專利名稱：消除空冷凝汽器熱回流和結構風影響的設計方法及其設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用冷卻空氣使與其交叉流動的電站汽輪機排出的低參數蒸汽凝結成飽和水的換熱器-直接空冷凝汽器的冷空氣足量供應和抑制載有熱量的空冷凝汽器出口空氣向入口回流的綜合設計方法及相應的設備和裝置。特別是涉及電廠內大量建筑結構導致對空冷凝汽器環(huán)境風的影響、考慮自然風和結構引起的環(huán)境風影響時空冷凝汽器的設計方法及消除或減弱其影響可用的設備和裝置。本發(fā)明屬于直接空冷凝汽器或塔式間接空冷凝汽器及電廠總體布置和結構設計，也是消除熱回流和不利結構風影響的空冷凝汽器附屬設備領域，還是電廠及附近結構物結構導致的環(huán)境風和自然風對戶外使用空氣冷卻熱介質系統(tǒng)能力影響進行分析、評價及其設計優(yōu)化和對已有系統(tǒng)進行改造的方法。
2.背景技術目前，公知的空冷凝汽器設計考慮環(huán)境風的影響僅以縮小模型的風洞實驗分析不同風向和對應橫風速度對空冷凝汽器出力降低的影響，并由這一影響關系確定與廠址主導風向相關的最優(yōu)布置。尚沒有考慮電廠結構物形成的結構致風時空冷凝汽器的設計規(guī)范和消除結構致風對空冷凝汽器不良影響的總體設計思想和設計原則。
現將最近有關文獻(馬義偉等電站空冷若干專題的討論第一集哈爾濱工業(yè)大學能源工程與工程學院)空冷凝汽器設計中的思想摘錄如下防止熱風再循環(huán)采用將擋風墻高度由過去的風機平臺以上2米提高到蒸汽分配管中心線處等措施；海勒系統(tǒng)的冷卻元件傳統(tǒng)采用立式布置，近期有人提出采用塔內水平布置是完全可能的，這樣可以減少大風對空冷器的影響；在自然通風塔內布置直接空冷凝汽器管束引起人們的關注，在工程中得到試驗性應用；強迫通風直接空冷凝汽器管束的布置要考慮風向的影響一般是通過風洞試驗以求得解決；空冷器的熱風再循環(huán)(或稱熱回流)是指空冷器排出的熱氣流在某些特定的條件下被風機吸入，提高了進入空冷器冷空氣的溫度，導致空冷器冷卻能力的下降。
空冷器的熱風再循環(huán)和管內凝結水的凍結是空冷器運行的兩大危害，在設計和運行中應給以特殊的注意。
某文獻對熱風再循環(huán)給Matimba電站所造成的危害進行了介紹在南非Matimba電站直接空冷凝汽器所產生的熱風再循環(huán)引起人們的關注，該電站的大面積的空冷凝汽器在某些風速和氣溫的條件下促進了熱風再循環(huán)現象的發(fā)生。
當風從凝汽器的西部吹來時，由凝汽器排放的熱空氣流被吹向凝汽器東部空氣的吸入口，進而被風機吸入吹向凝汽器管束，此部分熱空氣導致凝汽器真空的顯著惡化.當風速達到13kmph(3.6m/s)時，此熱風再循環(huán)可通過控制汽輪機而得到解決，此措施雖可保持汽輪機的正常運行，但其發(fā)電功率則下降了約40％。
使情況更為惡化的是，在此低負荷下汽輪機流量大為減少，引起汽輪機的排汽溫度接近跳閘溫度212°F(100℃).當風速超過13kmph(3.6m/s)時，則汽輪機的排汽溫度達到跳閘溫度，由熱風再循環(huán)而引起汽輪機的停運，在一年中約占2％。從1991年1月至1992年9月，損失的發(fā)電量約為338000MWh。
又有文獻對熱風再循環(huán)給Matimba電站所造成的危害也進行了介紹馬廷巴電廠的直接空冷系統(tǒng)的設備布置是經過風洞試驗而確定的，為防止熱空氣回流在空冷凝汽器迎風側安裝有擋風板.投產幾年來運行情況是良好的.但自5號機投產以來，尤其是6號機投入以后，發(fā)生了在夏季大于6m/s的西南風(鍋爐迎風側)時，爐間風速較高，時間雖短促，但由于熱風回流，汽機背壓急劇上升以至引起背壓保護掉閘(一年1-2次)而受到影響的僅是1號和6號機(1-4號機組投產后，4臺機運行時沒有這個現象)。
在電廠設計前，南非電力公司給設計單位GEA公司提供這個方向的風和風速為零，目前雙方正在努力解決這個問題，提出和正在實施的措施，電廠方面在1號機組，將汽機房A列到空冷凝汽器平臺之間的水平封閉拆除來調整風的流向。并安裝了4組每組4個測點來進行試驗，觀察風的流動情況，現已整理了一些數據，根據這些數據研究進一步的措施。
GEA公司提出加高1號和6號機組空冷凝汽器平臺上的擋風板和加裝1號和6號機組側面(固定端和擴建揣)45米平臺以下的擋風板，截堵不利于運行的氣流。
曾提出如下的設計思想預防熱風再循環(huán)問題的設計考慮為消除橫向風和熱風再循環(huán)對空冷裝置性能的影響，在設計中應注意下列因素◆一年四季的風向及其分布；◆一年中風速的變化范圍，持續(xù)時間，頻率；◆在高溫和非常高的環(huán)境氣溫下的風速和風向；◆電站的最終布置；◆電站機組臺數◆汽輪機特性和跳閘裝置◆鍋爐的布置和尺寸，各臺鍋爐的距離；◆相對于鍋爐和汽輪機的冷卻系統(tǒng)的布置；◆通過翅片管束的風速；◆吸入空氣的速度；◆翅片管束的排列，對ACC管束長度，A形結構；◆對DIDC塔內塔外的排列。
◆風墻的設計(ACC)；◆干式冷卻裝置的占地面積和尺寸。
文獻曾提出空冷器的不恰當布置及舉例有許多熱風再循環(huán)問題是由于空冷器的不正確的布置而產生的，舉例如下◆空冷器來流空氣速度高；◆空冷器布置于熱源的下風向；◆空冷器布置于下風向的巨大建筑物之前◆兩空冷器布置間隔??；◆不恰當的布置鼓風式和引風式空冷器的標高◆同類型空冷器布置在不同的標高；◆排出的熱空氣速度低；◆在總平面布置中，對夏季主導風向的不恰當的分析。
但目前，只提出了風對空冷凝汽器的不良影響的現象，沒有從產生機理找到原因，更沒用針對原因提出一系列的解決技術方案和規(guī)范的設計方法。
3.發(fā)明內容電廠中自然風受空冷凝汽器本身和其附近結構物的影響改變了原來的流向、流速和流量分布等特性，這種風(以下稱結構風，以區(qū)別于沒受結構影響的自然風)對空冷凝汽器將產生限制冷卻風進入和促使出口熱風向入口回流的不良影響。
為了克服現有的電站汽輪機用空冷凝汽器設計上沒有一整套考慮電廠結構風時空冷凝汽器的設計規(guī)范和消除結構風對空冷凝汽器不良影響的總體設計思想以及設計原則和方法的不足，本發(fā)明使用計算流體力學方法對空冷凝汽器及附近的流場進行數值模擬，結合空氣動力學實驗分析和空冷凝汽器工作原理，提出一整套火電廠用空冷凝汽器機組在考慮電廠內部和附近結構物形成結構風對空冷凝汽器總體能力的影響時的設計思想、原則和方法。同時提出一些在設計中推薦使用并通過計算證明有效的設備和裝置。以較徹底地從根源上解決現行空冷凝汽器設計的不足。
3.1技術方案本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是3.1.1進行克服結構風環(huán)境對空冷凝汽器(以下簡稱ACC)不利影響的優(yōu)化設計結構風可造成冷卻風機進風不利，空冷凝汽器出口熱空氣回流等影響。優(yōu)化設計通過分析結構風對空冷凝汽器產生的不利影響及其原因，提出消除或減弱結構風帶來的不良影響的方案。優(yōu)化新建結構物結構風的思想、方法和原則是優(yōu)化設計的核心。
優(yōu)化新建結構物結構風的思想、方法和原則1)優(yōu)化新建結構物結構風，營造各種風向和風速下空冷凝汽器風機所需的冷風來源通道1.1)營造冷風風道廠房方向來風最大限度的讓爐后來風越過廠房，直接以最簡潔的路徑到達ACC風機入口。
◆改造鍋爐房緊身封閉的外形，使結構風改善有益于空冷凝汽器；◆在鍋爐和集控室上方加裝可把爬過鍋爐房和集空室的爐后來風導入A列與ACC之間過道的翼形導板陣列；◆集中爐后來風并分散至各ACC風機；◆除氧間、汽機房斜屋頂。
◆合理確定空冷凝汽器陣列平臺高度
1.2)保證整體冷風風量足夠廠房方向及相反方向來風通過以下措施使風道斷面最優(yōu)◆變化ACC與A列距離◆變化ACC高度1.3)少用阻擋可能對空冷凝汽器運行不利的結構風的方法，而是盡量多地將其引導進入風機入口，成為不花或少花動力的冷卻風，或引向ACC熱風散去方向，以冷卻、隔離或托起熱風，防止熱風向風機入口處回流?？蓱糜诟鞣较騺盹L。
1.4)限制由ACC平臺上方風墻引下至風機入口平面水平方向冷風風量和速度，保證各風機吸入足夠冷風的條件使用傾斜式平面或曲面引導風墻替代公知的平面擋風墻，使原垂直于ACC安裝平臺平面的旨在阻擋對管束出口不良影響的橫風和無風時阻擋管束出口熱風向風機入口回流的擋風墻變成將管束出口熱風導向ACC上方中央以利集中散去并被冷卻，同時其外表面引導側面橫風按需要比例的去補充冷卻風供應和推動熱風遠離的導風墻。這可以通過優(yōu)化選擇ACC平臺上方風墻的分流器位置，使各風向最大設計工況風速下由風墻引下至風機入口平面水平方向冷風的風量和風速最優(yōu)化，使對最邊緣風機進風量不受影響或是進風狀態(tài)最優(yōu)。
1.5)優(yōu)化發(fā)電廠總平面布置，按最大發(fā)電量時的風向優(yōu)化總平面，最大限度的減少不利結構風對空冷凝汽器性能的不良影響。
2)營造各種風向和風速下空冷凝汽器排出熱風的通道和冷卻熱風用的冷風來源通道迎著汽機房來風◆熱風散離通道和ACC外冷卻風(或隔離風)通道通暢和斷面最優(yōu)◆與3.1.1中1)關于廠房方向來風營造冷風風道及相反方向來風保證整體冷風風量足夠的措施相同。廠房方向來風的冷風通道也是反方向來風平臺下不能進入風機多余冷風量離去的通道。
3)各種風向和風速條件下空冷凝汽器出口熱空氣向入口回流的消除或減小和凝汽器出口熱風直接離去的引導3.1)優(yōu)化風墻的位置和形狀引導可能回流的熱空氣向熱風中心靠攏；在排出熱風和風機入口冷風源之間加入橫向來的冷卻風，隔離熱風與冷風，并冷卻邊緣熱風(與橫風同向邊緣)。
3.2)留有迎廠房方向來風時熱風離散和冷橫風將其托起離去的通道，防止迎廠房方向來風時在A列通道邊緣的熱回流。
4)對付橫風時風機的壓頭裕量選擇選擇風機最大全壓升時考慮進出口由于橫風影響形成的阻力增加。
5)有橫風時各風機單元冷風進風量的保證與均衡在1)-4)的基礎上垂直平面擋風墻上部或中間的某部位或下部設導風墻與導風板；
改變陣列中各風機風筒進風口的高度，形成四周距地面高，中間距地面低的參差布置；在ACC風機單元陣列周圍，平臺下一定范圍內設固定的一組或多組翼型導風板，攻角自上而下逐漸減??；參差布置的風機風筒使陣列各風機沿垂直地面方向分層取風，將來風橫向擾動后易于導入迎風側布置的風機內。
引導風墻和翼型導風板使邊緣風機免受垂直風墻引下橫向來風在轉向處形成的漩渦形氣流和中間風機進風量大的影響，使冷風易于導入迎風側前排風機，提高空冷島邊緣風機單元的效率，力爭全部單元效率均達最高。
3.1.2設計中推薦使用并通過計算有效的設備和裝置3.1.2.1機翼形上升型結構風引下導流板陣列該陣列涉及一系列的斷面為機翼形的導風板，其第一個的放置位置為鍋爐房上方，高度和向鍋爐房頂深入尺寸由模擬計算得出。原則是導風板與上升氣流的攻角小于臨界值，導風板和鍋爐房頂與近汽機房側的墻面交線之間的距離應能保證引下足夠的風量供給空冷島風機群。每個翼形導風板的弦長應能易于加工、安裝和保證強度，翼形斷面形狀可選標準形狀，并經模擬計算后確定。
后一機翼形導風板與前一導風板的連接原則是后一個的頭部應位于已被前一個經轉向了的尾部氣流當中，后一個處于此氣流當中的攻角應小于臨界值。
機翼形導風板的水平總寬度至少應與其下部的鍋爐房寬度相同。整體寬度是有若干分段集合而成。
機翼形導風板可以以任何耐腐蝕的強度足夠的材料制成。
機翼形導風板在可移動轉軸上和一個槽形孔上用高強螺栓固定，以利調整。其結構如圖6示。
機翼形導風板的支固框架與鍋爐房頂和封閉側墻統(tǒng)一協調考慮。
機翼形導風板的導風性能應通過全場的結構風模擬計算分析在1、3、6、9米風速和不同風向校核。
上述機翼形導風板也應用于鍋爐房中間的爐后來風時由于集中控制室、煤倉間形成上升氣流的向下引導。其結構和設計原則與用在鍋爐房上的相似，只是布置位置不同。
3.1.2.2空冷凝汽器平臺擋風板下翼形導風板空冷凝汽器平臺風墻的下部翼形導風板也是機翼形導風板的結構，但其反向布置，使用它的目的在于將橫向被風墻引下的氣流及橫風直接形成的與迎風的最邊緣的一排風機入口風筒垂直的氣流引向這排風機的入口，這一目的是與平臺風墻的下部結構共同作用實現的。
其結構和設計原則與用在鍋爐房上的相同，只是布置位置不同。
3.1.2.3空冷凝汽器基本換熱單元陣列風機入口參差風筒空冷凝汽器基本換熱單元陣列各風機入口參差風筒是為使空冷凝汽器基本換熱單元的風機能在無風或有橫風情況下盡量能使不同位置的風機從不同高度吸入冷卻空氣，避免各風機對同層空氣的爭搶。
所謂參差風筒是在同一個凝汽器基本換熱單元陣列中的各不同位置的風機使用不同長度的入口風筒。風筒入口部分和延長部分可以做在一起，也可以分開制作，最后組裝在一起。為制作方便，延長部分可做成具有固定長度的基本模數單元，設計時根據需要的長度選用不同數量組合。
風筒入口部分的軸線可以垂直于地面也可以稍有傾斜。
空冷凝汽器的支撐鋼結構平臺應考慮參差風筒的固定。
設計中應校核參差風筒中長風筒對風機入口阻力的影響。
參差風筒相互間的布置原則是風機陣列的邊緣風機的風筒入口距地面遠，較近中間的距地面逐漸增近?？偟慕M合從下面看上去與倒置的圓饅頭或鍋貼餅子相似，精確尺寸應根據計算流體力學模擬計算結果確定。
風機陣列的參差風筒如圖3示。
3.1.2.4曲面引導風墻根據專利申請?zhí)枮?00520127540.2的專利曲面風墻可作為這里的曲面引導風墻，它一方面可阻擋對空冷凝汽器空氣出口有不利影響的橫風，由于曲面引導風墻外側可在不同高度設置分流裝置，因此它又可以有計劃的將橫風按需要比例分別引向風機入口處和熱風出口處，既可以使風機得到適當的入口冷風，又可以將一部分橫風引向熱風邊緣，去冷卻熱風或阻止熱風回流。分流裝置可以采用螺絲釘或其他方式固定在風墻基面上，風墻上的孔與分流裝置上的孔對應，墻上的孔自上而下按一定模數統(tǒng)一確定，以便在試運期間調整。
曲面引導風墻分流裝置可用任何合適的材料和結構制作，只要它能有足夠的剛度、強度和壽命。
曲面引導風墻分流裝置是分段制作，分段安裝的。
作為曲面引導風墻的幾個例子示于圖4中。其中方案1是角形的分流裝置，并與墻體合二而一。方案2是到弧形分流裝置，按分配比例裝在需要位置。方案3分流裝置在風墻最頂端，將100％的被阻擋的橫風全部轉向風機入口。
3.2本發(fā)明的有益效果是采用本發(fā)明的設計思想、方法和原則，并應用上述設備和裝置將使目前的空冷凝汽器最大限度地克服結構風的不良影響和減少熱回流，并使風機入口風量得到滿足，從而使空冷凝汽器的換熱效率無論是在無風還是有風情況下均得到提高。
4.


下面結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
圖1是本發(fā)明所涉及的沒有改變電廠原結構外形僅增加部分設備的電廠及其應用的空冷凝汽器基本結構形式和采取結構風控制后的總體布置和設備配置情況；圖中只是適當的選擇了空冷島凝汽器6的高度和它到汽機房前墻的距離和將鍋爐1和8后邊方向來風形成的上升氣流導下的機翼形導風板陣列2和3。這樣形成了爐后來風時供給空冷凝汽器冷卻風的通道。
圖2是本發(fā)明所涉及的改變了電廠原結構外形并增加部分設備的電廠及其應用的空冷凝汽器基本結構形式和采取結構風控制后的總體布置和設備配置情況。這時，爐后來風時的空冷凝汽器的冷熱風道齊備而且界限分明。消除了原來的熱風回流。當從相反方向來風時，廠房的斜屋頂、機翼形導風板陣列將構成空冷凝汽器熱風順利離去的良好通道?？绽淠髌脚_下方由于廠房前方來風形成的沒被風機吸入的多余氣流沿斜屋頂上升，托起空冷凝汽器排出的被橫風吹得傾斜了的熱氣流，使它們遠離風機入口，消除了空冷凝汽器迎風后沿的熱回流。
圖3是本發(fā)明均衡橫風對風機陣列中不同位置風機進風量的參差風筒的方案示意圖。圖中3是陣列中最外一圈風機的進風筒，他們距地面最高，4是稍靠內一圈的風機的進風筒，5是更里邊的，6是最中間的。這樣，當有橫風來時，沿垂直風墻引下的氣流轉向第一排風機入口時受稍靠內一圈的風機的進風筒外壁的阻擋和擾動，降低了向內部的流動速度，變得容易被最外邊的風機吸入。其他風機吸入的將是較低層氣流。起到均衡各風機吸入空氣量的作用。由于可能固定風筒的鋼結構下降距離有限，各風筒間的高差不可能太大。
圖4是曲面引導風墻的三種應用方案示意圖，大風時由圖3風墻1的垂直平面引下的氣流可能過剩，這時，可使用如圖4所示的曲面風墻1和2，將橫風在垂直風墻上形成的向下氣流分流一部分向上。
圖4中方案1是平面折角式，在折角處將擊到墻上的風分別向上和向下導向。方案2和3的原理相同。導風分流裝置的位置由模擬計算確定。
圖5是機翼形導流板用在垂直風墻下部，將氣流導入邊緣風機的方案示意圖。當采取上述措施仍不能滿足邊緣風機進風量時，可采用機翼形導流板，如圖3中7所示。圖5是它的局部放大圖。其中1鋼結構；2邊緣風機風筒；3風墻下端向風機入口的導流部分；4機翼形導流板。
圖6是翼形導風板的結構，為看清楚內部結構，圖中將上翼面1抬高；2是架設在下部基礎結構上的機翼固定板，上面有按模數布置整齊的一系列圓孔，用以通過高強螺栓連接機翼裝配上安裝板3。安裝板上有圓弧孔和一個圓孔，改變安裝板和機翼固定板間孔的相對位置即可少量的調整機翼的位置。以形成最優(yōu)的氣流引下功能。機翼的上下面和安裝板都固定在一個框架上，圖中沒用畫出這一框架，它可以任何合適的材料和結構制成，只要滿足機翼導流板要求的強度和剛度以及總體結構要求即可。
5.具體實施方式
5.1克服結構風環(huán)境對空冷凝汽器(以下簡稱ACC)不利影響的優(yōu)化設計結構風可能造成冷卻風機進風不利，空冷凝汽器出口熱空氣回流等影響。優(yōu)化設計應通過分析具體電廠總體結構布置可能形成的結構風對空冷凝汽器產生的不利影響及其原因，提出包括消除或減弱結構風不良影響措施的空冷凝汽器設計方案和總體配合方案。
5.1.1目標在約束條件允許范圍內，年各種風向及風速下的基本換熱單元陣列中各單元換熱效率的趨于均衡并最優(yōu)，基本消除熱回流。
基本換熱單元換熱效率EiEi=t2-t1ts-t2]]>其中t1單元風機平均進風溫度t2單元風機平均出風溫度ts單元凝結水飽和溫度
5.1.2約束總平面布置的可變更范圍平臺高度限制布置空冷凝汽器場地限制風機風壓和功率裕度5.1.3輸入初始的基本換熱單元數及其排列對應年干球氣溫的風向、風速、氣壓統(tǒng)計資料和機組對應干球氣溫的負荷分布模型近期及遠景規(guī)劃和可供布置空冷凝汽器基本換熱單元的場地面積與位置平臺高度限制近期和遠期空冷凝汽器周邊地形或建筑物位形尺寸5.1.4輸出主廠房及空冷凝汽器布置不同方向的年保證高端干球大氣溫度下的全基本換熱單元陣列各單元相對換熱效率。
建議的平臺高度及風墻尺寸與形狀。
建議的周圍建筑結構的形狀與導風及擋風建筑物形狀及形成流道。
建議方案不同主風向空氣動力場斷面空氣流線及溫度分布圖。
5.1.5優(yōu)化設計軟件及優(yōu)化設計過程
1)根據已知條件，使用計算流體動力學方法建立空冷凝汽器周邊足夠大范圍的空冷凝汽器和周圍環(huán)境的三維模型，在保證值要求的最大干球溫度、最大排熱量工況下，模擬不同風向和風速下的空氣動力場，檢查空冷凝汽器冷熱風通道和熱回流狀況，并計算各基本換熱單元效率。
考慮約束的方法可按以下范圍進行總平面布置的可變更范圍平臺高度限制布置空冷凝汽器場地限制風機風壓和功率裕度計算中的風速應根據計算風向時最高發(fā)生概率和無風之間取若干點進行，但應包括無風。
2)在約束范圍內，改變環(huán)境及空冷凝汽器結構，使空冷凝汽器各基本換熱單元效率趨于均衡。
3)添加遠期結構物和空冷凝汽器，校核本期和遠期空冷凝汽器各基本換熱單元相對效率。
4)選擇最優(yōu)方案5)提出用戶應改進或考慮問題。
5.1.6優(yōu)化新建結構物結構風方法和原則1)優(yōu)化新建結構物結構風，營造各種風向和風速下空冷凝汽器風機所需的冷風來源通道1.1)營造冷風風道廠房方向來風
最大限度的讓爐后來風越過廠房，直接以最簡潔的路徑到達ACC風機入口。
◆改造鍋爐房緊身封閉的外形，使結構風改善有益于空冷凝汽器；◆在鍋爐和集控室上方加裝可把爐后來風爬過鍋爐房和集空室的向上氣流導向A列與ACC之間過道的翼形導板陣列；◆集中爐后來風并分散至各ACC風機；◆除氧間、汽機房斜屋頂。
◆合理確定空冷凝汽器陣列平臺高度1.2)保證整體冷風風量足夠廠房方向及相反方向來風通過以下措施使風道斷面最優(yōu)◆變化ACC與A列距離◆變化ACC高度1.3)少用阻擋可能對空冷凝汽器運行不利的結構風的方法，而是盡量多地將其引導進入風機入口，成為不花或少花動力的冷卻風，或引向ACC熱風散去方向，以冷卻、隔離或托起熱風，防止熱風向風機入口處回流?？蓱糜诟鞣较騺盹L。
1.4)限制由ACC平臺上方風墻引下至風機入口平面水平方向冷風風量和速度，保證各風機吸入足夠冷風的條件使用傾斜式平面或曲面引導風墻替代公知的平面擋風墻，使原垂直于ACC安裝平臺平面的旨在阻擋對管束出口不良影響的橫風和無風時阻擋管束出口熱風向風機入口回流的擋風墻變成將管束出口熱風導向ACC上方中央以利集中散去并被冷卻，同時其外表面引導側面橫風按需要比例的去補充冷卻風供應和推動熱風遠離的導風墻。這可以通過優(yōu)化選擇ACC平臺上方風墻的分流器位置，使各風向最大設計風速下由風墻引下至風機入口平面水平方向冷風的風量和風速最優(yōu)化，使對最邊緣風機進風量不受影響或是進風最優(yōu)狀態(tài)。
1.5)優(yōu)化發(fā)電廠總平面布置，按最大發(fā)電量時的風向優(yōu)化總平面，最大限度的減少不利結構風對空冷凝汽器的不良影響。
2)營造各種風向和風速下空冷凝汽器排出熱風的通道和冷卻熱風用的冷風來源通道迎著汽機房來風◆熱風散離通道和ACC外冷卻風(或隔離風)通道通暢和斷面最優(yōu)◆與5.1.6中1)關于廠房方向來風營造冷風風道及相反方向來風保證整體冷風風量足夠的措施相同。廠房方向來風的冷風通道也是反方向來風平臺下不能進入風機多余冷風量離去的通道。
3)各種風向和風速條件下空冷凝汽器出口熱空氣向入口回流的消除或減小和凝汽器出口熱風直接離去的引導3.1)優(yōu)化風墻的位置和形狀引導可能回流的熱空氣向熱風中心靠攏；在排出熱風和風機入口冷風源之間加入橫向來的冷卻風，隔離熱風與冷風，并冷卻邊緣熱風(與橫風同向邊緣)。
3.2)留有迎廠房方向來風時熱風離散和橫向冷風將其托起離去的通道，防止迎廠房方向來風時在A列通道邊緣的熱回流。
4)對付橫風時風機的壓頭裕量選擇選擇風機最大全壓升時應考慮進出口由于受橫風影響形成的阻力增加。
5)有橫風時各風機單元冷風進風量的保證與均衡在1)-4)的基礎上垂直平面擋風墻上部或中間的某部位或下部設導風墻與導風板；改變陣列中各風機風筒進風口的高度，形成四周距地面高，中間距地面低的參差布置；在ACC風機單元陣列周圍，平臺下一定范圍內加固定的一組或多組翼型導風板，攻角自上而下逐漸減小；參差布置的風機風筒使陣列各風機沿垂直方向分層取風，將來風橫向擾動后易于導入迎風側布置的風機內。
引導風墻和翼型導風板使邊緣風機免受垂直風墻引下橫向來風在轉向處形成的漩渦形氣流和中間風機進風量大的影響，使冷風易于導入迎風側前排風機，提高空冷島邊緣風機單元的效率，力爭全部單元效率均達最高。
5.1.7設計中可使用的設備和裝置5.1.7.1機翼形上升型結構風引下導流板陣列該陣列涉及一系列的斷面為機翼形的導風板，其第一個的放置位置為鍋爐房上方，高度和向鍋爐房頂深入尺寸由模擬計算得出。原則是導風板與上升氣流的攻角小于臨界值，導風板和鍋爐房頂與近汽機房側的墻面交線之間的距離應能保證引下足夠的風量供給空冷島風機群。每個翼形導風板的弦長應能易于加工、安裝和保證強度，翼形斷面形狀可選標準形狀，并經模擬計算后確定。
后一機翼形導風板與前一導風板的連接原則是后一個的頭部應位于已被前一個經轉向了的尾部氣流當中，后一個處于此氣流當中的攻角應小于臨界值。
機翼形導風板的水平總寬度至少應與其下部的鍋爐房寬度相同。整體寬度是有若干分段集合而成。
機翼形導風板可以以任何耐腐蝕的強度足夠的材料制成。
機翼形導風板在可移動轉軸上和一個槽形孔上用高強螺栓固定，以利調整。其結構如圖6示。
機翼形導風板的支固框架與鍋爐房頂和封閉側墻統(tǒng)一協調考慮。
機翼形導風板的導風性能應通過全場的結構風模擬計算分析在1、3、6、9米風速和不同風向校核。
上述機翼形導風板也應用于鍋爐房中間的爐后來風時由于集中控制室、煤倉間形成上升氣流的向下引導。其結構和設計原則與用在鍋爐房上的相似，只是布置位置不同。
5.1.7.2空冷凝汽器平臺擋風板下翼形導風板空冷凝汽器平臺風墻的下部翼形導風板也是機翼形導風板的結構，但其反向布置，使用它的目的在于將橫向被風墻引下的氣流及橫風直接形成的與迎風的最邊緣的一排風機入口風筒垂直的氣流引向這排風機的入口，這一目的是與平臺風墻的下部結構共同作用實現的。
其結構和設計原則與用在鍋爐房上的相同，只是布置位置不同。
5.1.7.3空冷凝汽器基本換熱單元陣列風機入口參差風筒空冷凝汽器基本換熱單元陣列各風機入口參差風筒是為使空冷凝汽器基本換熱單元的風機能在無風或有橫風情況下盡量能使不同位置的風機從不同高度吸入冷卻空氣，避免各風機對同層空氣的爭搶。
所謂參差風筒是在同一個凝汽器基本換熱單元陣列中的各不同位置的風機使用不同長度的入口風筒。風筒入口部分和延長部分可以做在一起，也可以分開制作，最后組裝在一起。為制作方便，延長部分可做成具有固定長度的基本模數單元，設計時根據需要的長度選用不同數量組合。
風筒入口部分的軸線可以垂直于地面也可以少有傾斜。
空冷凝汽器的支撐鋼結構平臺應考慮參差風筒的固定。
設計中應校核參差風筒中長風筒對風機入口阻力的影響。
參差風筒相互間的布置原則是風機陣列的邊緣風機的風筒入口距地面遠，較近中間的距地面逐漸增近?？偟慕M合從下面看上去與倒置的圓饅頭或鍋貼餅子相似，精確尺寸應根據計算流體力學模擬計算結果確定。
風機陣列的參差風筒如圖3示。
5.1.7.4曲面引導風墻及其分流裝置根據專利申請?zhí)枮?00520127540.2的專利曲面風墻可作為這里的曲面引導風墻，它一方面可阻擋對空冷凝汽器空氣出口有不利影響的橫風，由于曲面引導風墻外側可在不同高度設置分流裝置，因此它又可以有計劃的將橫風按需要比例分別引向風機入口處和熱風出口處，既可以使風機得到適當的入口冷風，又可以將一部分橫風引向熱風邊緣，去冷卻熱風或阻止熱風回流。分流裝置可以采用螺絲釘或其他方式固定在風墻基面上，風墻上的孔與分流裝置上的孔對應，墻上的孔自上而下按一定模數統(tǒng)一確定，以便在試運期間調整。
曲面引導風墻分流裝置可用任何合適的材料和結構制作，只要它能有足夠的剛度、強度和壽命。
曲面引導風墻分流裝置是分段制作，分段安裝的。
作為曲面引導風墻的幾個例子示于圖4中。其中方案1時角形的分流裝置，并與墻體合二而一。方案2是倒弧形分流裝置，按分配比例裝在需要位置。方案3分流裝置在風墻最頂端，將100％的被阻擋的橫風全部轉向風機入口。
權利要求
1一種火電廠用空冷凝汽器機組在考慮并盡量消除電廠內部和附近結構物的結構致風(以下簡稱“結構風”)對空冷凝汽器總體能力的影響的設計方法和設計中應采用的相應設備和裝置。其特征是通過使用計算流體力學方法對空冷凝汽器風環(huán)境的模擬計算，使用導風設備和裝置營造最優(yōu)的空冷凝汽器入口冷風和出口熱風通道，使用風墻上的空氣分流裝置等設備控制邊緣基本換熱單元進風量和扼制出口熱風向出口的回流，消除或減輕結構風對空冷凝汽器的不良影響。
2根據權利要求1所述設計方法和設計中應采用的相應設備和裝置。其特征是主要設計原則方法之一是優(yōu)化結構風，其一，營造各種風向和風速下空冷凝汽器風機所需的冷風來源通道讓爐后來風越過廠房，直接以最簡潔的路徑到達ACC風機入口；改造鍋爐房緊身封閉的外形，使結構風改善有益于空冷凝汽器；在鍋爐和集控室上方加裝可使爐后來風爬過鍋爐房和集控室的向上氣流導向A列與ACC之間過道的翼形導板陣列；集中爐后來風并分散至各ACC風機；除氧間、汽機房采用斜屋頂；合理確定空冷凝汽器陣列平臺高度。其二，保證整體冷風風量足夠廠房方向及相反方向來風時，合理選擇ACC與A列距離使風道斷面最優(yōu)，同時變化ACC高度使風道斷面最優(yōu)。
3根據權利要求1和權利要求2所述設計方法和設計中應采用的相應設備和裝置，其特征是少用阻擋可能對空冷凝汽器運行不利的結構風的方法，而是盡量多地將各方向來風引導進入風機入口，成為少花動力的冷卻風；同時在滿足風機進口冷卻風下，盡量多地將各方向來風引向ACC出口熱風散去方向，以冷卻、隔離或托起熱風，防止熱風向風機入口處回流。
4根據權利要求1至3所述設計方法和設計中應采用的相應設備和裝置，其特征是限制由ACC平臺上方風墻引下至風機入口平面水平方向冷風風量和速度，保證各風機吸入足夠冷風的條件；使用傾斜式平面或曲面引導風墻替代公知的平面擋風墻，使原垂直于ACC安裝平臺平面的旨在阻擋對管束出口不良影響的橫風和無風時阻擋管束出口熱風向風機入口回流的擋風墻變成將管束出口熱風導向ACC上方中央以利集中散去并被冷卻的導風墻；使用曲面風墻和其上面的分流器，通過其外表面引導側面橫風按需要比例的去補充冷卻風供應和推動熱風遠離；可以通過優(yōu)化選擇ACC平臺上方風墻的分流器位置，使各風向最大設計風速下由風墻引下至風機入口平面水平方向冷風的風量和風速最優(yōu)化，使對最邊緣風機進風狀態(tài)最優(yōu)。
5根據權利要求1至4所述設計方法和設計中應采用的相應設備和裝置，其特征是營造各種風向和風速下空冷凝汽器排出熱風的通道和冷卻熱風的冷風來源通道迎著汽機房來風時應使熱風散離通道和ACC外冷卻風(或隔離風)通道通暢和斷面最優(yōu)；廠房方向來風的冷風通道也是反方向來風平臺下不能進入風機多余冷風量離去的通道；消除或減少各種風向和風速條件下空冷凝汽器出口熱空氣向入口的回流和引導凝汽器出口熱風的直接離去；優(yōu)化風墻的位置和形狀，引導可能回流的熱空氣向熱風中心靠攏；在排出熱風和風機入口冷風源之間加入橫向來的冷卻風，隔離熱風與冷風，并冷卻邊緣熱風(與橫風同向邊緣)；留有迎廠房方向來風時熱風離散和冷橫風將其托起離去的通道，防止迎廠房方向來風時在A列通道邊緣的熱回流。
6根據權利要求1至5所述設計方法和設計中應采用的相應設備和裝置，其特征是對付橫風時，選擇風機最大全壓升時考慮風機的壓頭裕量選擇，應對進出口由于橫風影響造成的阻力增加，保證風機單元冷風進風量的均衡垂直平面擋風墻上部或中間的某部位或下部設導風墻與導風板；改變陣列中各風機風筒進風口的高度，形成四周距地面高，中間距地面低的參差布置；在ACC風機單元陣列周圍，平臺下一定范圍內設固定的一組或多組翼型導風板，攻角自上而下逐漸減少。
7根據權利要求1至6所述設計方法和設計中應采用的相應設備和裝置，其特征是優(yōu)化發(fā)電廠總平面布置，按最大發(fā)電量時的風向優(yōu)化總平面，最大限度的減少不利結構風對空冷凝汽器的不良影響。
8根據權利要求1至6所述設計方法和設計中應采用的相應機翼形上升型結構風引下導流板陣列設備和裝置，其特征是陣列由一系列的斷面為機翼形的導風板構成；第一個導流板的放置位置為鍋爐房上方，高度和向鍋爐房頂深入尺寸由模擬計算得出，原則是導風板與上升氣流的攻角小于臨界值，導風板和鍋爐房頂與近汽機房側的墻面交線之間的距離應能保證引下足夠的風量供給空冷島風機群；每個翼形導風板的弦長應能易于加工、安裝和保證強度，翼形斷面形狀可選標準形狀，并經模擬計算后確定；后一機翼形導風板與前一導風板的連接原則是后一個的頭部應位于已被前一個經轉向了的尾部氣流當中，后一個處于此氣流當中的攻角應小于臨界值；機翼形導風板的水平總寬度至少應與其下部的鍋爐房寬度相同，整體寬度是有若干分段集合而成；機翼形導風板可以以任何耐腐蝕的強度足購的材料制成；機翼形導風板在可移動轉軸上和一個槽形孔上用高強螺栓固定，以利調整；機翼形導風板的支固框架與鍋爐房頂和封閉側墻統(tǒng)一協調考慮；亦可應用于鍋爐房中間的爐后來風時由于集中控制室、煤倉間等所有地方形成上升氣流的向下引導，其結構和設計原則與用在鍋爐房上的相似，只是布置位置不同。
9根據權利要求1至6所述設計方法和設計中應采用的相應空冷凝汽器平臺擋風板下翼形導風板設備和裝置，其特征是導風板也是權利要求8機翼形導風板的結構，但其反向布置且布置位置不同；使用它的目的在于將橫向被風墻引下的氣流及橫風直接形成的與迎風的最邊緣的一排風機入口風筒垂直的氣流引向這排風機的入口，這一目的是與平臺風墻的下部結構共同作用實現的。
10根據權利要求1至6所述設計方法和設計中應采用的相應空冷凝汽器基本換熱單元陣列風機入口參差風筒設備和裝置，其特征是可使空冷凝汽器基本換熱單元的風機能在無風或有橫風情況下盡量能使不同位置的風機從不同高度吸入冷卻空氣，避免各風機對同層空氣的爭搶；在同一個凝汽器基本換熱單元陣列中的各不同位置的風機使用不同長度的入口風筒；風筒入口部分和延長部分可以做在一起，也可以分開制作，最后組裝在一起；為制作方便，延長部分可做成具有固定長度的基本模數單元，設計時根據需要的長度選用不同數量組合；風筒入口部分的軸線可以垂直于地面也可以稍有傾斜；空冷凝汽器的支撐鋼結構平臺應考慮參差風筒的固定；設計中應校核參差風筒中長風筒對風機入口阻力的影響；參差風筒相互間的布置原則是風機陣列的邊緣風機的風筒入口距地面遠，較近中間的距地面逐漸增近；總的組合從下面看上去與倒置的圓饅頭或鍋貼餅子相似，精確尺寸應根據計算流體力學模擬計算結果確定。
11根據權利要求1至6所述設計方法和設計中應采用的相應曲面引導風墻分流裝置，其特征是于曲面引導風墻外側可在不同高度設置分流裝置，與墻體合二而一，風墻可是平面或曲面，而在迎風面或ACC風墻外側與地面平行高度有一明顯的折角或突起，并使垂直擊在墻上的氣流分向上下兩側，改變折角或突起的位置，可改變分流的比例；在平面風墻或曲面風墻上在迎風面或ACC風墻外側與地面平行高度裝有一片或兩片前端連在一起的倒弧形板，兩塊倒弧形板近風墻側，可采用各種形式的可拆連接或固定連接；改變分流裝置的位置可改變分流的比例，一方面可阻擋對空冷凝汽器空氣出口有不利影響的橫風，又可以有計劃的將橫風按需要比例分別引向風機入口處和熱風出口處，既可以使風機得到適當的入口冷風，又可以將一部分橫風引向熱風邊緣，去冷卻熱風或阻止熱風回流；曲面引導風墻分流裝置可用任何合適的材料和結構制做，只要它能有足夠的剛度、強度和壽命；曲面引導風墻分流裝置是分段制作，分段安裝的。
全文摘要
為了克服現有的電站汽輪機用空冷凝汽器設計上沒有一整套考慮自然風和電廠結構物改變了原來自然風的流向、流速和流量分布等特性的空冷凝汽器的環(huán)境風的設計規(guī)范和消除它們對空冷凝汽器不良影響的總體設計思想和設計原則和方法的不足。本發(fā)明提出包括營造各種風向和風速下空冷凝汽器風機所需的冷風來源熱風離去的良好通道；旨在消除或減小空冷凝汽器入口空氣熱回流和出口熱風直接離去的阻擋和引導；對付橫風時風機的壓頭裕量選擇；有橫風時各風機單元冷風進風量的保證與均衡等原則和方法。同時提出一些在設計中推薦使用并通過計算有效的設備和裝置，如機翼形上升型結構風引下導流板陣列、風機入口側方翼形導風板、空冷凝汽器基本換熱單元陣列風機入口參差風筒、曲面引導風墻及其分流裝置等。采用本發(fā)明可使空冷凝汽器的換熱效率無論是在無風還是有風情況下均得到提高。
文檔編號F28B1/06GK1786640SQ200510130268
公開日2006年6月14日 申請日期2005年12月15日 優(yōu)先權日2005年12月15日
發(fā)明者王亮, 趙弦, 陸濤, 趙永輝 申請人:關曉春