煤電空冷機(jī)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(shù)漫談

1.概述

我國(guó)三北地區(qū)（西北、華北、東北）缺水嚴(yán)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(jī)組。眾所周知，空冷機(jī)組.大的優(yōu)點(diǎn)節(jié)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(dǎo)致背壓過高，制約了機(jī)組出力。為了克服這些缺點(diǎn)，很多空冷機(jī)組的空冷島提高了空冷島散熱器的沖洗頻率，增強(qiáng)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(dá)到降低機(jī)組背壓，從而降低煤耗，提升機(jī)組迎峰度夏的能力，并在夏季大風(fēng)氣候可達(dá)到調(diào)節(jié)穩(wěn)定機(jī)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?wù)剣婌F降溫裝置的工作原理。

2.噴霧降溫的工作機(jī)理

環(huán)境溫度變化對(duì)背壓的影響是實(shí)施噴霧增濕降溫的理論基礎(chǔ)。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(jī)理是：水經(jīng)過噴嘴霧化形成一定粒徑的霧滴，霧滴在運(yùn)動(dòng)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(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(qiáng)化空冷器的換熱效果。少量剩余沒有汽化的霧滴在風(fēng)機(jī)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(qiáng)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(jī)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(gè)同時(shí)存在流動(dòng)、傳熱和相變傳質(zhì)等多個(gè)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?？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(dá)到飽和溫空氣時(shí)的溫度，因?yàn)檫@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(duì)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(gè)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(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(duì)濕度增加，而濕空氣的焓值不變，從而達(dá)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(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(duì)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