煤电空冷机组空冷岛加装喷雾降温系统的理论分析

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1.概述

我国三北地区（西北、华北、东北）缺水严重，但煤炭资源却很丰富，因此在三北地区兴建了很多空冷发电机组。众所周知，空冷机组.大的优点节约水资源，做大的缺点是冷却塔效率较低，而且受环境气候的影响较大，煤耗较高，尤其是在高温天气，低效的冷凝器导致背压过高，制约了机组出力。为了克服这些缺点，很多空冷机组的空冷岛提高了空冷岛散热器的冲洗频率，增强冷凝器的热交换效率。除此之外，许多电厂还为空冷岛加装了喷雾降温系统，以达到降低机组背压，从而降低煤耗，提升机组迎峰度夏的能力，并在夏季大风气候可达到调节稳定机组背压的目的。那么为什么空冷岛加装喷雾装置能起到降温降背压的作用呢，下面就来谈谈喷雾降温装置的工作原理。

2.喷雾降温的工作机理

环境温度变化对背压的影响是实施喷雾增湿降温的理论基础。在空冷器进风口采用喷雾增湿方法可以有效地降低空冷器入口空气的温度，从而提高空冷器的冷却能力。

喷雾增湿降温的工作机理是：水经过喷嘴雾化形成一定粒径的雾滴，雾滴在运动过程中与空气充分混合并迅速蒸发。由于水的汽化潜热较大，水蒸发时会大量吸收空气中的热量，从而降低空气的温度。然后将降温后的湿空气送到空冷散热器，以强化空冷器的换热效果。少量剩余没有汽化的雾滴在风机的作用下流经高温的散热翅片，在高温的作用下，雾滴加速汽化，吸收散热器翅片以及翅片间的空气热量。在一定的雾化强度和喷射角下，喷雾还会在空冷器的表面形成水膜，水膜的蒸发进一步带走热量，提高空冷器的换热能力，从而提高机组的出力。

3.喷雾降温的理论过程分析

喷雾增湿降温过程是一个同时存在流动、传热和相变传质等多个传递过程相互耦合并相互影响的复杂的不可逆热力过程。空气喷雾降温的理论主要是温空气的理论，这里涉及到干球温度、湿球温度和绝热饱和温度的概念。绝热饱和温度是指喷入空气中的水与空气进行充分换热使不饱和温空气达到饱和温空气时的温度，因为这里只考虑喷雾与其周围空气的热交换，因此把喷雾和其周围的空气作为热力系看待，则该热力系统相对于外界来讲是绝热的热力系统，向空气中通过喷雾增温是一个绝热的加湿过程，喷雾增湿降温过程如图1所示。

图1：喷雾增湿降温过程图

当在空冷单元内喷入适量的水雾后，雾滴弥漫整个空冷单元与空气充分接触混合，空气与水滴表面的饱和空气层之间存在着温差和水蒸气分压力差，因而水滴蒸发，利用水的蒸发潜热较大的特点，水雾滴蒸发时大量吸收空气中的热量，使空气温度降低，同时空气的含湿量增加，相对湿度增加，而湿空气的焓值不变，从而达到降低空气温度的目的。雾滴与空气的热湿交换如图2所示。喷雾增湿法属于直接蒸发冷却方法，其处理方法在h-d图上属于空气的等焓加湿过程，过程线如图3所示，图中1点为喷雾前的空气状态，2点为喷雾后的空气状态，φ为相对湿度（即空气中水分饱和程度）。

图2：雾滴与空气的热湿交换示意图

图3：喷雾增湿前后空气的h-d变化图