空氣冷卻技術空心錐噴嘴噴霧系統的應用

空氣冷卻技術空心錐噴嘴噴霧系統的應用：全球電力發—受到水資源短缺，制約了很多地區經濟的發展。{直接空氣冷卻發電機組}節約水資源的效果非常顯著, 在西北缺水的地區，大力發展大型直接空氣冷卻發電機，絕對節約水資源和電力發展具有更重要的意義。      

這些年來, 直接空氣冷卻發電機組噴霧增濕系統得到大力的推廣和應用。尤其是夏天氣溫高, 直接空氣冷卻發電機組空心錐噴嘴噴霧增濕系統的滿負荷背壓會很高, 甚至超標。為保證機組的安全運行, 機組不得不限負荷運行。這樣機組在夏天必然會出現較長時間大負荷高背壓限負荷運行工況, 對直接空氣冷卻發電機組噴霧增濕系統的安全運行帶來嚴重的隱患, 也直接影響電網的安全經濟運行 。    

為解決這一問題, 從改善空氣冷卻散熱器換熱條件出發, 通過裝設噴霧系統, 可強化空氣冷卻散熱器的傳熱, 提高機組出力。噴霧系統利用水的汽化潛熱來強化傳熱有2種方式: 一是提高空冷風機入口空氣濕度來降低空氣溫度; 二是空心錐噴嘴噴霧直接噴到空氣冷卻散熱器表面, 通過噴嘴噴霧的液體在空氣冷卻翅片表面蒸發來達到強化傳熱目的。本文以第2種方式對空心錐噴嘴噴霧冷卻系統的工作原理、結構特性及系統的可行性進行闡述和分析。方形噴嘴噴霧冷卻系統在理論和實際應用上都是可行的, 可推廣使用。      

一、直接空氣冷卻發電機組中噴霧增濕技術原理  　　
直接空氣冷卻發電機系統的冷卻原理是利用環境空氣與機組進行熱交換，而機組的運行負荷完全由空冷器的空氣干球溫度（本文以下所提空氣溫度均指空氣干球溫度）決定，空氣溫度越高則空冷器的工作效率越低，會導致兩個方面的問題，一方面由于空氣溫度高導致空冷器熱交換效率低，另一方面空冷器冷卻能力不足會導致機組真空的降低，由此就決定了汽輪機排氣溫度大幅上升，使機組降低負荷運行，不經濟，如果長時間運行達到機組背壓限值就會使系統停機，可見，汽輪機的排氣溫度主要由以下關系式表示：      
1.其中ta1為空冷器入口空氣溫度；ITD為初始溫差；δtp為汽輪機排汽在排汽管道中壓降引起的溫度差；Δta為空冷器的空氣溫升；δt為空冷器傳熱端差。      
2. 空冷機的初始溫差ITD與傳熱端差δt均隨空冷器入口空氣溫度的升高而增大，而環境空氣溫度越高則空冷器入口空氣的溫度也越高，因此空冷系統在較高的環境溫度下若想安全地運行就必須要降低機組的負荷，使其在低負荷下持續工作，也因此增加了運行的成本。  　　
根據以上分析可見，可通過降低空冷器入口空氣溫度以促進高溫環境下空冷系統經濟、安全運行。要想降低空冷器入口的空氣溫度，可采用在入口處噴霧增濕的技術，使水在空冷器入口處霧化，而后在高溫空氣下迅速蒸發，在蒸發的過程中水蒸氣就會吸收入口處局部空氣的熱量，持續的霧化可以使空冷系統不斷吸入溫度相對較低的空氣，以提高空冷島單位時間熱交換量，促進系統熱量的排出。  　　

二、 影響直接空冷系統中噴霧增濕效果的因素  　　
噴霧增濕對直接空冷系統的安全和經濟運行的效果與系統內部空冷島的熱交換程度有關，而空冷島的熱交換量大小與入口空氣溫度有關，空冷系統空氣入口處空氣的流速、噴霧的狀態、空心錐噴嘴的數量和朝向、空氣中水與空氣的比例等均有可能影響到噴霧增濕的效果，以下選取幾個最重要的因素作簡要介紹。  　　
1.空冷器入口處空氣流速  　　
眾所周知，在正常環境下空氣流速越快則熱交換的速度也越快，在直接空冷系統中，空冷器入口處空氣流動速度的大小也直接影響空冷島熱交換的效果，當外界空氣與霧化的水滴接觸時由于空氣溫度和質量的改變通常會改變空氣的流速，這種改變直接影響著空冷器內部熱交換，一般用空氣的質量流速來表示，質量流速越大，則會相應增加霧化了的水滴與空氣之間的擾動，這種現象會在一定程度上增加空冷島熱交換效率，因此可在實際工作中采取相應措施適當增加空氣質量流速，以促進空冷系統熱交換。然而并不是質量流速越大越好，過大的流速會導致冷空氣與空冷島來不及充分熱交換就被排出系統之外，降低了熱交換效率的同時增加了系統運行的費用。  　　
2. 水氣比  　　
水氣比就是霧化水滴與空氣的混合體中水分與空氣質量的比值，理論上來說，水氣比越大越容易增加霧化水滴與空氣間的熱交換效率，月有利于直接空冷系統的運行，然而在實踐中也要注意，過大的水氣比可能會導致水的浪費，增加系統的能耗，因此必須經過充分的運算和實驗，得出最佳水氣比。  　　
3. 空心錐噴霧系統結構  　　
噴霧系統的結構對霧化效果、系統能耗等都有一定程度的影響，因此影響直接空冷系統的熱交換，噴霧系統的結構包括空心錐噴嘴數量、噴嘴朝向、噴孔的形狀及大小、空心錐噴嘴的布置形式等，一般來講，空心錐噴嘴數量越多、布置的密度越大系統的熱交換效率也就越大，這是因為密集且數量眾多的噴嘴噴射出的水霧會形成一個相對密閉的“帷幕”，增加內部水與空氣熱交換效率，但同時噴嘴數量過多就可增加每個噴嘴噴出的水霧液滴之間碰撞的幾率，使部分霧化的液滴變大而影響噴霧效果。  　　
4.而空心錐噴嘴采用逆噴形式比順噴的效果要好，這是因為霧化的液滴會由于重力的作用下落，如果采用逆噴就可使液滴處在上升-下落的過程中，使水與空氣的接觸時間增加，從而促進熱交換。  　　
5.空心錐噴嘴噴霧直徑越小越易于水的霧化，同時霧化的液滴也越小，同時重量越小，容易增進霧滴與空氣的接觸面積，熱濕交換效果較好，但如果空心錐噴嘴直徑過小會增加堵塞的幾率。  　　
6.通過噴霧增濕技術可降低空冷器入口處空氣的溫度，從而提高空冷系統中空冷島的熱交換效率，在環境空氣溫度較高的情況下可有效提高機組的經濟性和安全運行，具有一定的實際意義和推廣價值。       

三、 空心錐噴嘴噴霧冷卻系統構成及工作原理      
1. 系統組成      
空心錐噴嘴噴霧冷卻系統由空氣冷卻散熱器外部供水系統、冷卻內部空心錐噴嘴噴霧系統及操作控制系統組成 。外部供水系統由供水泵、供水開關閥、調節閥及管路系統組成。為減少系統投資, 多臺機組可共用1套供水管路系統, 并在進入各機組的分管上安裝隔斷門。冷卻內部噴嘴噴霧系統由供水支管路、液體過濾器、若干噴嘴噴頭和相關接管配件組成。操作控制PLC系統主要用于控制水泵的啟停和噴嘴噴水流量、壓力的調節。      
2.在空氣冷卻風機出口, 裝有若干空心錐噴嘴噴頭組成的噴霧強化換熱系統,其工作原理是: 水泵壓力水通過空心錐噴嘴噴頭噴射出許多細小顆粒的霧狀水滴, 噴霧加濕空氣冷凝汽器表面, 由于水在蒸發過程中會吸收很大的熱量, 通過空心錐噴嘴霧化水在翅片表面蒸發, 利用水的汽化潛熱有效強化了傳熱。       

空心錐噴嘴是噴霧增濕散熱冷卻系統的主要部件, 其好壞直接影響噴霧蒸發冷卻的效果。對空心錐噴嘴的要求是:噴霧效果好, 噴水量大, 噴射角大, 噴射面積大,不易堵塞。通過試驗發現螺旋噴嘴的噴霧效果較好, 是一種冷卻效果非常好的噴嘴。螺旋噴嘴解決了噴孔堵塞的難題, 噴霧射程遠, 噴透力強, 空心錐噴嘴噴霧系統噴嘴的單重較輕, 一次性投資較低, 在實際應用中很受運行人員的歡迎。