的 冷却，具有节水节能、噪音小的特点，在我国水 资源短缺的西北地区热电厂得到广泛应用1-2。间接空冷塔是间接空冷系统的核心组成部分，其性能 直接关系到发电机组运行的经济性、安全性和稳 定性3-4。空冷塔的冷却性能受空冷塔结构、机组负荷、进水温度、环境温度、环境风速风向
11、等多种因素的影响5-8，特别是侧风条件会严重降低空冷塔的冷却性能9-10。刘学亮等11利用 EBSILON 软件建立600MW 间接空冷汽轮机组模型，发现机组负荷或环境温度的升高均会引起空冷塔水温的上升；Liao等12研究了不同环境风速时不同塔形的流场、温度第 6期 韩华锋等：基于冷却幅高的间接空冷塔冷却特性分析与评价 2213 场及各扇区出口水温分布，指出空冷塔散热量会随着环境风速的增加呈现出先减小后增大的特征；向同琼等13对不同环境温度和风速对间接空冷塔的流动和传热特性进行了模拟，指出环境温度和风速会影响空冷塔通风量，进而影响散热器效率。Ma等14借助一套新的理论模型研究了自然通风冷却塔的
12、冷却效率与初始温差和环境风速的关系，结果显示初始温差较大时，风速对空冷塔冷却效率的影响较小，同时也指出不同负荷下环境温度对间接空冷系统的影响效果相似，出塔水温随环境温度的升高而升高，二者近似呈线性关系15。为了对冷却塔运行状态和冷却性能有一个直观的描述和评价，岳建华等16提出以各扇形段每个冷却三角回水温度的差值作为散热器不平衡温差，以此来反应空冷塔散热器的运行特性；Zhao 等17研究了侧风条件下环境气温、环境风速等对空冷塔各扇区出水温度不平衡温差，同时指出不平衡温差可用于指导散热管束冬季防冻及水温控制18；此外，张学镭等19建立一套冷却塔出水温度和冷却性能评价模型，可用于湿冷发电机组冷却塔性
13、能评价；白桦等20提出一种在非标准工况下测试冷却塔的冷却能力评价折算方法，可对冷却塔冷却能力进行测试；李秀云等21提出基准值诊断方法，建立了火电厂冷端系统影响因素与供电煤耗之间的联系，用于对冷端系统的经济性进行评价；此外，夏燚等22采用冷却幅高的评价方法，研究了变工况下开式逆流冷却塔的运行特性。冷却幅高是湿式冷却塔通用的性能评价指标之一，但对于间冷塔而言，可见文献、规范中并无冷却幅高的概念。在各种影响因素的共同作用下，实际空冷塔的运行是一个十分复杂的过程，而上述研究仅在数值计算模拟或模型实验的基础上对空冷塔冷却效果进行分析和评价，具有一定的局限性。本文针对某电厂 21000MW 机组间接空冷塔
14、，提出了间接空冷塔冷却幅高的概念，建立了无风条件下间接空冷塔冷却幅高理论计算模型，首先结合现场实测及机组运行监测数据，研究了冷却幅高与机组负荷、进塔水温、环境温度和环境风速等参数的关系，在此基础上通过对比夏季实测工况参数无风条件下的冷却幅高计算值与现场实测值，分析了环境风对间接空冷塔冷却性能的影响；然后选取特征时刻，分析了冬季环境风条件下空冷塔不同区域冷却效果的差异。通过以冷却幅高为指标，对空冷塔的运行状态和冷却性能进行分析，可为空冷散热器管束清洗和间接空冷塔冷却性能的改善提供依据。1 设备概况 1.1 空冷塔概况 某热电厂 21000MW 机组采用表面式凝汽器间接空冷系统冷凝汽轮机及小汽机排
15、汽，每台机组设 1 座自然通风间接空冷塔，全塔高度为 210m，出口直径 111m，X 型柱直径为 164m，喉部直径105.4m，喉部高度约 157m。空冷散热器采用六排管双流程铝管铝翅片型式，在塔外垂直布置，散热器外缘直径为 175m。每台机组冷却塔共布置 196 个冷却三角单元，每个冷却三角高度约为 28m，全塔共分为 12 个冷却扇区，其中第 1 扇区和第 12 扇区含 18个冷却三角，其他扇区各含 16 个冷却三角，每个扇区均设有单独的循环水进、出水管和排水管。各扇区的相对位置如图 1 所示。第 12 扇区 第 1 扇区 第 2 扇区 第 3 扇区 第 4 扇区 第 5 扇区 第 6
16、 扇区 第 7 扇区 第 8 扇区 第 9 扇区 第 10 扇区 第 11 扇区 图 1 空冷塔各扇区相对位置示意 Fig.1 Diagram of the dry cooling tower sector locations 1.2 环境及机组运行参数 为了研究气象条件及机组运行参数对冷却塔冷却效果的影响，在冬季环境风条件下对一定时间段内环境及机组运行数据进行监测和记录，其中，每个扇区均设有单独的风速、风向和出口水温测点，可每隔 5min 记录一组数据。此外，为了进一步研究冷却塔不同扇区冷却效果的差异，分别在主导风向迎风面的第 8 扇区和侧风面的第 11 扇区各选取一个冷却三角单元，对冷却三
17、角单元两侧冷却柱的迎面风速和风温进行了测量。试验时间段内，环境及机组运行参数范围如表 1 所示。2214 中 国 电 机 工 程 学 报 第 41卷 表 1 试验时间段环境及机组运行参数范围 Table 1 Scopes of the environmental atmosphere and units operating parameters during test period 项目 参数范围 环境温度/9.95 3.17 大气压力/kPa 85.0385.71 风速/(m/s)013.03 机组负荷/MW 654.77954.54 进塔水温/30.6141.71 出塔水温/23.6831
18、 2 计算模型及验证 2.1 计算模型 当空冷塔的结构尺寸和热负荷确定后，可根据环境参数及散热器尺寸参数对空冷塔热力特性和阻力特性进行计算5。2.1.1 热力计算 空冷塔散热器气侧传热效率：1(1)fofzAA(1)式中：Af为散热器翅片面积，m2；Az为总换热面积，m2；f为翅片管传热系数，可由冷却柱结构参数 得出。传热单元数：11z oTUKANW(2)式中：K1为总传热系数，W/(m2)，其值与冷却柱迎面风速和冷却水流速有关，W1为空气的水当量数，W/。散热器温升效率：(1)0.98(1)0.981e1eNTU WNTU WW(3)式中 W W1/W2，即为空气水当量数和冷却水当量数的比
19、值。初始温差(initial temperature difference，ITD)为空冷塔进水与环境空气的温差，即：11 TD w aI tt(4)式中：tw1为空冷塔进水温度，；ta1为环境空气温度，。空气温升：aT DtI(5)2.1.2 空气动力计算 空气通过空冷塔的阻力可分为 7 部分，其中散热器进口阻力：2211(51.601 1.335 0.0094)2afP v(6)式中：为冷却三角单元两冷却柱夹角，()；vf为冷却柱迎面风速，m/s。散热器及百叶窗阻力：1.62 22221.1 9.8(0.207 0.00548)aaaPmm(7)式中 ma2为修正的空气质量流量，t/h。散
20、热器出口阻力：2232 1(14.0515 0.2929 14.612)aa aP v(8)式中：a2为散热器出口空气密度，kg/m3；ma1为空气质量流量，t/h。散热器出口到空冷塔壁面阻力：2242 112.98+0.11 0.44()2iiaa aiiDDP vHH(9)式中：Di为空冷塔进口直径，m；Hi为空冷塔进风口高度，m。空气通过空冷塔的阻力主要受塔的结构尺寸的影响：252222 11 5.0377+18.5292 14.612(/)aaaHPHHH v(10)式中：H2为空冷塔进风口到喉部的距离，m；H为空冷塔高度，m。空冷塔出口阻力 262 212aa aP v(11)环境侧
21、风存在时，会对空冷塔产生一个附加 阻力：27312aa aP v(12)式中：a为环境空气密度，kg/m3；va3为侧风风速，m/s。空气通过空冷塔的总压降即为上述各阻力 之和：1234567 aaaaaaaaP PPPPPPP(13)空冷塔抽力由空冷塔内外空气密度差决定：9.8Da eNH(14)式中：a为散热器两侧空气密度差，kg/m3；He为空冷塔有效高度，m。2.2 性能评价指标 目前工程上常用的间接空冷塔冷却性能评价第 6期 韩华锋等：基于冷却幅高的间接空冷塔冷却特性分析与评价 2215 指标主要有冷却温差、冷却效率系数等，其中冷却温差为空冷塔进水温度与出水温度之差，即：12 www
22、ttt(15)式中 tw2为空冷塔出水温度，。在空冷塔冷却三角单元，散热器管束内的冷却水与通过散热器的空气进行热交换，理论上冷却水温度可降低到环境空气温度，但受系统防冻要求以及设备结构和换热时间等条件的限制，实际散热器出口的冷却水温度总会高于空气温度，定义实际冷却温差与理论最大冷却温差的比值为冷却效率系数23，即：121wwwttt(16)式中为环境空气干球温度，。在凝汽式汽轮机排汽压力范围内，冷却温差tw：520wtm(17)式中 m为冷却倍率。由式(17)可见，实际运行冷却塔冷却温差 tw仅和冷却倍率有关24。因此采用冷却温差、冷却效率等性能指标对于实际运行冷却塔进行性能评价，具有一定的局
23、限性。此外，德国工程师协会25和中国工程建设标准化协会26分别制订间接空冷塔性能测试导则及规程，但均对外界环境风速做限制性要求，即试验期间环境平均风速不超过 3m/s。而实际运行过程中，特别是在春秋大风季节，根据上述规程并不能对间接空冷塔性能进行正确评价，更不能实现其性能的实时监测。为此，借鉴自然通风湿式冷却塔出塔水温与湿球温度差值为湿式冷却塔的冷却幅高的定义27，定义间接空冷塔出口水温 tw2与环境空气干球温度 之间的差值为空冷塔的冷却幅高 tapp，即：2 app wtt(18)类似地，定义各扇区的冷却幅高 t app为各扇区出水温度 t w2与环境干球温度之差，即：2 app wtt(1
24、9)式中 t w2为空冷塔各扇区出口水温，。由间接空冷塔冷却幅高的定义可知，冷却幅高越小，间接空冷塔出水温度越接近环境空气干球温度，表明间接空冷塔传递相同的热量所需要的传热温差越小，即其传热系数越大，冷却性能越好。本文在验证理论计算模型基础上，分析了以冷却幅高为评价指标来分析间接空冷塔冷却性能的可行性。2.3 模型验证 根据空冷塔结构及运行特性建立理论计算模型，由于计算模型不能精确计算环境侧风对间接空冷塔的影响，故选取夏季工况百叶窗全开时近似无环境风条件下对间接空冷塔的运行参数进行测量，根据测量结果采用理论模型对间接空冷塔的进出塔水温等参数进行计算，测量结果及主要参数的计算值和实测值如表 2
25、所示。由表 2可见，不同工况下空冷塔初始温差和进出水温度计算值和实测值的最大误差为 1.9%，误差在可接受范围内，说明所用计算模型是正确的，可用于对间接空冷塔的运行状态和冷却性能进行计算分析。表 2 空冷塔不同工况下计算值与实测值对比 Table 2 Comparison of calculated value and measured value under different operation conditions of dry cooling tower 项目 运行工况 工况 1 工况 2 工况 3 工况 4 环境气温/20.25 23.31 20.48 23.55 大气压力/Pa 8
26、4.54 84.35 84.54 84.35 机组负荷/MW 1003.36 919.42 808.08 725.00 初始温差(ITD)计算值/27.21 23.36 23.41 19.97 实测值/27.63 23.64 23.80 20.36 误差/%1.52 1.18 1.64 1.90 空冷塔进水温度/计算值/47.46 46.67 43.89 43.52 实测值/47.88 46.95 44.28 43.91 误差/%0.88 0.60 0.88 0.88 空冷塔出水温度/计算值/37.54 38.69 35.93 36.89 实测值/38.35 38.54 35.72 37.28
27、 误差/%1.11%0.82 1.19 1.04 3 实验结果及分析 3.1 夏季测量时段整体数据分析 3.1.1 环境温度及运行参数对冷却幅高的影响 测量时段内环境及机组运行参数和冷却幅高随时间的变化趋势如图 2 所示，由整个测量时段冷却幅高总的变化趋势来看，机组负荷增大时，冷却幅高有增大的趋势，但二者并非完全正相关的关系，由图 2(a)可见，在 5 日 0 时左右，机组负荷基本维持在 830MW，但受环境温度风环境风等条件的影响，空冷塔冷却幅高有较大的波动；冷却塔进水温度和环境温度对冷却幅高的影响较大，由 图 2(b)和 2(c)可见，空冷塔冷却幅高随进水温度的升高而增大，随环境温度的升高
28、而减小。2216 中 国 电 机 工 程 学 报 第 41卷 机组负荷/MW 时间 机组负荷 冷却幅高 8/4 08:00 8/4 16:00 8/5 00:00 8/5 08:00 8/5 16:00 8/5 00:00(a)机组负荷 1200 1000 800 600 400 22 18 14 20 6 冷却幅高/进水温度/时间 进水温度 冷却幅高 8/4 08:00 8/4 16:00 8/5 00:00 8/5 08:00 8/5 16:00 8/6 00:00(b)空冷塔进水温度 22 18 14 20 6 冷却幅高/55 50 45 40 35 环境温度/时间 环境温度 冷却幅高
29、8/4 08:00 8/4 16:00 8/5 00:00 8/5 08:00 8/5 16:00 8/6 00:00(c)环境温度 22 18 14 20 6 冷却幅高/30 26 22 18 14 图 2 冷却幅高与环境及机组运行参数的关系 Fig.2 Relationships between the cooling approach and the environmental meteorological and operating parameters 参考空冷塔设计时关于初始温差的定义，根据环境温度和空冷塔进水温度，可进一步分析得出空冷塔冷却幅高与 ITD之间的关系，如图 3 所示
30、。由图 3 可见，在测量时段的环境气象条件下，冷却幅 ITD/时间 ITD 冷却幅高 8/4 08:00 8/4 16:00 8/5 00:00 8/5 08:00 8/5 16:00 8/6 00:00 22 18 14 20 6 冷却幅高/32 27 22 17 12 图 3 冷却幅高与初始温差的关系 Fig.3 Relationship between the cooling approach and The initial temperature difference 高与空冷塔 ITD变化趋势呈现出较高的一致性，即空冷塔 ITD增大，冷却幅高增大，空冷塔 ITD减小，冷却幅高也随之减
31、小。3.1.2 环境风对间冷塔冷却性能的影响 根据间接空冷塔在环境风条件下的运行数据，通过理论模型计算间接空冷塔在各时段实测工况参数无风条件下的出塔水温和冷却幅高，进一步可由式(20)得到冷却幅高实测值与计算值的差值 tapp，由此来分析环境风对间接空冷塔冷却性能的影响。app app appttt(20)式中 t app为间接空冷塔实测工况无风条件下的冷却幅高计算值，。在整个测量时段内选取环境风 2 级及以下、3级、5 级的 3 个时段，对间接空冷塔冷却幅高 t app进行计算，不同时段内 tapp的计算结果如图 4所示，其中时段 1为 2级及以下风力，时段 2对应 3级风，时段 3 对应
32、5 级风。由图可见，环境风风力小于 2级时，冷却幅高计算值比实测值小 1 左右，随着环境风的增大，冷却幅高实测值与计算值之差 tapp逐渐增大，3 级环境风下，冷却幅高计算值比实测值小 1.52.7，环境风风力达到 5 级时，冷却幅高实测值与计算值之差可达 5.2。可见在测量时段的环境条件及机组运行工况下，环境风的存在在一定程度上削弱了空冷塔的冷却性能。冷却幅高/测量时段 冷却幅高差值/22 18 14 10 6 实测冷却幅高 计算冷却幅高 冷却幅高差值 14 10 2 6 2 时段 1 时段 2 时段 3 图 4 间接空冷塔冷却幅高与环境风等级的关系 Fig.4 Relationship b
33、etween the cooling approach of NDDCT and the ambient wind scales 3.2 冬季特征时刻测试结果及分析 为了分析环境风风速、风向及冬季防冻对间接空冷塔不同位置扇区和冷却三角单元的影响，选取间接空冷塔冬季运行数据中不同冷却幅高对应时刻的环境及机组运行参数，对环境风条件下间接空冷塔的冷却性能进行进一步探讨。3.2.1 环境及机组运行数据分析 由于冬季运行时，第 4扇区和第 7扇区百叶窗处于完全关闭状态，故在分析实验结果时略去两个第 6期 韩华锋等：基于冷却幅高的间接空冷塔冷却特性分析与评价 2217 扇区的相关参数。按照式(18)、(1
34、9)分别计算各时刻空冷塔及各扇区的冷却幅高，可得测量时段内全塔及各扇区冷却幅高的范围如表 3所示。由表 3可见，间接空冷塔冬季运行时的冷却幅高远高于夏季，这主要是由于冬季气温较低，为了防止冷却管束结冰，百叶窗开度较小，在一定程度上限制了冷却塔的冷却性能。表 3 测量时段全塔及各扇区冷却幅高范围 Table 3 Cooling approach ranges of the dry cooling tower and each sector 项目 出水温度/冷却幅高/全塔 23.6831 29.1440.32 第 1 扇区 21.231.21 26.4839.16 第 2 扇区 21.9532.0
35、9 27.7739.03 第 3 扇区 22.1831.6 27.5439.68 第 5 扇区 20.7128.78 27.5238.1 第 6 扇区 22.5431.03 27.8339.27 第 8 扇区 22.7532.19 28.6839.68 第 9 扇区 22.8831.8 28.7339.91 第 10扇区 21.931.7 27.2139.55 第 11 扇区 22.7731.96 27.4140.82 第 12扇区 23.3133.56 28.7341.74 从全部测量时段内分别选取接近冷却幅高最大值、最小值和平均值的 9 个时刻，各时刻对应的环境及机组运行数据如表 4 所示
36、，其中 13 为较小冷却幅高对应参数，46 为冷却幅高平均值对应参数，79为较大冷却幅高对应参数。通过比较分析不同冷却幅高对应的环境条件及机组运行状态，对各参数对冷却幅高的影响进行进一步探讨。由表 4 可见，较大的冷却幅高对应的机组负荷也相对较高，但二者并非成正比关系，机组负荷较大时，也可以达到较小的冷却幅高，可见机组负荷并非冷却幅高的主要影响因素。由不同冷却幅高对应的环境温度和空冷塔进水温度可以看出，较小的冷却幅高对应的环境温度较高，进水温度较低，空冷塔 ITD也就较小；而较大的冷却幅高对应的环境温度较低，进水温度较高，空冷塔 ITD也就越大。由此反映出在冬季严寒天气，环境温度越低，冬季防冻
37、措施对空冷塔冷却性能的影响越大。对比负荷相近的工况 3 和工况 8，环境温度相差 3.5，工况3 环境风速为 5.18m/s大于工况 8 对应的 3.53m/s，但两工况冷却幅高偏差 8.73，充分说明该机组间冷塔存在较大的冬季防冻优化和节能优化空间。表 4 不同冷却幅高对应的环境及机组运行参数 Table 4 Environmental and unit operating parameters corresponding to different cooling approaches 序号 机组负荷/MW 环境温度/环境压力/kPa 环境风速/(ms1)进水温度/ITD/冷却幅高/1 65
38、8.20 5.31 85.03 4.86 30.74 36.05 29.14 2 759.26 4.29 85.71 3.05 32.19 36.48 29.80 3 945.12 5.36 85.52 5.18 34.36 24.89 30.25 4 758.41 9.37 85.52 1.71 35.55 44.92 33.38 5 758.41 6.84 85.71 1.87 34.21 41.05 33.40 6 766.11 9.32 85.62 2.60 31.52 40.84 33.49 7 856.9 8.75 85.52 5.06 37.08 45.83 38.62 8 95
39、0.25 8.88 85.62 3.53 39.38 48.26 38.93 9 761.83 9.32 85.62 2.38 38.29 47.61 40.32 3.2.2 各扇区出水温度及冷却幅高分布 表 4中 9个时刻空冷塔各扇区的出水温度分布如图 5 所示，其中，图 5(a)、(b)、(c)分别对应表 4中序号 1 3、4 6、7 9 所在时刻的机组参数。由图可见，空冷塔冷却幅高较小时，各扇区的冷却幅高也普遍较小，各扇区出水温度相对较低；空冷塔冷却幅高较大时，各扇区冷却幅高均相对较大，各扇区的出水温度也相应较高；另一方面，位于主导风向迎风面的第 8、9、10 扇区的冷却幅高较小，出水温
40、度较低，而位于主导风向侧风面的第 11、12扇区冷却幅高较大，出水温度较高，由此可以看出空冷塔迎风面扇区的冷却效果较好，而侧风面扇区的冷却效果相对较差。3.2.3 不同扇区冷却三角单元冷却效果分析 为进一步研究环境风对空冷塔不同位置扇区 冷却三角单元冷却效果的影响，分别在主导风向迎风面第 8 扇区 3 号冷却三角单元和第 11 扇区 4 号冷却三角单元内部距冷却三角单元底面 6 m高度处的两侧冷却柱附近等间距布置了风速、风温监测点，在冷却三角单元底部布置了冷却管束壁温测点，对各测点的风速、风温及冷却管束壁温进行监测并记录。在空冷塔最小冷却幅高、冷却幅高均值2218 中 国 电 机 工 程 学
41、报 第 41卷 及最大冷却幅高中分别选取一个时刻为代表，对上述两个冷却三角单元两侧冷却柱的冷却性能进行分析，各参数测量结果如表 5 所示，其中左右根据位于被测冷却三角单元附近的观察者面向空冷塔中心时的视角确定。从冷却扇区角度，由表 5 可见，第 8 扇区出水-1001020304050第12 扇扇 第11 扇扇第10 扇扇第9扇扇第8扇扇第7 扇扇第6扇扇 第5 扇扇第4扇扇第3扇扇第2扇扇第1扇扇 出出出 出1 冷冷冷冷1 出出出 出2 冷冷冷冷2 出出出 出3 冷冷冷冷3(a)冷却幅高较小时刻-1001020304050第12扇扇 第11 扇扇第10 扇扇第9 扇扇第8 扇扇第7 扇扇第6
42、扇扇 第5扇扇第4扇扇第3 扇扇第2 扇扇第1 扇扇 出出 出出4 冷冷 冷冷4 出出 出出5 冷冷 冷冷5 出出 出出6 冷冷 冷冷6(b)冷却幅高均值时刻-1001020304050第12 扇扇 第11 扇扇第10扇扇第9 扇扇第8 扇扇第7 扇扇第6 扇扇 第5 扇扇第4 扇扇第3扇扇第2扇扇第1 扇扇 出出 出出7 冷冷冷冷7 出出 出出8 冷冷冷冷8 出出 出出9 冷冷冷冷9(c)冷却幅高较大时刻 图 5 空冷塔不同冷却幅高工况 对应各扇区出水温度及冷却幅高分布 Fig.5 Outflow water temperature and cooling approach distribu
43、tions of each sector corresponding to different cooling approaches of NDDCT 温度和冷却幅高均小于同时刻第 11 扇区，由于进风角度对冷却管束的流动传热特性具有较大影响28，故当环境风向改变时各扇段的冷却效果也会发生变化，但综合整体监测数据可以发现，在同一时刻环境气象参数及机组负荷、进塔水温等机组运行参数相同的条件下，位于迎风面扇区的冷却效果优于侧风面扇区，迎风面扇区的冷却幅高小于侧风面扇区。从冷却三角单元角度，由不同冷却幅高对应时刻测试冷却三角单元内部两侧风速、风温监测数据可见，冷却三角单元两侧气流分布存在较大差 异2
44、9，特别是位于主导风向侧风面的第 11 扇区 4号冷却三角单元两侧风速差远高于同时刻第 8扇区3 号冷却三角单元；而两侧风速分布不均也直接导 表 5 不同冷却幅高对应时刻两个冷却三角单元测量参数 Table 5 Parameters of two tested cooling deltas corresponding to different cooling approaches 项目 扇区 风速/(ms1)扇区出水 温度/扇区冷却 幅高/左侧面 风速/(ms1)右侧面 风速/(ms1)左侧面 风温/右侧面 风温/左侧面 壁温/右侧面 壁温/冷却幅高 较小时刻 第 8 扇区 3 号冷却三角 4
45、.79 23.96 29.32 6.3 8.5 1.92 7.8 23.225 20.9 第 11 扇区 4号冷却三角 5.28 27.23 32.59 9.2 5 7.58 3.96 22.475 25.3 冷却幅高 较均值时刻 第 8 扇区 3 号冷却三角 2.045 23.11 32.43 6.5 7.3 1.9 7.72 22.4 21.4 第 11 扇区 4号冷却三角 2.35 26.36 35.68 8.1 6 7.34 3.22 19.925 21.65 冷却幅高 较大时刻 第 8 扇区 3 号冷却三角 3.205 24.45 33.33 6.4 8 1.68 8.06 26.8
46、 24.925 第 11 扇区 4号冷却三角 2.289 31.78 40.66 8.3 5.1 7.32 4.75 26.975 28.55 第 6期 韩华锋等：基于冷却幅高的间接空冷塔冷却特性分析与评价 2219 致了两侧冷却柱冷却效果不同，因此有必要针对冷却三角单元进行空气流场重构30-31。结合冷却管束壁温数据可见，风速较高的一侧，冷却管束壁温较低，说明该侧冷却柱出水温度较低，故风速高的一侧换热效果优于风速低的一侧，但在冬季严寒天气，两侧风速偏差极易导致风速较高侧冷却管束冻结。实际运行时，应综合考虑系统回水温度和局部水温偏差之间的相对关系及其影响因素，制定间接空冷系统防冻回水温度的控制
47、方法及策略32。4 结论 本文针对 1000MW机组自然通风间接空冷塔，基于环境气象条件及机组运行参数，提出间接空冷塔冷却幅高的概念，建立间接空冷塔理论计算模型，在以近似无环境风条件间接空冷塔的实际运行参数对其进行验证的基础上，分析了冷却幅高与环境和机组运行参数的关系以及以冷却幅高为评价指标来分析间接空冷塔冷却性能的可行性，主要结论如下：1）空冷塔冷却幅高主要取决于环境温度及空冷塔进水温度；测量时段内，空冷塔冷却幅高随环境温度的升高而减小，随空冷塔进水温度的升高而增大，冷却幅高与空冷塔 ITD值基本呈线性关系，随 ITD值的增加而增大。2）环境风对间接空冷塔冷却性能的影响较大，环境风风速越大，
48、实测工况参数无风条件下的冷却幅高计算值与实测冷却幅高的差值越大，5 级环境风下，冷却幅高实测值与计算值之差可达 5.2。3）在环境和机组运行条件一定时，空冷塔主导风向迎风面扇区的出水温度和冷却幅高均低于侧风面扇区，迎风面扇区的冷却效果优于侧风面扇区；冷却三角单元气流分布不均会导致两侧冷却柱冷却效果不同，风速较大一侧的冷却柱冷却效果好，出水温度低，但在冬季严寒天气极易导致冷却管束冻结；故在冬季严寒时，应综合系统回水温度和局部水温偏差之间的相对关系及影响因素制定间接空冷系统防冻回水温度控制策略。4）以冷却幅高为评价指标对间接空冷塔的冷却特性进行分析，有助于全面了解间接空冷塔的运行状态和冷却性能，可
49、为间接空冷系统运行调控、空冷散热器管束清洗和空冷塔冷却性能的评价和改善提供依据，从而提高发电机组运行的可靠性和经济性。参考文献 1 王新宇，史建良，李国宝，等间接空冷和直接空冷系统技术经济分析J热力发电，2010，39(8)：1-3，22 WANG Xinyu，SHI Jianliang，LI Guobao，et al Technical and economical analysis of indirect air-cooled system and direct air-cooled systemJThermal Power Generation，2010，39(8)：1-3，22(in
50、Chinese)2 GE W，ZHAO Y，SONG S，et al Thermal characteristics of dry cooling tower reconstructed from obsolete natural draft wet cooling tower and the relevant thermal system coupling optimizationJApplied Thermal Engineering，2020，174：195-202 3 冯璟，刘志刚1 000 MW机组间接空冷系统设计J电力建设，2009，30(12)：46-48 FENG Jing，L
