直接空冷系统中喷雾冷却技术.pdf

2 0 0 9 年第5 期东北电力技术1 9直接空冷系统中喷雾冷却技术的应用T h eU s eo fS p r a yC o o l i n gT e c h n o l o g yt oD i r e c tA i r c o o l i n gS y s t e m范志强，陈海平，张学镭(华北电力大学，河北保定0 7 1 0 0 3)摘要：直接空冷机组夏季真空低是影响机组安全经济运行的主要问题之一。通过装设喷雾冷却系统，可以有效强化空冷散热器的传热，提高机组出力。主要介绍了喷雾冷却系统的工作原理，阐述了系统对喷嘴选择、喷嘴流量、喷嘴压力、喷雾角度及喷雾水质的要求。通过经济性分析，喷雾冷却系统实际应用是可行的，可以降低机组背压，提高机组的经济性和安全性。关键词：直接空冷系统；喷雾冷却；喷嘴；安全经济性 中图分类号 T K 2 6 4 1；T K 4 1 4 2 文献标识码 B 文章编号】1 0 0 4 7 9 1 3(2 0 0 9)0 5 0 0 1 9 0 3我国电力发展受到水资源短缺的极大约束。直接空冷发电机组节水效果非常显著，在富煤缺水的地区大力发展大型直接空冷机组对节约水资源和电力发展具有重要的意义。近几年，直接空冷系统得到大力的推广和应用。由于夏季气温高，直接空冷机组的满发背压会很高，甚至超标。为保证机组的安全运行，机组不得不限负荷运行。这样机组在夏季必然会出现较长时间大负荷高背压限负荷运行工况，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J。为解决这一问题，从改善空冷散热器换热条件出发，通过装设喷雾系统，可强化空冷散热器的传热，提高机组出力。喷雾系统利用水的汽化潜热来强化传热有2 种方式：一是提高空冷风机入口空气湿度来降低空气温度；二是喷雾水直接喷到空冷散热器表面，通过喷雾水在空冷翅片表面蒸发来达到强化传热目的。本文以第2 种方式对喷雾冷却系统的工作原理、结构特性及系统的可行性进行阐述和分析。喷雾冷却系统在理论和实际应用上都是可行的，可推广使用。1 喷雾冷却系统构成及工作原理1 1系统组成喷雾冷却系统由空冷散热器外部供水系统、冷却三角内部喷雾系统及操作控制系统组成0 1 1。外部供水系统由供水泵、供水开关阀、调节阀及管路系统组成。为减少系统投资，多台机组可共用1 套供水管路系统，并在进人各机组的分管上安装隔断门。冷却三角内部喷雾系统由供水支管路、过滤网、若干喷头和相关配件组成。操作控制系统主要用于控制泵的启停和喷水流量、压力的调节。1 2 工作原理在空冷风机出口，装有若干喷头组成的喷雾强化换热系统，如图1 所示。其工作原理是：压力水通过喷头喷射出许多细小颗粒的雾状水滴，加湿空冷凝汽器表面，由于水在蒸发过程中会吸收很大的汽化潜热，通过雾化水在翅片表面蒸发，利用水的汽化潜热有效强化了传热。图l 直接空冷中喷雾冷却系统2 喷雾冷却系统的主要设计要求2 1 喷嘴选择 万方数据东北电力技术2 0 0 9 年第5 期喷嘴是喷雾冷却系统的关键部件，其好坏直接影响喷雾蒸发冷却的效果旧J。对喷嘴的要求是：喷雾效果好，喷水量大，喷射角大，喷射面积大，不易堵塞。通过试验发现螺旋圆锥喷头喷雾效果较好(如图2 所示)，是一种冷却效果非常好的喷头。螺旋圆锥喷头解决了喷孔堵塞的难题，喷雾射程远，喷透力强，喷头单重较轻，一次性投资较低，在实际应用中很受运行人员的欢迎。图2 实心螺旋圆锥喷头不同喷雾角度的喷雾效果(a)实心锥6 0 0 喷雾效；(b)实心锥9 0。喷雾效果；(c)实心锥1 2 0。喷雾效果2 2 喷嘴流量和数量喷嘴流量和数量由喷雾系统的用水量决定，而喷雾系统的用水量要根据空冷散热器的散热量和空冷风机人口空气的吸水能力确定。当机组负荷一定时空冷散热器的散热量也基本确定，空气的吸水能力受当地气候影响。一定温度和湿度下的空气的干球温度与湿球温度差决定了空气可进一步吸收水分的能力。每lk g 干空气(1 0 4 0)加湿到饱和湿空气吸水能力为3 8 3 1 0 3 5g，每lk g 相对湿度为5 0 的空气(干球温度为1 0 4 0)加湿到饱和湿空气吸水能力为1 8 2 4 1 8g【lJ。在实际运行中，环境温度在3 0 以上时才需投入喷雾冷却系统，而喷水温度一般在2 0 2 5，其喷水焓值与湿球温度下水蒸气分压对应的饱和水焓值很接近，因此A d A T 的比值反映了湿空气喷雾用水量与降温幅度的关系。根据空气的冷却幅度(空气的吸水能力)可以确定喷雾冷却系统的喷雾用水量，喷嘴型式选定时也就确定了喷嘴的流量和数量。2 3 喷嘴压力喷嘴压力随喷嘴流量增加而增大，流量和压力的关系为宰：厚(1)Q：P 2r7式中Q 喷嘴流量，L r a i n；P 一喷嘴压力，X1 0 5 P a。当喷嘴流量及其型式确定后，喷嘴压力也基本确定。喷嘴流量可由式(2)得到：Q=36 0 0,r r d(2)式中口喷嘴流量，m 3 h；d 喷孔直径，m；t 卜喷射速度，m s。螺旋实心喷嘴流量与压力的计算结果见表1。表1P S 系列不同直径下螺旋实心喷嘴流量和压力的对应关系L m i n压力1 0 5 P a0 50 71 02 03 05 01 02 0注：P 2 4 的葸义是P S 系列喷嘴喷孔直径为2 4 l l l m，其余类似。2 4 喷雾系统水质要求喷雾系统中使用的喷淋水在翅片表面很容易结垢，喷淋水质要满足一定要求。当水的硬度在5 0 0m g L 以下时，喷淋水在翅片上不产生硬垢，即使产生盐分沉淀也可以清除。当水的硬度超过5 0 0m g L 时，则易产生不易除掉的硬垢J。要求水质干净，p H 7，喷水温度不超过6 0。2 5 喷雾角度和覆盖范围理论覆盖范围可根据喷雾夹角和距喷嘴口距离计算。由式(3)可得到喷雾的覆盖范围如图3 所示。s=,1-d 2(t a n 詈)2(3)式中S 理论覆盖范围，m 2；卜喷雾距离，m；d 喷雾夹角，(o)。该数值是假设喷雾角度在整个喷雾距离中保持 万方数据2 0 0 9 年第5 期东北电力技术2 l不变。在实际喷雾中，有效喷雾角度因喷雾距离而异。由于水的粘度等因素实际喷雾角度会在喷雾时变小，其角度取决于粘度、喷嘴流量和喷射压力。因而实际喷雾的覆盖范围比理论上要小一些，喷嘴喷雾覆盖范围应相互重叠1 4 1 3，从而获得一个喷雾均匀分布的效果。卜一理论一覆盖范围S离d图3 覆盖范围与喷雾角度和喷雾距离的关系3 喷雾冷却系统投用可行性一般空冷机组夏季限负荷量在1 5 满负荷以下，为保证空冷系统不限负荷，使空冷散热器空气入口温度下降5 6 即可。对于l 台6 0 0M w 的机组，日投用运行5 6h 其耗水量约为l0 0 0t h。因此可以采用电厂现有的除盐水系统，这样可节省较大的初投资，而且其运行成本也相对较低。以喷雾系统投用后使机组运行背压下降6 8k P a，煤耗下降约1 0g k W h，不同的煤价计算，因煤耗下降再扣除水费和其余运行增加的费用后，可减少的总运行费用也不同。按当年投用小时6 0 0h，系统初投资收回年数与可减少的总运行费用的关系如表2 所示。由表2 可知，当煤价为3 0 0f f t 时，喷雾系统的初投资可在2 年内收回；而当煤价为7 0 0 衫t表2 不同煤价下系统初投资可收回的年数与减少的总运行费用之间的关系时，喷雾系统的初投资在1 年内就可以收回。随着煤价上涨，机组减少的总运行费用在增加，喷雾系统的初投资可收回的时间在缩短。某电厂在设计安装喷雾系统后进行了系统投退的背压变化对比试验，结果表明，在系统投运的情况下，机组背压可下降3 5k P a。当环境温度更高时，系统投运效果会更好。4 结论a 喷雾冷却系统通过雾化水汽化冷却方式在空冷散热器的翅片上蒸发达到强化传热的目的，从而降低机组背压，提高机组的安全性和经济性。b 通过理论分析和试验说明喷雾冷却系统应用效果良好，具有很好的技术经济性，可广泛推广使用。参考文献：1 马庆中，盂江丽李庆华直接空冷凝汽器尖蜂喷雾减温系统的技术研究 C 中国电机工程学会火电分会空冷专委会第1【j 届学术年会论文集，2 0 0 7 2 马义伟直接空冷凝汽器采用喷雾汽化冷却方式以渡夏【J 中国电力企业联合会科技发展中心大同会议，2 0 0 5 3 赵文升，王松岭。等喷雾增湿法在直接空冷中的应用 J 动力工程，2 0 0 8，2 8(1)作者简介：范志强(1 9 8 4 一)，男，硕士在读，主要从事电厂经济性分析与直接空冷技术的研究。(收稿日期2 0 0 9 0 3 0 1)o o o o：o o o o o o=o o o o o o o 夸o o o o o o o o o o o o o o o o o o：夺o o o，2 2 0k V 长葛东输变电工程奠基3 月6 日，河南许昌2 2 0k V 长葛东输变电工程开工仪式隆重举行。2 2 0k V 长葛东输变电工程动态总投资1 1 3 3 亿元，主变最终规模为3 1 8 万k V A，本期3 1 8 万k V A，新建剖接线路长度为2 2 3k m，新建2 2 0k V 长葛东变至许昌变线路长度为1 1 7k m。该项目是2 0 0 9 年河南省重点工程，许昌市第八项2 2 0k V 输变电工程。该项目建成后，将进一步优化许昌电网结构，增强许昌电网的供电安全可靠性，为许昌东部电网提供更加充裕的电能。万方数据直接空冷系统中喷雾冷却技术的应用直接空冷系统中喷雾冷却技术的应用作者：范志强，陈海平，张学镭，FAN Zhi-qiang，CHEN Hai-ping，ZHANG Xue-lei作者单位：华北电力大学,河北,保定,071003刊名：东北电力技术英文刊名：NORTHEAST ELECTRIC POWER TECHNOLOGY年，卷(期)：2009,30(5)被引用次数：5次 参考文献(3条)参考文献(3条)1.马庆中.孟江丽.李庆华 直接空冷凝汽器尖峰喷雾减温系统的技术研究 20072.马义伟 直接空冷凝汽器采用喷雾汽化冷却方式以渡夏 20053.赵文升.王松岭 喷雾增湿法在直接空冷中的应用期刊论文-动力工程 2008(01)本文读者也读过(10条)本文读者也读过(10条)1.马庆中.张龙英.于天群.孟江丽 直接空冷全吸收喷雾冷却系统的优化技术研究会议论文-20092.钟昕.刘秀芳.赵红利.侯予.Zhong Xin.Liu Xiufang.Zhao Hongli.Hou Yu 无沸腾喷雾冷却技术的研究进展期刊论文-低温与超导2011,39(4)3.张红星.苗建印.姚伟.邵兴国.范含林 喷雾冷却系统稳态特性的实验研究会议论文-20084.张情.ZHANG Qing 对直接空冷机组空冷单元内纵向双排喷雾增湿系统布置的数值模拟期刊论文-发电设备2011,25(1)5.刘剑.缪佳兴 喷雾冷却技术及其应用期刊论文-工具技术2004,38(11)6.王佩璋.WANG Pei-zhang 解决强热风回流威胁汽轮机停机问题的探讨期刊论文-电力设备2006,7(11)7.王松岭.刘阳.赵文升.李玉辉.WANG Song-ling.LIU Yang.ZHAO Wen-sheng.LI Yu-hui 喷雾增湿降温法提高空冷机组出力的研究期刊论文-热力发电2008,37(8)8.董雄文.陈俊杰 直接空冷机组加装尖峰喷雾系统经济性评估会议论文-20099.徐静.温高.闫军.XU Jing.WEN Gao.YAN Jun 直接空冷系统散热器喷雾增湿量研究期刊论文-节能2011(2)10.袁伟霞.刘成信.赵雪松.曾彤 喷嘴喷雾冷却特性测试系统的研制及应用期刊论文-炼钢2004,20(1)引证文献(6条)引证文献(6条)1.张情 对直接空冷机组空冷单元内纵向双排喷雾增湿系统布置的数值模拟期刊论文-发电设备 2011(1)2.于海洋.王志锋.刘兴华.郭民臣.肖金平 发电厂直接空冷系统迎峰度夏措施的数值分析期刊论文-现代电力2010(4)3.张情 对直接空冷机组空冷单元内纵向双排喷雾增湿系统布置的数值模拟期刊论文-发电设备 2011(1)4.周兰欣.张情.李卫华.丁千玲 对直接空冷机组空冷单元内环形喷雾增湿系统的数值讨论期刊论文-汽轮机技术2011(1)5.宫婷婷.孙奉仲.高明.苏超 直接空冷系统防风措施的探讨期刊论文-电站系统工程 2011(2)6.周兰欣.张情.李海宏.周书昌.李平 直接空冷机组空冷单元内喷雾增湿系统纵向双排布置的数值研究期刊论文-电力建设 2010(9)本文链接：http:/