直接空冷机组喷雾增湿

【摘要】喷雾增湿系统按降温的机理一般可分为强化传热型和增湿降温型两种，前一种是利用除盐水加湿空冷凝汽器表面，增强换热效果。利用水的汽化潜热达到降低凝汽器压力。另一种是利用系统喷...

喷雾增湿在多个行业都已经得到了广泛应用。而在直接空冷机组中仅仅在近几年才得到推广。在理论的研究方面，华北电力大学（保定）的赵文升等老师已经通过应用数值模拟的方法，验证了喷雾增湿系统在直接空冷机组中应用能够降低机组背压。国外学者Kroger和Conradie[及Maulbetsch等用实验的方法，对直接空冷凝汽器空气侧采用喷雾来降低凝汽器压力进行了研究。

1、直接空冷机组喷雾增湿的组成

直接空冷机组喷雾增湿系统（图1）由以下几部分组成：空冷岛（或空冷单元）外部供水系统、空冷单元内喷雾系统及系统控制三部分。单元外部供水系统又由供水开关阀、供水泵、管路系统及调节阀组成。为了降低系统的初期投资，多台喷雾增湿系统可以共用一套主供水管路系统，应用母管制，在进入各机组的分管上安装阀门，控制开闭。空冷单元内喷雾增湿系统由过滤网、供水支管路、相关配件及若干喷头等组成。系统的操作控制主要用于调节喷水流量和压力以及控制泵的启停。

图1 空冷单元喷雾增湿系统简图

2直接空冷喷雾增湿系统的工作机理

喷雾增湿系统按降温的机理一般可分为强化传热型和增湿降温型两种，前一种是利用除盐水加湿空冷凝汽器表面，增强换热效果。利用水的汽化潜热达到降低凝汽器压力。另一种是利用系统喷出的雾滴来增加空气的湿度，从而降低空气的干球温度，以此来达到降低凝汽器压力的目的。但两种方法都兼有两种降温的功效，只是在喷嘴选型和布置方式上有所不同而已。

直接空冷机组的喷雾增湿原理如下：在直接空冷机组空冷单元内加装喷雾系统，强化换热。具有一定压力的除盐水通过特定的喷嘴以一定的喷射方向向周围喷射雾状的细小颗粒水滴，雾滴与风机导流筒出口进入单元的空气进行接触混合。当雾滴与空气直接接触时，雾滴表面未饱和的空气与直接进入单元的空气之间存在着水蒸气分压力差和温度差，随着水分蒸发（主要是汽化潜热），空气的温度逐渐降低，空气与雾滴的热湿交换过程如图2所示。空冷单元内经过空气与雾滴的传热、传质之后，形成汽、气、水的混合物，除盐水在蒸发过程中会吸收周围大量的汽化潜热，可使空冷单元内用来冷却凝汽器的空气温度有效的降低，而剩余部分未蒸发的雾滴，借助空冷风机的风力通过翅片管时还能够起到增强换热的效果。喷雾增湿强化换热系统的效果，与喷雾的均匀程度以及喷雾强度有关。选取合理的喷雾系统结构、喷嘴型式、喷雾方向、喷嘴孔径及喷雾压力是关键。

3、直接空冷喷雾增湿系统对水质及雾化喷嘴的要求

喷雾增湿系统采用20℃左右的除盐水作为冷却用水。

喷雾增湿系统中，喷嘴是最关键部件之一。喷雾增湿的冷却效果直接受它的性能的影响，进而直接影响机组背压。喷雾增湿系统采用的喷嘴既要满足喷水量大、喷射角大、雾化效果好、喷射面积大，还要有一定的抗腐蚀性、不易堵塞、抗压能力等要求。喷嘴的布置要求均匀布置，交叉排列，避免喷雾死角。

图2 空气和雾滴之间的传热传质交换

4、影响直接空冷喷雾增湿效果的因素

很多因素都能影响空冷单元内空气与雾滴之间的热湿交换，比如喷嘴的选型、空气的流速、雾滴的运动方向以及喷嘴的布置形式等，本文主要从空冷单元内旋转的空气流场入手，综合考虑单一换热面的背风和迎风部分，从喷嘴的布置位置、喷雾方向等发生变化时，来分析相关因素对雾化增湿效果的影响。影响喷雾增湿冷却效果的因素如下：

（1） 喷嘴形式的选择：喷嘴形式包含了喷雾角、喷雾压力及喷嘴孔径。喷雾角的大小，直接影响喷嘴出口雾滴的雾化范围；喷雾的压力越大，水滴的雾化程度越好，但当喷雾的压力过大时，就会出现除盐水外漏的现象；喷嘴的孔径越小，除盐水的雾化程度就越好，如果喷嘴的孔径过小，喷嘴堵塞的问题就会出现；

（2） 空气质量流速：在喷雾增湿系统中，雾滴与空气的热湿交换作用首先取决于空气量的大小，空气的运动情况也会对热湿交换起到至关重要的作用。

（3） 喷水量：喷水量的大小对喷雾增湿的冷却效果有非常大的影响，同时也关乎喷雾系统是否经济。喷水的量越大，单位质量的空气能接触到的水就越多，空气的湿度越好。但是如果喷水量过多，就会造成大量多余的水直接掉在地上，造成除盐水的浪费，所以对喷水量的选取是设计喷雾增湿系统的首要任务。

（4） 喷雾系统的结构：对喷雾增湿效果影响最大的就是喷嘴的布置情况，这也是本文优化计算的重点部分，喷雾系统的结构包含喷嘴的布置位置、布置形式、喷嘴个数及喷雾方向等。喷雾增湿系统的结构，直接影响着雾滴与空气的作用程度及喷雾的覆盖范围，也直接影响了喷雾增湿的冷却效果。

5、结论

本文主要对直接空冷机组的喷雾增湿系统简单的进行了介绍。文中首先对系统的组成和系统的原理进行了介绍，还给出了除盐水水质在喷雾增湿系统中的要求，最后分析了一些重要因素对喷雾增湿效果的影响。

参考文献：

[1]王松龄， 刘阳， 赵文升， 等. 喷雾增湿降温法在空冷机组中出力的研究[J]. 动力工程， 2008， 37（8）

[2]赵文升， 王松龄， 荆有印， 等. 喷雾增湿法在直接空冷系统中的应用[J]. 动力工程， 2008， 28（1）： 64-67.

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[4]惠雪松.直接空冷机组空冷单元内喷雾增湿系统的结构优化 [J]. 东北电力技术， 2012，（8）： 27-20.

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