1 空冷島加裝噴淋噴霧降溫系統(tǒng)的原因

直接空冷機組采用直接空冷技術(shù)的主要目的就是節(jié)水，它適用于氣候干燥或者干旱的地方、煤礦坑口及其他水資源非常有限用水成本極高的地區(qū)，也適用于城市內(nèi)空間有限不能建造濕式冷卻塔的地方。現(xiàn)有機組運行效果表明，直接空冷機組比水冷凝器發(fā)電機組節(jié)水85％甚至更多。經(jīng)過幾十年的運行實踐，證明空冷機組還是比較可靠的。但不排除空冷系統(tǒng)在運行中存在種種原因引發(fā)的問題，如嚴(yán)寒、酷暑、大風(fēng)、系統(tǒng)設(shè)計不夠合理、運行管理不當(dāng)?shù)?。夏季環(huán)境氣溫比較高時，空冷機組會出現(xiàn)真空降低，機組發(fā)電效率降低，甚至迫使整個機組降負(fù)荷運行。針對此問題，有必要對空冷機組進行改造，加裝噴霧降溫系統(tǒng)，在夏季對空冷島進行噴淋降溫，提高熱交換效率，達到降低機組背壓，降低煤耗，使之滿負(fù)荷工作，在大風(fēng)風(fēng)向突變的氣象情況下也能起到穩(wěn)定機組背壓的作用，平安度過高負(fù)荷的夏季。

空冷島熱交換工作示意圖

2噴霧降溫系統(tǒng)設(shè)計理論基礎(chǔ)

2.1加裝噴霧降溫系統(tǒng)降低背壓的理論依據(jù)

直接空冷凝氣器加裝噴霧增濕系統(tǒng)可以降低機組背壓和煤耗主要依據(jù)以下三個理論：

1）理論 1：環(huán)境溫度變化對空冷機組背壓影響很大；

2）理論 2：向不飽和空氣中噴霧增溫可以降低空氣溫度；

3）理論 3：機組背壓變化影響煤耗變化，背壓升高煤耗升高。

2.2環(huán)境溫度對空氣冷凝汽器背壓的影響

現(xiàn)有的空冷系統(tǒng)多采用直接空氣冷凝汽器，即使用空氣作為冷卻介質(zhì)，空氣作為冷卻介質(zhì)比水作為冷卻介質(zhì)冷卻能力低很多，換熱系數(shù)小，比熱也小?？绽湎到y(tǒng)運行期間很容易受到外界因素的影響，尤其是夏季環(huán)境溫度升高，造成空冷冷卻能力急劇降低、背壓升高，機組不得不降負(fù)荷運行，影響機組出力，同時也增加了煤耗，降低了機組的經(jīng)濟效益，也影響了機組的運行安全。

環(huán)境溫度變化對背壓的影響是實施噴水降溫的理論基礎(chǔ)。空冷系統(tǒng)設(shè)計時一般要選擇一個初始端差I(lǐng)TD ，初始端差的定義是：

ITD=tc-ti         (1)

其中，tc為空冷凝氣器設(shè)計的排氣溫度，ti為空氣側(cè)干球溫度，即環(huán)境溫度。

之所以定義ITD，是因為空冷系統(tǒng)設(shè)計中選擇不同的ITD將影響空冷散熱器管束的面積、迎面風(fēng)邊等關(guān)鍵參數(shù)的選擇，因此理論上講一個已經(jīng)投運機組ITD值為一個已經(jīng)選定的值：

并且由于設(shè)計上的偏差和施工、運行上的不可逆因素，導(dǎo)致實際的ITD一般情況下會比.初設(shè)計時選定的ITD大。所以對固定的ITD來講，環(huán)境溫度的增高等效于汽輪機排汽溫度的增高，但是造成的排汽壓力升高卻是與排汽壓力的水平有關(guān)，如表1所示。

從表1從表1可以看出，隨著排汽壓力的不同，環(huán)境溫度變化對排汽壓力的影響有很大不同，從空冷系統(tǒng)夏季運行時35k Pa到一般濕冷機組的7kPa，環(huán)境溫度同樣變化1℃，但對排汽壓力的影響卻相差將近5倍。因此說環(huán)境溫度對空冷機組的影響比溫冷機組大得多，空冷機組在夏季環(huán)境溫變化1℃對背壓影響比在冬季大得多，所以在夏季空冷機組往往因為環(huán)境溫度過高機組出力在惡劣條件下受限，所以可以考慮在不增大空冷管束散熱面積的情況下通過增加噴霧增濕降溫措施，**機組的出力降低煤耗并在安全背壓下運行。目前各電廠一般采用向空氣中噴霧降溫的方法，降低進入散熱管束的空氣的初始溫度，其依據(jù)就是前邊提到的環(huán)境溫度影響機組負(fù)荷的原理。

1.1 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(chǔ)。在空冷器進風(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(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度下，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。

1.2 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(fù)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(dāng)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

噴霧系統(tǒng)中的水霧是由許多不同粒徑的離散小水滴群所構(gòu)成的，水霧滴粒徑很小，在空氣流的拖曳下懸浮在空氣中，能迅速蒸發(fā)而不浸濕地面。另外由于氣流的湍流脈動而引起的不規(guī)則運動有可能使少量小水滴相互碰撞聚并為較大水滴，這些較大水滴被風(fēng)機送到高溫的散熱翅片，在高溫的作用下迅速汽化并達到降溫的目的，因此霧化水滴在增濕單元中的蒸發(fā)過程是非常復(fù)雜的物理過程，它涉及到動量、熱量和質(zhì)量的傳遞及輸運等復(fù)雜過程。

1.1 噴霧降溫后t2的理論計算

對圖1和圖3的噴霧加溫降溫過程的熱力系列出熱平衡方程，整理后得到方程：

h1+(d2-d1)×h1=h2    （2）

注：式2中h1為噴霧前空氣的焓值，h2為噴霧后空氣的焓值，d1為噴霧前空氣的含濕量，d2為噴霧后空氣的含濕量。

由于上式中（d2 - d1) h1與h 1、h2相比可以忽略，因此上式可近似簡化為h1≈h2。所以在h-d圖上該絕熱噴霧加溫過程可近似看成等焓過程，如圖3中1 - 2過程所示?？諝獾慕^熱飽和溫度有兩種計算辦法，一種是通過查找h-d圖可以近似得到，如圖4所示。

圖圖4：h-d對應(yīng)

第二種就是通過理論計算求得絕熱飽和溫度，并且可以得出比較..的結(jié)果。

空氣的比焓經(jīng)驗計算公式為：

h= 1. 005 t + d1(2501 + 1.86t) kj/kg   (3)

或h= (1.005+1.86d)t+2500d kj/kg     (3’)

式中：t—空氣溫度℃

d —空氣的含濕量kg/kg干空氣

1.01 —干空氣的平均定壓比熱 kj/(kg.K)

1.84 —水蒸氣的平均定壓比熱kj/(kg.K)

2500 —0℃時水的汽化潛熱 kj/kg

因此公式（2）中的h1和h2分別為：

h1 = 1. 005 t1 + d1 (2501 + 1.86t1)    (4)

h2 = 1. 005 t2 + d2 (2501 + 1.86t2)    (5)

空氣中的含濕量d計算公式：

因此公式（2）中的d1和d2分別為：

4.2 間接噴淋（噴霧降溫方案）