直接空冷凝汽器冷却空气采用喷雾降温的温度分析 张璟

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1、中国工程热物理学会传热传质学学术会议论文编号：113185直接空冷凝汽器冷却空气采用喷雾降温的温度分析张璟1，2，李宴君1，温娟1，唐大伟1（1.中国科学院工程热物理研究所，北京100190；2.北京石油化工学院机械工程学院，北京102617）（TEL：010－82543062，E-mail:zhangjing@iet.cn）摘要直接空冷机组受环境气温的影响较大。许多直接空冷机组上加装了喷雾系统，降低空冷散热器入口空气温度，以提高机组安全性和经济性。本文分析了直接空冷凝汽器冷却空气喷雾降温的理论过程和温度特性，并给出了编程计

2、算空气经喷雾降温后可达温度的方法。最后对喷雾降温过程的经济性作出了分析，供发电厂进行空冷改造时参考。关键词直接空冷；喷雾降温；空冷凝汽器；机组热经济性0前言近几年，在富煤缺水地区直接空冷系统得到大力的推广和应用。由于直接空冷机组的冷却能力取决于进入空冷器冷却空气的干球温度，因而受环境气温的影响较大[1]。夏季较高的气温会导致空冷器冷却能力下降，机组真空降低，机组满发背压会很高，甚至超标。为保证机组的安全运行，机组不得不限负荷运行。夏季运行工况正处于电网高负荷运行时期，需要机组维持较高负荷运行，因而形成了夏季机组出力受阻与发电

3、负荷需求高的尖锐矛盾。在这种情况下，一旦出现大风天气及热风回流等不利的因素，极易造成背压保护动作机组掉闸，对机组的安全运行带来严重的隐患，也直接影响电网的安全经济运行[2]。为此，许多直接空冷机组上加装了喷雾系统，降低空冷凝汽器入口空气温度，改善空冷系统换热条件，是解决直接空冷机组夏季出力受阻，提高机组安全性的有效途径之一[3]。虽然这种方法在多数直接空冷电厂得到应用，但是关于此方面的研究却报道的不多。华北电力大学的陈继军等人[4]对直接空冷凝汽器冷却空气采用喷雾降温后的温度进行了计算并对喷雾降温做了经济性分析，但是这些研究

4、中假设降温后空气达到饱和状态，这是不符合实际情况的。因此本文基于传热学的基本原理分析了直接空冷凝汽器冷却空气喷雾降温的原理和温度特性，供发电厂进行空冷设计或改造时参考。1空气与水雾之间的热湿交换原理根据质交换理论，空气与喷出的水雾直接接触时，在水滴周围形成了一个温度等于水表面温度的饱和空气边界层，边界层内水蒸汽分子的浓度取决于边界层的饱和空气温度。边界层周围，水蒸汽分子做不规则运动，有一部分水分子进入边界层，同时也有一部分水蒸汽分子离开边界层回到水中。如果边界层温度高于周围空气温度，则由边界层向周围空气传热；反之，则由周围空

5、气向边界层传热。如果边界层内水蒸汽分子浓度大于周围空气的水蒸汽浓度，则由边界层进入周围空气中的水蒸汽分子数多于周围空气进基金项目：国家重点基础研究发展规划（No.2009CB219804）入边界层的水蒸汽分子数，结果周围空气中的水蒸汽分子数将增加；反之，则将减少。因此，空气与水之间的显热交换取决于边界层与周围空气之间的温度差，而湿交换及由此引起的潜热交换则取决于二者之间的水蒸汽分子浓度差。0空气与水直接接触时的状态变化过程空气流经水滴周围时，会把边界层中的饱和空气带走一部分，因而饱和空气层将不断与流过的那部分未饱和空气相混合

6、，使整个空气状态发生变化。因此可将此过程看作饱和的与未饱和的两种状态空气的混合过程。根据空气的混合规律，在焓湿图上，混合后的状态点应该位于连接空气初状态和该水温下饱和状态点的直线上。由此可见，如果和空气接触的水量无限大，接触时间无限长，全部空气都能达到饱和状态，并具有水的温度。在上述假想条件下，随水温的不同，可以得到由3条分界线隔开的如图1所示的七种典型的空气状态变化过程[5]。1）以温度等于空气露点温度的水与空气直接接触。由于dA=d2，所以湿交换量为0。但是由于空气温度高于露点温度，所以空气状态变化过程是等湿冷却过程。如

7、图1中的过程A-2所示。2）以温度等于空气湿球温度的水与空气直接接触。空气沿等湿球温度线变化而被加湿，由于等湿球温度线与等焓线非常接近，所以也可说总热交换量为0。但是由于空气温度高于湿球温度，且dA

8、程[5]在这里还要解释下空气处理过程中，经常遇到的两个非常接近的温度值：空气的热力学湿球温度和湿球温度。空气在定压条件下以纯水进行绝热加湿，假设绝热加湿器足够长，空气与水有足够长的接触时间，并且有充分的接触面积，使空气离开加湿器时达到饱和状态，出口空气温度与水温相同，水分蒸发所需热量全部取