一种空冷岛防冻区域识别方法及系统与流程

1.本发明涉及空冷机组运行安全领域，具体涉及一种空冷岛防冻区域识别方法及系统。


背景技术：

2.电站空冷技术发展为我国北方地区煤多水少的问题提供了有效的解决方案。与传统冷端水冷塔技术相比较，直接空冷技术表现出突出的节水优势。直接空冷技术在我国北方技术得到了广泛的应用，在燃煤电站、循环流化床电站、光热电站都非常适用。然而空冷翅片管束暴露在环境之中，易受环境影响，尤其是冬季低温有可能使得翅片管内蒸汽或凝结水冻结，使得翅片管束冻裂，严重影响机组运行安全。空冷岛包含众多空冷单元(如600mw等级机组，单台机包含至少56个空冷单元)，在不同风向风速下，各单元散热量不同，冻结的可能性也均不相同，因此必须识别空冷岛在不同环境条件下众多空冷单元易冻结的区域，进行运行参数的调整以及工程改造。


技术实现要素：

3.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中难以识别空冷岛在不同环境条件下空冷单元易冻结的区域缺陷，从而提供一种空冷岛防冻区域识别方法及系统。
4.第一方面，本发明实施例提供一种空冷岛防冻区域识别方法，包括：获取空冷岛特性参数；根据所述空冷岛特性参数建立空冷岛模型；基于所述空冷岛模型，计算空冷岛各空冷单元的散热量；将空冷岛各空冷单元的散热量与预设防冻热量对比，识别空冷岛防冻区域。
5.可选地，所述基于所述空冷岛模型，计算空冷岛各空冷单元的散热量，包括：基于所述空冷岛模型，将空冷岛散热器的各空冷单元均划分成若干个域；根据散热器进口蒸汽温度、环境温度及散热器换热效率计算每个区域散热量；将各空冷单元下的每个区域散热量求和得到空冷岛各空冷单元的散热量。
6.可选地，所述将空冷岛各空冷单元的散热量与预设防冻热量对比，识别空冷岛防冻区域，包括：将空冷岛各空冷单元的散热量与所述预设防冻热量进行做差比较；将做差后的结果与所述预设防冻热量进行除法计算，得到警戒系数；根据所述警戒系数与预设阈值的关系，识别空冷岛防冻区域。
7.可选地，通过如下公式计算空冷岛每个区域散热量：
8.q
macro
＝σ(mc
p
)(t
vapor-t
a1
)
9.其中，t
vapor
为散热器进口蒸汽温度，t
a1
为环境温度，σ为散热器换热效率，m代表空气质量流量，c
p
为空气比热容。
10.可选地，通过如下公式计算各空冷单元的散热量：
11.q＝σq
macro
。
12.可选地，通过如下公式计算警戒系数：
13.ф＝(q-q
safe
)/q
safe
14.其中，q
safe
为预设防冻热量。
15.可选地，所述空冷岛特性参数包括空冷风机特性及空冷翅片管特性。
16.第二方面，本发明实施例提供一种空冷岛防冻区域识别系统，包括：获取模块，用于获取空冷岛特性参数；构建模块，用于根据所述空冷岛特性参数建立空冷岛模型；计算模块，用于基于所述空冷岛模型，计算空冷岛各空冷单元的散热量；识别模块，用于将空冷岛各空冷单元的散热量与预设防冻热量对比，识别空冷岛防冻区域。
17.第三方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行本发明实施例第一方面所述的空冷岛防冻区域识别方法。
18.第四方面，本发明实施例提供一种计算机设备，包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行本发明实施例第一方面所述的空冷岛防冻区域识别方法。
19.本发明技术方案，具有如下优点：
20.本发明提供的一种空冷岛防冻区域识别方法，包括：获取空冷岛特性参数；根据空冷岛特性参数建立空冷岛模型；基于空冷岛模型，计算空冷岛各空冷单元的散热量；将空冷岛各空冷单元的散热量与预设防冻热量对比，识别空冷岛防冻区域。通过数值计算得到各空冷单元的散热量，将空冷单元实际散热量与最小防冻量之间的对比，识别空冷岛在不同环境条件下众多空冷单元易冻结的区域，辅助运行进行运行参数的调整以及工程改造，满足工程所需。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本发明实施例中空冷岛防冻区域识别方法的一个具体示例的流程图；
23.图2为本发明实施例中边界条件及计算区域划分示意图；
24.图3为本发明实施例中空冷岛防冻区域识别方法系统的一个具体示例的原理框图；
25.图4为本发明实施例提供的计算机设备一个具体示例的组成图。
具体实施方式
26.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、
以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
28.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
29.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
30.本发明实施例提供一种空冷岛防冻区域识别方法，如图1所示，包括如下步骤：
31.步骤s1：获取空冷岛特性参数。
32.在一具体实施例中，空冷岛特性参数需要通过实测获得，作为自定义函数编辑，作为流体动力学计算的边界。主要包括：空冷风机特性，空冷翅片管特性。
33.其中，空冷风机特性如下：
34.fluent软件中的风扇物理模型是一个无限薄的平面，气流经过这个平面产生压力跃升，压力跃升值表示为速度的多项式函数：
[0035][0036]
其中fn表示多项式系数，v表示风扇平面质量流量平均速度。根据空冷风机实际运行性能曲线，多项式系数fn由拟合方程得到。
[0037]
风扇周向径向速度分量通过径向距离的函数定义如下：
[0038][0039][0040]
式中r为径向距离，f
θn
，f
rn
表示多项式系数，均可通过风机性能测试得到。
[0041]
其中，空冷翅片管特性如下：
[0042]
翅片管束等效为fluent中的radiator模型，翅片管阻力
[0043][0044]
其中阻力系数可拟合为多项式函数，通过试验测量方法获得。调整风机频率f＝10,20,30,40,50hz，改变迎面风速。通过微压仪一端连接风机出口，一端连接翅片管出风口，得到翅片管阻力(其中翅片管阻力包括了风机桥架，翅片管进口阻力，翅片管阻力以及翅片管出口阻力)，从而获得阻力系数。
[0045]
[0046]
式中：k
l
——阻力系数；ρ——密度，kg/m3；u——空气流速，m/s；ai——常数系数。
[0047]
如对于某机组，k
l
＝69.89-40.33v+12.72v
2-2.06v3+0.16v
4-0.0051v5。
[0048]
通过实测得到空冷翅片管束换热系数与迎面风速的对应关系：其中a,b为常数
[0049]
k＝avb[0050]
如对于某机组
[0051]
k＝28.2v
0.45
[0052]
即可得到空冷散热器换热效率：
[0053][0054]
其中a代表散热面积，常数；
[0055]
m代表空气质量流量，由迎面风速与空气密度唯一决定。
[0056]cp
为空气比热容，可以看做常数。
[0057]
将空冷翅片管换热特性，阻力特性以及风机特性编辑自定义函数，作为数值计算的边界条件。
[0058]
步骤s2：根据空冷岛特性参数建立空冷岛模型。
[0059]
在一具体实施例中，物理模型包括了风机，空冷岛、挡风墙、防风网、空冷岛周边建筑等，按比例建模，整体计算区域不小于1000m
×
1000m
×
1000m。
[0060]
使用基于有限容积法的软件fluent来进行数值模拟计算。对于模型中的空气湍流流动，本实施例使用realizable k-epsilon湍流模型来描述；对动量方程、能量方程、湍流动能方程与湍流动能耗散方程均使用二阶迎风差分格式来进行离散，算法采用改进的压力-速度耦合simplec算法。在计算过程中，能量方程的残差收敛标准设置为1
×
10-6
，其余参数的残差收敛标准设置为1
×
10-3
。
[0061]
外流远场空间简化为一立方体，按照风向可以设置某一平面为压力入口，设置静压、风速、风温，另外五个平面为压力出口边界及地面。内部建筑及挡风墙均默认为绝热壁面，锅炉建筑采用恒定热流的形式模拟锅炉对环境的散热。边界条件及计算区域划分示意图如图2所示。其中，速度入口为风向。
[0062]
步骤s3：基于空冷岛模型，计算空冷岛各空冷单元的散热量。
[0063]
在一具体实施例中，通过如下步骤计算空冷岛各空冷单元的散热量：
[0064]
步骤s31：基于空冷岛模型，将空冷岛散热器的各空冷单元均划分成若干个域。
[0065]
步骤s32：根据散热器进口蒸汽温度、环境温度及散热器换热效率计算每个区域散热量。
[0066]
步骤s33：将各空冷单元下的每个区域散热量求和得到空冷岛各空冷单元的散热量。
[0067]
在本发明实施例中，基于空冷岛模型，使用简单效率模型，在划分网格后，将散热器划分成若干个域，每个域包括若干个网格。每个区域散热量q
macro
＝σ(mc
p
)(t
vapor-t
a1
)。
[0068]
其中，t
vapor
为散热器进口蒸汽温度，t
a1
为环境温度。
[0069]
则各空冷单元总的散热量q＝σq
macro
。
[0070]
步骤s4：将空冷岛各空冷单元的散热量与预设防冻热量对比，识别空冷岛防冻区域。
[0071]
在一具体实施例中，通过如下方式识别空冷岛防冻区域：
[0072]
步骤s41：将空冷岛各空冷单元的散热量与预设防冻热量进行做差比较。
[0073]
步骤s42：将做差后的结果与预设防冻热量进行除法计算，得到警戒系数。
[0074]
步骤s43：根据警戒系数与预设阈值的关系，识别空冷岛防冻区域。
[0075]
在本发明实施例中，预设防冻热量为最小防冻量q
safe
。最小防冻量q
safe
根据运行工况确定。预设阈值为0。将单元实际散热量与最小防冻量q
safe
比较，得到警戒系数ф＝(q-q
safe
)/q
safe
。
[0076]
具体地，当警戒系数ф≥0时，判定此空冷单元为易冻结区域。当警戒系数ф＜0时，判定此空冷单元为正常运行区域。
[0077]
进一步地，根据警戒系数ф与预设阈值的关系绘制警戒系数分布图，从而使运行人员更为直观识别空冷岛防冻区域，辅助运行人员进行运行参数的调整以及工程改造。
[0078]
本发明提供的一种空冷岛防冻区域识别方法，包括：获取空冷岛特性参数；根据空冷岛特性参数建立空冷岛模型；基于空冷岛模型，计算空冷岛各空冷单元的散热量；将空冷岛各空冷单元的散热量与预设防冻热量对比，识别空冷岛防冻区域。通过数值计算得到各空冷单元的散热量，将空冷单元实际散热量与最小防冻量之间的对比，识别空冷岛在不同环境条件下众多空冷单元易冻结的区域，辅助运行进行运行参数的调整以及工程改造，满足工程所需。
[0079]
如某机组空冷岛经过计算得到警戒系数分布图：
[0080]
表1冬季东风、30％电负荷下各冷却三角散热量超出警戒线的百分比(单位：％)
[0081][0082]
表2冬季北风、30％电负荷下各冷却三角散热量超出警戒线的百分比(单位：％)
[0083][0084][0085]
本发明实施例还提供一种空冷岛防冻区域识别系统，如图3所示，包括：
[0086]
获取模块1，用于获取空冷岛特性参数。详细内容参见上述实施例中步骤s1的相关描述，在此不再赘述。
[0087]
构建模块2，用于根据空冷岛特性参数建立空冷岛模型。详细内容参见上述实施例中步骤s2的相关描述，在此不再赘述。
[0088]
计算模块3，用于基于空冷岛模型，计算空冷岛各空冷单元的散热量。详细内容参见上述实施例中步骤s3的相关描述，在此不再赘述。
[0089]
识别模块4，用于将空冷岛各空冷单元的散热量与预设防冻热量对比，识别空冷岛防冻区域。详细内容参见上述实施例中步骤s4的相关描述，在此不再赘述。
[0090]
本发明实施例还提供了一种计算机设备，如图4所示，该设备终端可以包括处理器61和存储器62，其中处理器61和存储器62可以通过总线或者其他方式连接，图4中以通过总线连接为例。
[0091]
处理器61可以为中央处理器(central processing unit，cpu)。处理器61还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现场可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。
[0092]
存储器62作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的对应的程序指令/模块。处理器61通过运行存储在存储器62中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的空冷岛防冻区域识别方法。
[0093]
存储器62可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器61所创建的数据等。此外，存储器62可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器62可选包括相对于处
理器61远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器61。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
[0094]
一个或者多个模块存储在存储器62中，当被处理器61执行时，执行实施例中的空冷岛防冻区域识别方法。
[0095]
上述计算机设备具体细节可以对应参阅实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。
[0096]
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-only memory，rom)、随机存储记忆体(random access memory，ram)、快闪存储器(flash memory)、硬盘(hard disk drive，缩写：hdd)或固态硬盘(solid-state drive，ssd)等；存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
[0097]
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。