直接空冷系統中噴霧增濕技術的應用

黃興晨

摘 要：隨著我國各領域對用電量的需求和用電質量的標準越來越高，促使當前發電汽輪機的功率越來越大，與此同時對配套的冷卻系統的要求也越來越高，在缺水地區直接空冷系統得到了廣泛的應用，但在夏季高溫季節由于空氣本身溫度很高就會導致空冷系統換熱效果大大降低，而采用噴霧增濕技術使空冷系統的入口空氣溫度大大降低，從而促進機組運行的經濟性和安全運行。文章介紹了直接空冷系統中噴霧增濕技術的原理，分析了影響噴霧增濕效果的因素，為提高直接空冷系統運行效率提供理論參考。

關鍵詞：直接空冷系統；噴霧增濕；應用；影響因素

前言

隨著國民經濟的飛速增長，對電的需求量越來越大，隨著當前發電汽輪機的功率越來越大，與此同時對于發電機配套的冷卻系統的要求也越來越高，傳統的冷凝系統普遍采用水冷式，然而在我國北方的缺水地區卻無法得到應用，因此在缺水地區采用直接空氣冷凝系統是解決水資源缺乏問題的有效措施之一。直接空冷系統是利用外界環境的空氣與系統進行熱交換的方式帶走系統內部的熱量，從而達到冷卻的目的，而在夏季高溫季節由于環境空氣的溫度本身就很高，會導致系統內部熱交換效率極為低下，無法使機組滿負荷運轉，嚴重的會導致機組背壓超過限制從而使機組停機，影響系統的經濟和安全運行，因此應當采取相應的措施降低系統入口空氣進氣溫度。當前專門針對直接空冷系統入口空氣降溫的方法還未見研究，一般是借助其他行業如化工、水泥等行業的空氣降溫法，如噴淋降溫法、噴霧增濕降溫法等等，其中噴霧增濕法具有降溫效率高、簡便易行的優點。

1 直接空冷系統中噴霧增濕技術原理

直接空冷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）

（2）

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。

圖1為直接空冷系統運行的工況示意圖，從圖1中可以看出，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。

2 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、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。

2.1 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。

2.2 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。

2.3 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噴嘴數量、噴嘴朝向、噴孔的形狀及大小、噴嘴的布置形式等，一般來講，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。

而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。

噴嘴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，但如果噴嘴直徑過小會增加堵塞的幾率。

3 結束語

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。

參考文獻

[1]付玉玲，胡三高，徐鴻.直接空冷系統初始溫差值的優化分析[J].動力工程，2006.

[2]趙文升，王松嶺，荊有印.噴霧增濕法在直接空冷系統中的應用[J].動力工程，2008.

[3]李春光，張旭.噴霧增濕在直接空冷中的應用效果及影響因素分析[J].流體機械，2012.endprint

摘 要：隨著我國各領域對用電量的需求和用電質量的標準越來越高，促使當前發電汽輪機的功率越來越大，與此同時對配套的冷卻系統的要求也越來越高，在缺水地區直接空冷系統得到了廣泛的應用，但在夏季高溫季節由于空氣本身溫度很高就會導致空冷系統換熱效果大大降低，而采用噴霧增濕技術使空冷系統的入口空氣溫度大大降低，從而促進機組運行的經濟性和安全運行。文章介紹了直接空冷系統中噴霧增濕技術的原理，分析了影響噴霧增濕效果的因素，為提高直接空冷系統運行效率提供理論參考。

關鍵詞：直接空冷系統；噴霧增濕；應用；影響因素

前言

隨著國民經濟的飛速增長，對電的需求量越來越大，隨著當前發電汽輪機的功率越來越大，與此同時對于發電機配套的冷卻系統的要求也越來越高，傳統的冷凝系統普遍采用水冷式，然而在我國北方的缺水地區卻無法得到應用，因此在缺水地區采用直接空氣冷凝系統是解決水資源缺乏問題的有效措施之一。直接空冷系統是利用外界環境的空氣與系統進行熱交換的方式帶走系統內部的熱量，從而達到冷卻的目的，而在夏季高溫季節由于環境空氣的溫度本身就很高，會導致系統內部熱交換效率極為低下，無法使機組滿負荷運轉，嚴重的會導致機組背壓超過限制從而使機組停機，影響系統的經濟和安全運行，因此應當采取相應的措施降低系統入口空氣進氣溫度。當前專門針對直接空冷系統入口空氣降溫的方法還未見研究，一般是借助其他行業如化工、水泥等行業的空氣降溫法，如噴淋降溫法、噴霧增濕降溫法等等，其中噴霧增濕法具有降溫效率高、簡便易行的優點。

1 直接空冷系統中噴霧增濕技術原理

直接空冷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）

（2）

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。

圖1為直接空冷系統運行的工況示意圖，從圖1中可以看出，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。

2 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、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。

2.1 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。

2.2 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。

2.3 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噴嘴數量、噴嘴朝向、噴孔的形狀及大小、噴嘴的布置形式等，一般來講，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。

而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。

噴嘴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，但如果噴嘴直徑過小會增加堵塞的幾率。

3 結束語

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。

參考文獻

[1]付玉玲，胡三高，徐鴻.直接空冷系統初始溫差值的優化分析[J].動力工程，2006.

[2]趙文升，王松嶺，荊有印.噴霧增濕法在直接空冷系統中的應用[J].動力工程，2008.

[3]李春光，張旭.噴霧增濕在直接空冷中的應用效果及影響因素分析[J].流體機械，2012.endprint

摘 要：隨著我國各領域對用電量的需求和用電質量的標準越來越高，促使當前發電汽輪機的功率越來越大，與此同時對配套的冷卻系統的要求也越來越高，在缺水地區直接空冷系統得到了廣泛的應用，但在夏季高溫季節由于空氣本身溫度很高就會導致空冷系統換熱效果大大降低，而采用噴霧增濕技術使空冷系統的入口空氣溫度大大降低，從而促進機組運行的經濟性和安全運行。文章介紹了直接空冷系統中噴霧增濕技術的原理，分析了影響噴霧增濕效果的因素，為提高直接空冷系統運行效率提供理論參考。

關鍵詞：直接空冷系統；噴霧增濕；應用；影響因素

前言

隨著國民經濟的飛速增長，對電的需求量越來越大，隨著當前發電汽輪機的功率越來越大，與此同時對于發電機配套的冷卻系統的要求也越來越高，傳統的冷凝系統普遍采用水冷式，然而在我國北方的缺水地區卻無法得到應用，因此在缺水地區采用直接空氣冷凝系統是解決水資源缺乏問題的有效措施之一。直接空冷系統是利用外界環境的空氣與系統進行熱交換的方式帶走系統內部的熱量，從而達到冷卻的目的，而在夏季高溫季節由于環境空氣的溫度本身就很高，會導致系統內部熱交換效率極為低下，無法使機組滿負荷運轉，嚴重的會導致機組背壓超過限制從而使機組停機，影響系統的經濟和安全運行，因此應當采取相應的措施降低系統入口空氣進氣溫度。當前專門針對直接空冷系統入口空氣降溫的方法還未見研究，一般是借助其他行業如化工、水泥等行業的空氣降溫法，如噴淋降溫法、噴霧增濕降溫法等等，其中噴霧增濕法具有降溫效率高、簡便易行的優點。

1 直接空冷系統中噴霧增濕技術原理

直接空冷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）

（2）

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。

圖1為直接空冷系統運行的工況示意圖，從圖1中可以看出，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。

2 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、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。

2.1 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。

2.2 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。

2.3 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噴嘴數量、噴嘴朝向、噴孔的形狀及大小、噴嘴的布置形式等，一般來講，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。

而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。

噴嘴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，但如果噴嘴直徑過小會增加堵塞的幾率。

3 結束語

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。

參考文獻

[1]付玉玲，胡三高，徐鴻.直接空冷系統初始溫差值的優化分析[J].動力工程，2006.

[2]趙文升，王松嶺，荊有印.噴霧增濕法在直接空冷系統中的應用[J].動力工程，2008.

[3]李春光，張旭.噴霧增濕在直接空冷中的應用效果及影響因素分析[J].流體機械，2012.endprint