一种火电机组风机进风区降阻方法

技术领域

本发明属于火电机组风道领域，具体涉及一种火电机组风机进风区降阻方法。

背景技术

火电机组燃料燃烧需要的空气通过送风机和一次风机送入炉膛，风机是火电机组重要辅机设备。送风机和一次风机入口段通常为一段竖直向下矩形风道，空气经过进风口进入风道，通过风机送入后续风道和设备，在进风口为防止雨水和杂物进入风机，上方设有遮雨棚，典型的风机入口风道模型如图1所示。

由于火电机组风机进风口结构简单，在矩形入口上方设置一个遮雨棚即可，目前国内外学者对火电机组风机进风口的研究甚少，在进风口的设计上仅考虑了遮雨效果，并未考虑进风口处结构对阻力的影响，遮雨棚的不合理设计将造成巨大阻力和噪音问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种火电机组风机进风区降阻方法，以降低遮雨棚与风机入口段之间的进风区阻力。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种火电机组风机进风区降阻方法，其包括如下步骤：

S1、建立遮雨棚至风机入口段风道的空间模型，在该空间模型中：风机入口段风道的进风口朝上，所述遮雨棚位于风机入口段风道的进风口上方，遮雨棚与风机入口段风道的进风口之间的间隙形成进风区，在该空间模型中，在进风区位置设定空间计算域，以计算域边界为入口；以风机入口段风道的出风口为出口；

S2、基于空间模型，设定多个不同的遮雨棚相对高度H，通过CFD数值模拟计算各个遮雨棚相对高度H下的进风区阻力值，得到风机入口风道进风区流场分布，相对高度H通过以下公式计算得到：

其中，h为遮雨棚下表面与风机入口风道上端部之间的距离，L为风机入口风道特征长度，a为风机入口段风道进风口横截面的长度，b为风机入口段风道进风口横截面的宽度，该横截面与遮雨棚平行；

S3、基于风机入口风道进风区流场分布，得到遮雨棚相对高度H的临界值Hi，将遮雨棚安装在该临界值Hi处。

优选地，所述风机入口段风道的进风口的横截面、遮雨棚均呈方形，所述遮雨棚的面积大于所述风机入口段风道的进风口的横截面的面积。

优选地，所述风机入口段风道的进风口的横截面各边、遮雨棚各边平行，所述风机入口段风道的进风口的横截面一边与与之平行的遮雨棚一边所在的面与遮雨棚所在的面之间形成夹角，该夹角的设计角度与所述遮雨棚位于该相对高度H值位置下该夹角的实际角度的差值在-3°-3°之间。

进一步优选地，该夹角的设计角度与所述遮雨棚位于该相对高度H值位置下该夹角的实际角度相等。

优选地，步骤S3中，所述遮雨棚的面积大于风机入口段风道的进风口的截面的面积。

优选地，步骤S1中，所述CFD计算流量与风机入口段风道的出风口的设计流量的差值在预设范围内，若所述CFD计算流量与风机入口段风道的出风口设计流量的差值没有达到预设范围，则调整入口、出口压力差值。

进一步优选地，步骤S1中，所述CFD计算流量与风机入口段风道的出风口设计流量相等。

优选地，所述空间计算域为以进风区为中心而形成的长度、宽度、高度均分别为进风区尺寸多倍的空间。

优选地，步骤S1中，该计算域边界处的流速在预设流速范围内，其压力在预设压力范围内。

优选地，步骤S1中，计算模型选用k-ε湍流模型，入口、出口采用压力边界条件。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明通过在维持风机入口风道主体结构不变的前提下，通过建立遮雨棚至风机入口段风道的空间模型并通过CFD数值模拟得到火电机组风机进风区处流场分布，获得遮雨棚相对高度的临界值，将遮雨棚安装在该临界值处，有效减小进风区阻力，增加进风区面积，降低噪音。

附图说明

附图1为本发明的遮雨棚至风机入口段风道的结构示意图；

附图2为本发明的遮雨棚至风机入口段风道的建模示意图；

附图3为本发明的风机入口风道进风区流场分布图；

附图4为遮雨棚相对高度-阻力特性曲线。

以上附图中：1-遮雨棚，2-风机入口段风道，21-出风口，3-进风区。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。

本实施例提供一种火电机组风机进风区降阻方法，其包括如下步骤：

S1、CFD建模与参数设置：建立遮雨棚1至风机入口段风道2的空间模型，在该空间模型中：风机入口段风道2的进风口朝上，遮雨棚1位于风机入口段风道2的进风口上方，遮雨棚1与风机入口段风道2的进风口之间的间隙形成进风区3，在该空间模型中，在进风区3位置设定空间计算域，以计算域边界为入口4；以风机入口段风道2的出风口21为出口。

风机入口段风道2四周围合、上下贯通，风机入口段风道2内具有通风通道，竖直向下设置。风机入口段风道2具有进风口和出风口21，其进风口靠近遮雨棚1，空气经过进风区3开口进入风机入口段风道2的通风通道内，再通过风机送入后续风道和设备。

风机入口段风道2的进风口的横截面、遮雨棚1均呈方形，遮雨棚1的面积大于风机入口段风道2的进风口的横截面的面积。

根据现有风机入口段风道2图纸，进行遮雨棚1至风机入口段风道2的实体建模，CFD数值计算湍流模型选用可实现的k-ε模型，入口4和出口(出风口21)选用压力边界条件。

由于进风区3处压力分布是不均匀且未知的，在CFD里无法以实际进风区3作为入口边界。在空间模型的基础上，增加了一个大空间的计算域，该计算域边界处的流速在预设流速范围内，其压力在预设压力范围内，以该计算域边界作为入口边界：该计算域边界处的流速近似为0，压力近似与大气压相同。

空间计算域为以进风区3为中心而形成的长度、宽度、高度均分别为进风区3尺寸多倍的空间，进风区3尺寸指进风区3的长度、高度、宽度，多倍如3或4或5倍。

遮雨棚1至风机入口段风道2的空间模型中，CFD计算流量与风机入口段风道2的出风口21的设计流量(即实际风机入口段风道2的出风口21处风机的设计流量)的差值在预设范围内，若CFD计算流量与风机入口段风道2的出风口21设计流量的差值没有达到预设范围，则调整入口、出口压力差值，直至CFD计算流量达到预设范围，当CFD计算流量与风机入口段风道2的出风口21设计流量相等时，效果最佳。

S2、基于空间模型，设定多个不同的遮雨棚1相对高度H，通过CFD数值模拟计算各个遮雨棚1相对高度H下的进风区3阻力值，得到风机入口风道进风区3流场分布，相对高度H通过以下公式计算得到：

其中，h为遮雨棚1下表面与风机入口风道上端部之间的距离，L为风机入口风道特征长度，a为风机入口段风道2进风口横截面的长度，b为风机入口段风道2进风口横截面的宽度，该横截面与遮雨棚1平行，参见图2。

进风区3处的阻力主要是由于遮雨棚1遮挡，导致空气只能从下方狭窄进风口进入风道，四侧空气进入风道后高速冲撞到一起再散开，在进风区3及风道中造成了较大局部压力损失。遮雨棚1的高度位置决定了进风区3面积大小，高度过低将导致阻力上升，高度过高将大幅增加遮雨棚1面积，该高度的绝对值与入口风道尺寸相关，为了消除风道尺寸关联性，提出了遮雨棚1高度h/入口风道特征长度L的无量纲参数。

风机入口段风道2的进风口的横截面各边、遮雨棚1各边一一对应平行，风机入口段风道2的进风口的横截面一边与与之平行的遮雨棚1一边所在的面与遮雨棚1所在的面之间形成夹角，夹角参见图2，该夹角的设计角度与遮雨棚1位于该相对高度H值位置下该夹角的实际角度的差值在-3°～3°之间，如夹角的设计角度为A，遮雨棚1位于该相对高度H值位置下该夹角的实际角度为B，B＝A±3°，可保证遮雨效果。

当该夹角的设计角度与遮雨棚1位于该相对高度H值位置下该夹角的实际角度，即B＝A，遮雨效果最佳。

S3、通过上述的CFD数值模拟计算，统计进风区3段阻力值，得到进风区3处流场分布并进行分析，基于风机入口风道进风区3流场分布(遮雨棚1相对高度-阻力特性)，得到遮雨棚1相对高度H的临界值Hi，将遮雨棚1安装在该临界值Hi处，完成风机进风区3降阻优化。噪音来源于进风区开口处气流，遮雨棚1安装在该临界值Hi处，使得进风区优化，噪音也会降低。

临界值Hi是指：当遮雨棚1相对高度H达到某个临界值Hi后，继续增加遮雨棚1相对高度H，阻力下降较小，降阻效果有限，反而会大幅增加遮雨棚1面积，即遮雨棚1相对高度H在临界值Hi时，进风区3阻力已经大大减小。根据得到的临界值H，优化遮雨棚1距离风机入口段风道2的进风口的高度及遮雨棚1的面积，优化进风区3面积，有效减小进风区3阻力。

遮雨棚的面积大于风机入口段风道的进风口的截面的面积，当进风口的截面面积为18-20m

实施例

某发电有限公司一期两台机组为600MW超临界燃煤机组，存在送风机出力不足的问题，影响了机组带负荷能力及高负荷煤粉燃尽率，经过诊断发现送风机进风口设计不合理，造成了较大阻力。采用本发明方法对送风机进风口进行降阻，实施过程如下。

(1)根据送风机入口风道布置，按照1:1比例建立3D模型，始于遮雨棚1，止于入口风道出风口(入口风道出风口处设置送风机，即送风机入口)，如图2所示，优化前遮雨棚1相对高度为0.14(作为对比例)。CFD数值计算湍流模型选用可实现的k-ε模型，入口4和出口选用压力边界条件，入口压力设为0，出口压力设为-800Pa，计算收敛后流量(CFD计算流量)为236.1kg/s，与风机入口段风道2的出风口21的设计流量基本一致。

(2)再分别设置三个实施例，实施例1、2、3中遮雨棚1相对高度H分别为0.25、0.50和0.75，各遮雨棚1相对高度H下，保持风机入口段风道2的进风口的横截面一边与与之平行的遮雨棚1一边所在的面与遮雨棚1所在的面之间形成的夹角不变，进行CFD数值模拟计算，得到了风机入口风道进风区3流场分布图如图3所示。

(3)基于风机入口风道进风区3流场分布，绘制成相对高度-阻力特性曲线如图4所示；得到不同的遮雨棚相对高度下的风机入口风道进风区的阻力，如表1所示。

表1 实施例1-3与对比例的阻力统计表

对比例、实施例1-3中，入口风道特征长度L(m)相同，遮雨棚相对高度H不同。

通过相对高度-阻力特性曲线、表1可以发现，对比例的风机入口风道进风区3总阻力为501Pa，实施例1、2、3风机入口风道进风区3总阻力明显小于501Pa，具有大幅降阻空间。当遮雨棚相对高度从0.14提高到0.25时阻力急剧下降，从0.25提高到0.50阻力降幅较大，从0.50提高到0.75，阻力下降平缓，仅降低了15Pa，效果一般，遮雨棚1相对高度H的临界值Hi为0.50。最终确定为将风机进风区3处的遮雨棚1相对高度提高到0.50位置，阻力从501Pa降低到83Pa，降阻效果十分明显。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。