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

這些年來, 直接空氣冷卻發(fā)電機組噴霧增濕系統(tǒng)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(fā)電機組空心錐噴嘴噴霧增濕系統(tǒng)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(xiàn)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(fā)電機組噴霧增濕系統(tǒng)的安全運行帶來嚴重的隱患, 也直接影響電網(wǎng)的安全經(jīng)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(fā), 通過裝設噴霧系統(tǒng), 可強化空氣冷卻散熱器的傳熱, 提高機組出力。噴霧系統(tǒng)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(fā)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(tǒng)的工作原理、結(jié)構(gòu)特性及系統(tǒng)的可行性進行闡述和分析。方形噴嘴噴霧冷卻系統(tǒng)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(fā)電機組中噴霧增濕技術原理  　　
直接空氣冷卻發(fā)電機系統(tǒng)的冷卻原理是利用環(huán)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(jīng)濟，如果長時間運行達到機組背壓限值就會使系統(tǒng)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(huán)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(tǒng)在較高的環(huán)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(xù)工作，也因此增加了運行的成本。  　　
根據(jù)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(huán)境下空冷系統(tǒng)經(jīng)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(fā)，在蒸發(fā)的過程中水蒸氣就會吸收入口處局部空氣的熱量，持續(xù)的霧化可以使空冷系統(tǒng)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(tǒng)熱量的排出。  　　

二、 影響直接空冷系統(tǒng)中噴霧增濕效果的因素  　　
噴霧增濕對直接空冷系統(tǒng)的安全和經(jīng)濟運行的效果與系統(tǒng)內(nèi)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(tǒng)空氣入口處空氣的流速、噴霧的狀態(tài)、空心錐噴嘴的數(shù)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(huán)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(tǒng)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(zhì)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(nèi)部熱交換，一般用空氣的質(zhì)量流速來表示，質(zhì)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(xiàn)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(zhì)量流速，以促進空冷系統(tǒng)熱交換。然而并不是質(zhì)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(tǒng)之外，降低了熱交換效率的同時增加了系統(tǒng)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(zhì)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(tǒng)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(tǒng)的能耗，因此必須經(jīng)過充分的運算和實驗，得出最佳水氣比。  　　
3. 空心錐噴霧系統(tǒng)結(jié)構(gòu)  　　
噴霧系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)對霧化效果、系統(tǒng)能耗等都有一定程度的影響，因此影響直接空冷系統(tǒng)的熱交換，噴霧系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括空心錐噴嘴數(shù)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(shù)量越多、布置的密度越大系統(tǒng)的熱交換效率也就越大，這是因為密集且數(shù)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(nèi)部水與空氣熱交換效率，但同時噴嘴數(shù)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(tǒng)中空冷島的熱交換效率，在環(huán)境空氣溫度較高的情況下可有效提高機組的經(jīng)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(tǒng)構(gòu)成及工作原理      
1. 系統(tǒng)組成      
空心錐噴嘴噴霧冷卻系統(tǒng)由空氣冷卻散熱器外部供水系統(tǒng)、冷卻內(nèi)部空心錐噴嘴噴霧系統(tǒng)及操作控制系統(tǒng)組成 。外部供水系統(tǒng)由供水泵、供水開關閥、調(diào)節(jié)閥及管路系統(tǒng)組成。為減少系統(tǒng)投資, 多臺機組可共用1套供水管路系統(tǒng), 并在進入各機組的分管上安裝隔斷門。冷卻內(nèi)部噴嘴噴霧系統(tǒng)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(tǒng)主要用于控制水泵的啟停和噴嘴噴水流量、壓力的調(diào)節(jié)。      
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(tǒng),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(fā)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(fā), 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(tǒng)的主要部件, 其好壞直接影響噴霧蒸發(fā)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(fā)現(xiàn)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(tǒng)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。