煤電空冷機組空冷島加裝噴霧降溫系統的理論分析

西安智源電氣有限公司技術(shù)漫談

1.概述

我國三北地區（西北、華北、東北）缺水嚴重，但煤炭資源卻很豐富，因此在三北地區興建了很多空冷發(fā)電機組。眾所周知，空冷機組.大的優(yōu)點(diǎn)節約水資源，做大的缺點(diǎn)是冷卻塔效率較低，而且受環(huán)境氣候的影響較大，煤耗較高，尤其是在高溫天氣，低效的冷凝器導致背壓過(guò)高，制約了機組出力。為了克服這些缺點(diǎn)，很多空冷機組的空冷島提高了空冷島散熱器的沖洗頻率，增強冷凝器的熱交換效率。除此之外，許多電廠(chǎng)還為空冷島加裝了噴霧降溫系統，以達到降低機組背壓，從而降低煤耗，提升機組迎峰度夏的能力，并在夏季大風(fēng)氣候可達到調節穩定機組背壓的目的。那么為什么空冷島加裝噴霧裝置能起到降溫降背壓的作用呢，下面就來(lái)談?wù)剣婌F降溫裝置的工作原理。

2.噴霧降溫的工作機理

環(huán)境溫度變化對背壓的影響是實(shí)施噴霧增濕降溫的理論基礎。在空冷器進(jìn)風(fēng)口采用噴霧增濕方法可以有效地降低空冷器入口空氣的溫度，從而提高空冷器的冷卻能力。

噴霧增濕降溫的工作機理是：水經(jīng)過(guò)噴嘴霧化形成一定粒徑的霧滴，霧滴在運動(dòng)過(guò)程中與空氣充分混合并迅速蒸發(fā)。由于水的汽化潛熱較大，水蒸發(fā)時(shí)會(huì )大量吸收空氣中的熱量，從而降低空氣的溫度。然后將降溫后的濕空氣送到空冷散熱器，以強化空冷器的換熱效果。少量剩余沒(méi)有汽化的霧滴在風(fēng)機的作用下流經(jīng)高溫的散熱翅片，在高溫的作用下，霧滴加速汽化，吸收散熱器翅片以及翅片間的空氣熱量。在一定的霧化強度和噴射角下，噴霧還會(huì )在空冷器的表面形成水膜，水膜的蒸發(fā)進(jìn)一步帶走熱量，提高空冷器的換熱能力，從而提高機組的出力。

3.噴霧降溫的理論過(guò)程分析

噴霧增濕降溫過(guò)程是一個(gè)同時(shí)存在流動(dòng)、傳熱和相變傳質(zhì)等多個(gè)傳遞過(guò)程相互耦合并相互影響的復雜的不可逆熱力過(guò)程?？諝鈬婌F降溫的理論主要是溫空氣的理論，這里涉及到干球溫度、濕球溫度和絕熱飽和溫度的概念。絕熱飽和溫度是指噴入空氣中的水與空氣進(jìn)行充分換熱使不飽和溫空氣達到飽和溫空氣時(shí)的溫度，因為這里只考慮噴霧與其周?chē)諝獾臒峤粨Q，因此把噴霧和其周?chē)目諝庾鳛闊崃ο悼创?，則該熱力系統相對于外界來(lái)講是絕熱的熱力系統，向空氣中通過(guò)噴霧增溫是一個(gè)絕熱的加濕過(guò)程，噴霧增濕降溫過(guò)程如圖1所示。

圖1：噴霧增濕降溫過(guò)程圖

當在空冷單元內噴入適量的水霧后，霧滴彌漫整個(gè)空冷單元與空氣充分接觸混合，空氣與水滴表面的飽和空氣層之間存在著(zhù)溫差和水蒸氣分壓力差，因而水滴蒸發(fā)，利用水的蒸發(fā)潛熱較大的特點(diǎn)，水霧滴蒸發(fā)時(shí)大量吸收空氣中的熱量，使空氣溫度降低，同時(shí)空氣的含濕量增加，相對濕度增加，而濕空氣的焓值不變，從而達到降低空氣溫度的目的。霧滴與空氣的熱濕交換如圖2所示。噴霧增濕法屬于直接蒸發(fā)冷卻方法，其處理方法在h-d圖上屬于空氣的等焓加濕過(guò)程，過(guò)程線(xiàn)如圖3所示，圖中1點(diǎn)為噴霧前的空氣狀態(tài)，2點(diǎn)為噴霧后的空氣狀態(tài)，φ為相對濕度（即空氣中水分飽和程度）。

圖2：霧滴與空氣的熱濕交換示意圖

圖3：噴霧增濕前后空氣的h-d變化圖