煤電空冷機組空冷島加裝噴霧降溫系統(tǒng)的理論分析

西安智源電氣有限公司技術漫談

1.概述

我國三北地區(qū)（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(qū)興建了很多空冷發(fā)電機組。眾所周知，空冷機組.大的優(yōu)點節(jié)約水資源，做大的缺點是冷卻塔效率較低，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高，制約了機組出力。為了克服這些缺點，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，許多電廠還為空冷島加裝了噴霧降溫系統(tǒng)，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，并在夏季大風氣候可達到調(diào)節(jié)穩(wěn)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，下面就來談談噴霧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施噴霧增濕降溫的理論基礎。在空冷器進風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)過噴嘴霧化形成一定粒徑的霧滴，霧滴在運動過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)時會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。少量剩余沒有汽化的霧滴在風機的作用下流經(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，噴霧還會在空冷器的表面形成水膜，水膜的蒸發(fā)進一步帶走熱量，提高空冷器的換熱能力，從而提高機組的出力。

3.噴霧降溫的理論過程分析

噴霧增濕降溫過程是一個同時存在流動、傳熱和相變傳質(zhì)等多個傳遞過程相互耦合并相互影響的復雜的不可逆熱力過程。空氣噴霧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行充分換熱使不飽和溫空氣達到飽和溫空氣時的溫度，因為這里只考慮噴霧與其周圍空氣的熱交換，因此把噴霧和其周圍的空氣作為熱力系看待，則該熱力系統(tǒng)相對于外界來講是絕熱的熱力系統(tǒng)，向空氣中通過噴霧增溫是一個絕熱的加濕過程，噴霧增濕降溫過程如圖1所示。

圖1：噴霧增濕降溫過程圖

當在空冷單元內(nèi)噴入適量的水霧后，霧滴彌漫整個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，水霧滴蒸發(fā)時大量吸收空氣中的熱量，使空氣溫度降低，同時空氣的含濕量增加，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程，過程線如圖3所示，圖中1點為噴霧前的空氣狀態(tài)，2點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