一、喷淋系统简介

我国三北地区的煤炭资源比较丰富，但由于水资源匮乏,限制了当地的火电建设。直接空冷系统因其具有良好的节水效果，在近几年得到了广泛推广和应用。但近年来已投运的直接空冷机组在夏季高温季节普遍存在出力受阻、不能满发的问题。由于直接空冷机组的冷却能力取决于进入空冷器空气的干球温度，夏季较高的空气温度会导致空冷器冷却能力下降，降低机组真空，使机组实际出力低于设计出力，这大大降低机组的经济和安全性。因此，采取必要的度夏措施以降低空冷器的进口空气温度，强化空冷器的冷却效果，是解决直接空冷机组夏季出力受阻，提高机组经济性和安全性的有效途径之一。降低空气温度的方法有多种，如喷淋降温法、雾化加湿降温法等，这些方法在化工行业和水泥行业得到了广泛的应用，但在大型电站直接空冷系统中少有运用。

1.1雾化增湿系统的原理和结构

由于直接空冷系统是直接利用干空气进行冷却，因此直接空冷机组的出力取决于进入空冷器的空气干球温度。借鉴化工和水泥行业的雾化增湿塔的实验结果，通过进一步的研究发现：在空冷器进口采用雾化增湿方法可以有效地降低空冷器入口空气的温度，能显著提高空冷器的冷却能力。雾化增湿系统如图1所示，其工作原理是：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，从而降低空气的干球温度，然后将降温后湿空气送到空冷散热器，以提高空冷器的换热量，提高机组的运行真空，增加夏季出力。

1.2喷淋效果的影响因素

影响空冷单元内热湿交换的因素很多,诸如空气的质量流速、喷嘴的类型与布置形式,喷嘴的孔径与喷水压力,空气与水的接触时间,空气与水的运动方向以及空气与水的初态、终态参数等。

1.3 采用喷雾增湿系统的必要性

在不同的环境气温下,随空冷器热负荷的升高,空冷器的压力上升,机组真空恶化。当环境温度升高时,随空冷器热负荷的增加,空冷器压力上升加快,即真空恶化加速.在不同的环境温度下,随着迎面风速的提高,空冷器的压力下降,热负荷上升。但当环境温度较高时,即使增大迎面风速也较难达到额定负荷.由此可以看出,环境温度、空冷器的热负荷和迎面风速是影响空冷器真空的重要因素.当热负荷处于较高水平时,机组的真空更易受到环境温度的影响而产生波动;环境温度越高,风速的变化对机组的真空影响越大。在夏季高温时段,空冷风机已经全速运行,迎面风速已达极限值,若要维持较低的机组真空,只有降低空冷器入口空气温度,才能保证机组维持高负荷运行,同时也降低了机组受环境大风的影响导致背压大幅波动而停机的危险.喷雾增湿系统的降温作用正好满足了机组在夏季高温期的运行要求,它不仅能提高机组的真空而使机组保持满发,而且还有利于机组的安全运行.所以,在直接空冷系统中采用喷雾增湿来降低空冷器入口温度的方法,无论是从提高机组的经济性还是安全性上考虑都是可行的.

另外,空冷机组的空冷系统一次性投资很大,如果要保证在较高的气温机组也能够满发,则需进一步加大空冷系统的换热面积,导致空冷系统的投资进一步增加.而在其它季节特别是冬季,由于环境气温低导致空冷系统设备利用率较低.采用喷雾增湿降温方案,只需少量的水、电就可以缓解机组夏季出力的矛盾。

1.4 经济性分析

在空冷风机出口,装设由若干喷头组成的喷雾强化换热系统。压力水通过喷头以一定的喷射角向其四周喷射细小颗粒的雾状水滴,与风机出口的空气接触混合,通过传热、传质,形成气、汽、水混合物。由于水在蒸发的过程中会吸收很大的汽化潜热,可有效的降低进入散热器的空气温度。而部分未蒸发的水雾在通过换热面时还会起到强化换热的效果。由汽轮机背压与排汽温度的试验关系曲线可知:机组高背压下,背压随排汽温度的变化十分显著。在高的环境温度下,环境温度每增加1℃,将使机组背压增加近2 kPa。因此在高的环境温度,投用强化换热系统,使进入空冷散热器的空气温度降低,可有效地降低系统的背压。如果原来没有喷淋系统，上一套我们的喷淋系统，机组在满负荷的情况下，可使机组背压降低10KPa。而每降低1KPa背压可节煤2g，经济效益非常显著。