膠球清洗裝置凝汽器系統性能分析？

     膠球清洗裝置凝汽器系統性能分析？以某600MW火電機組為研究對象，建立火電機組凝汽器膠球清洗裝置凝汽器系統監測模型，為凝汽器膠球清洗裝置凝汽器系統優(yōu)化鑒定了理論基礎。針對凝汽器喉部擴散角和低加對蒸汽熱負荷分配不均的影響，提出安裝導流板改善流體的流動(dòng)及凝汽器的傳熱特性。以某電廠(chǎng)為例，分析了該系統的工作狀況及運行特征，對模型和軟件進(jìn)行了驗證。通過(guò)建立了凝汽器膠球清洗裝置數學(xué)模型，分析了污垢熱阻、時(shí)間常數、膠球價(jià)格和使用壽命對膠球清洗裝置運行參數的影響。
     通過(guò)分析傳統凝汽器膠球清洗裝置系統，設計了一種新型凝汽器膠球清洗裝置凝汽器系統，并建立凝汽器單流程物理模型。針對不同膠球速度、射流速度及投球方式，通過(guò)數值模擬分析了膠球在進(jìn)口水室內的運動(dòng)規律，以及水室旋渦對膠球軌跡的影響，提出了優(yōu)化設計方案。
     火電濕冷機組凝汽器結構比較復雜，本文對凝汽器系統進(jìn)行簡(jiǎn)化，利用Gambit軟件對其建立物理模型如圖1所示。
圖1凝汽器物理模型
     大型機組凝汽器中有數以萬(wàn)計根冷卻管束，在凝汽器幾何模型中是很難準確地畫(huà)出，用多孔介質(zhì)來(lái)替代冷卻管束，模擬循環(huán)水在凝汽器內的流動(dòng)情況。二次濾網(wǎng)和收球網(wǎng)并不在這次研究范圍內，因此，對其進(jìn)行簡(jiǎn)化忽略不計。結合大量的論文及運行現場(chǎng)勘察發(fā)現，凝汽器冷卻管束區結垢嚴重，大多出現在凝汽器管板邊緣地帶。本文主要考慮在循環(huán)水的擾動(dòng)作用下，針對凝汽器冷卻管束A區域上邊緣地帶進(jìn)行清洗，分析膠球在水側的運動(dòng)軌跡。
     利用Gambit軟件對凝汽器4部分分別進(jìn)行四面體非結構化網(wǎng)格劃分。計算分析前，先對網(wǎng)格進(jìn)行無(wú)關(guān)性驗證，*終確定各個(gè)區域網(wǎng)格數量，其中凝汽器進(jìn)口水室30萬(wàn)，循環(huán)水進(jìn)水管20萬(wàn)，凝汽器冷卻管束區域75萬(wàn)，凝汽器出水室及循環(huán)水出水管42萬(wàn)，共計167萬(wàn)。計算模型網(wǎng)格劃分如圖2所示。
圖2計算區域及網(wǎng)格劃分
控制方程
     在該模型中，使用FLUENT6.3軟件模擬凝汽器內部流體的流動(dòng)狀況，將循環(huán)水看作不可壓縮流體。求解條件采用非耦合求解，使用Implicit隱式算法，將流體看做定常流動(dòng)，采用絕對速度，選擇標準k－ε湍流模型。
邊界條件
     不考慮凝汽器冷卻管束與外部氣體之間的換熱問(wèn)題，故在模擬過(guò)程中不考慮能量方程，將循環(huán)水進(jìn)水口設定為速度進(jìn)口邊界條件，定義為2m/s，垂直于進(jìn)口截面，選擇重力對流體運動(dòng)的影響，設定膠球密度為1000kg/m3，以速度1．4m/s投球，射流速度為1．3m/s，出口邊界條件設置為壓力出口。在solve面板下，選擇一階迎風(fēng)格式，打開(kāi)殘差監視器，*后進(jìn)行迭代計算。
計算結果及分析
     對凝汽器進(jìn)口水室內流體流場(chǎng)進(jìn)行模擬時(shí)，設定在凝汽器進(jìn)口水室的進(jìn)水口處，面向管板方向為中心面，為Z=0m截面，中心面右側為+Z方向，左側為－Z方向;連接凝汽器進(jìn)口水室和冷卻管管束區的管板在坐標軸上的位置為X=0m。主要研究Z=1.0m(送球口的中心)、Z=1.2m(送球管的直徑為0.3m，)、Z=0.8。將幾個(gè)凝汽器冷卻管束區域設定為A、B、C、D、E、F等6個(gè)區域，如圖3所示。
圖36區域圖
     1Z=0m、Z=0．8m、Z=1m、Z=1．2m截面的速度流線(xiàn)圖圖4表示進(jìn)口水室Z=0m、Z=0．8m、Z=1m、Z=1．2m截面的速度流線(xiàn)圖，從圖中觀(guān)察到，水室結構不具有引導性，使高速流體集中在中間區域，水流整體向前流動(dòng)。因為管板存在局部阻力，在進(jìn)口水室Z=0m、Z=0．8m、Z=1．2m截面的上部分區域均出現旋渦，由于在Z=1．0m截面送球管有一射流，打破了Z=1．0m截面處的旋渦，但是仍然受到旋渦的影響。模擬結果表明，進(jìn)口水室的旋渦主要發(fā)生在水室上部的A區域，水室下部也有微弱旋渦出現。

 圖4 進(jìn)口水室Z截面的速度流線(xiàn)圖
 
 圖5 膠球運動(dòng)軌跡圖
優(yōu)化設計及數值模擬
     由于凝汽器進(jìn)口水室內存在旋渦，為了減弱旋渦的影響，分別改變射流速度和投球速度、射流方式，通過(guò)對比模擬結果，選出*優(yōu)的解決方案。下面將速射流度設為1．3m/s 1．7m/s;投球速度分別設為1．0m/s、1．2m/s、1．4m/s、1．6m/s、1．8m/s、2．0m/s、2．2m/s，分別組合成14種投球方式。影響膠球在凝汽器內流動(dòng)的主要因素包括凝汽器內存在的旋渦、射流速度和投球速度3方面。分別計算各種方案下Z=1m截面的流動(dòng)狀況以及膠球的運動(dòng)軌跡。設置數字1、2、34、5、6、7分別代表7種膠球流速，如1表示膠球速度V=
1m/s，a1表示射流速度U=1．3m/s、膠球速度V=1m/s。射流速度為1．3m/s時(shí)結果分析圖6表示對A區域上部分冷卻管束進(jìn)行清洗，射流速度為1．3m/s時(shí)，送球速度分別為1．0m/s、1．2m/s、1．4m/s、1．6m/s、1．8m/s、2．0m/s、2．2m/s，進(jìn)口水室內的流線(xiàn)圖和膠球軌跡圖。對膠球通過(guò)A、B、C、D、E、F6個(gè)區域的情況進(jìn)行統計，結果見(jiàn)表1。
     隨著(zhù)凝汽器送球速度的增大，凝汽器進(jìn)口水室內在Z=1.0截面上的流線(xiàn)圖基本沒(méi)有發(fā)現變化，旋渦仍然存在，起初膠球的速度比較小，會(huì )流到B、C、D、E、F區域中。送球速度在1.0m/s～1.6m/s時(shí)，A區域進(jìn)球量比較少，進(jìn)球量增長(cháng)比較快，送球速度在1.6m/s～2.2m/s時(shí)，A區域進(jìn)球量比較多，進(jìn)球量增長(cháng)緩慢，膠球在水室內不能發(fā)散，對凝汽器管束清洗的區域減小。
     射流速度為1.7m/s時(shí)結果分析圖7是對A區域上部分進(jìn)行定區域清洗，射流速度為1.7m/s，送球速度分別為     1.0m/s、1.2m/s、1.4m/s、1.6m/s、1.8m/s、2.0m/s、2.2m/s時(shí)，進(jìn)口水室內的膠球運動(dòng)軌跡圖。
射流速度為1.0m/s時(shí)結果分析
     選擇射流速度在1.3m/s～1.7m/s之間，送球速度控制在1.6m/s～2.2m/s之間，由于射流水來(lái)自于凝汽器循環(huán)水圖7射流速度為1.7m/s的方案管，循環(huán)水的進(jìn)水速度為2.0m/s，設射流速度*大為2.0m/s。度為1.0m/s的膠球運動(dòng)軌跡。
射流速度m/s 送球速度m/s A區域進(jìn)球數 B區個(gè) 域進(jìn)球數C區域進(jìn)球數D區域進(jìn)球數E區域進(jìn)球數F區域進(jìn)球數個(gè)個(gè)個(gè)個(gè)個(gè)
1.0 1.0 7 1 3 4 3 0
1.0 1.2 6 3 3 2 3 1
1.0 1.4 13 2 1 0 2 0
1.0 1.6 13 0 0 3 2 0
1.0 1.8 15 0 2 1 0 0
1.0 2.0 15 0 2 1 0 0
1.0 2.2 14 0 2 1 0 1
若減小射流速度，分析是否存在*佳的送球速度。因此，對對膠球通過(guò)A、B、C、D、E、F6個(gè)區域情況進(jìn)行觀(guān)察，統射流速度為1.0m/s和2.0m/s進(jìn)行模擬，如圖8所示射流速計結果見(jiàn)表2。
 表2 射流速度為1.0m/s，膠球通過(guò)6個(gè)區域的個(gè)數

 圖8 射流速度為1.0m/s的方案
本文以某電廠(chǎng)600MW機組凝汽器膠球清洗裝置系統為研究對象，根據實(shí)際尺寸建立了物理模型，針對凝汽器管板A區上邊緣區域，用Fluent軟件對14種投球方式進(jìn)行了模擬分析，得出以下結論:
(1)當射流速度為1.0m/s，送球速度為1.8m/s～2.2m/s時(shí)，膠球進(jìn)入A區域的數量*多為83.33%。
(2)當射流速度為1.3m/s，送球速度為1.6m/s～2.2m/s時(shí)，膠球進(jìn)入A區域的數量*少為88.89%。
(3)當射流速度為1.7m/s，送球速度為1.6m/s～2.2m/s時(shí)，膠球進(jìn)入A區域的數量*少為83.33%。
(4)得到*優(yōu)方案:射流速度控制在1.3m/s～1.7m/s之間，送球速度控制在1.6m/s～2.2m/s之間，流經(jīng)A區域的膠球數量比較均勻、數量較多，且清洗面積比較大。