空气冷却技术空心锥喷嘴喷雾系统的应用：全球电力发—受到水资源短缺，制约了很多地区经济的发展。{直接空气冷却发电机组}节约水资源的效果非常显著, 在西北缺水的地区，大力发展大型直接空气冷却发电机，绝对节约水资源和电力发展具有更重要的意义。
这些年来, 直接空气冷却发电机组喷雾增湿系统得到大力的推广和应用。尤其是夏天气温高, 直接空气冷却发电机组空心锥喷嘴喷雾增湿系统的满负荷背压会很高, 甚至超标。为保证机组的安全运行, 机组不得不限负荷运行。这样机组在夏天必然会出现较长时间大负荷高背压限负荷运行工况, 对直接空气冷却发电机组喷雾增湿系统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 。
为解决这一问题, 从改善空气冷却散热器换热条件出发, 通过装设喷雾系统, 可强化空气冷却散热器的传热, 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; 二是空心锥喷嘴喷雾直接喷到空气冷却散热器表面, 通过喷嘴喷雾的液体在空气冷却翅片表面蒸发来达到强化传热目的。本文以第2种方式对空心锥喷嘴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。方形喷嘴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。
一、直接空气冷却发电机组中喷雾增湿技术原理
直接空气冷却发电机系统的冷却原理是利用环境空气与机组进行热交换，而机组的运行负荷完全由空冷器的空气干球温度（本文以下所提空气温度均指空气干球温度）决定，空气温度越高则空冷器的工作效率越低，会导致两个方面的问题，一方面由于空气温度高导致空冷器热交换效率低，另一方面空冷器冷却能力不足会导致机组真空的降低，由此就决定了汽轮机排气温度大幅上升，使机组降低负荷运行，不经济，如果长时间运行达到机组背压限值就会使系统停机，可见，汽轮机的排气温度主要由以下关系式表示：
1.其中ta1为空冷器入口空气温度；ITD为初始温差；δtp为汽轮机排汽在排汽管道中压降引起的温度差；Δta为空冷器的空气温升；δt为空冷器传热端差。
2. 空冷机的初始温差ITD与传热端差δt均随空冷器入口空气温度的升高而增大，而环境空气温度越高则空冷器入口空气的温度也越高，因此空冷系统在较高的环境温度下若想安全地运行就必须要降低机组的负荷，使其在低负荷下持续工作，也因此增加了运行的成本。
根据以上分析可见，可通过降低空冷器入口空气温度以促进高温环境下空冷系统经济、安全运行。要想降低空冷器入口的空气温度，可采用在入口处喷雾增湿的技术，使水在空冷器入口处雾化，而后在高温空气下迅速蒸发，在蒸发的过程中水蒸气就会吸收入口处局部空气的热量，持续的雾化可以使空冷系统不断吸入温度相对较低的空气，以提高空冷岛单位时间热交换量，促进系统热量的排出。
二、 影响直接空冷系统中喷雾增湿效果的因素
喷雾增湿对直接空冷系统的安全和经济运行的效果与系统内部空冷岛的热交换程度有关，而空冷岛的热交换量大小与入口空气温度有关，空冷系统空气入口处空气的流速、喷雾的状态、空心锥喷嘴的数量和朝向、空气中水与空气的比例等均有可能影响到喷雾增湿的效果，以下选取几个最重要的因素作简要介绍。
1.空冷器入口处空气流速
众所周知，在正常环境下空气流速越快则热交换的速度也越快，在直接空冷系统中，空冷器入口处空气流动速度的大小也直接影响空冷岛热交换的效果，当外界空气与雾化的水滴接触时由于空气温度和质量的改变通常会改变空气的流速，这种改变直接影响着空冷器内部热交换，一般用空气的质量流速来表示，质量流速越大，则会相应增加雾化了的水滴与空气之间的扰动，这种现象会在一定程度上增加空冷岛热交换效率，因此可在实际工作中采取相应措施适当增加空气质量流速，以促进空冷系统热交换。然而并不是质量流速越大越好，过大的流速会导致冷空气与空冷岛来不及充分热交换就被排出系统之外，降低了热交换效率的同时增加了系统运行的费用。
2. 水气比
水气比就是雾化水滴与空气的混合体中水分与空气质量的比值，理论上来说，水气比越大越容易增加雾化水滴与空气间的热交换效率，月有利于直接空冷系统的运行，然而在实践中也要注意，过大的水气比可能会导致水的浪费，增加系统的能耗，因此必须经过充分的运算和实验，得出最佳水气比。
3. 空心锥喷雾系统结构
喷雾系统的结构对雾化效果、系统能耗等都有一定程度的影响，因此影响直接空冷系统的热交换，喷雾系统的结构包括空心锥喷嘴数量、喷嘴朝向、喷孔的形状及大小、空心锥喷嘴的布置形式等，一般来讲，空心锥喷嘴数量越多、布置的密度越大系统的热交换效率也就越大，这是因为密集且数量众多的喷嘴喷射出的水雾会形成一个相对密闭的“帷幕”，增加内部水与空气热交换效率，但同时喷嘴数量过多就可增加每个喷嘴喷出的水雾液滴之间碰撞的几率，使部分雾化的液滴变大而影响喷雾效果。
4.而空心锥喷嘴采用逆喷形式比顺喷的效果要好，这是因为雾化的液滴会由于重力的作用下落，如果采用逆喷就可使液滴处在上升-下落的过程中，使水与空气的接触时间增加，从而促进热交换。
5.空心锥喷嘴喷雾直径越小越易于水的雾化，同时雾化的液滴也越小，同时重量越小，容易增进雾滴与空气的接触面积，热湿交换效果较好，但如果空心锥喷嘴直径过小会增加堵塞的几率。
6.通过喷雾增湿技术可降低空冷器入口处空气的温度，从而提高空冷系统中空冷岛的热交换效率，在环境空气温度较高的情况下可有效提高机组的经济性和安全运行，具有一定的实际意义和推广价值。
三、 空心锥喷嘴喷雾冷却系统构成及工作原理
1. 系统组成
空心锥喷嘴喷雾冷却系统由空气冷却散热器外部供水系统、冷却内部空心锥喷嘴喷雾系统及操作控制系统组成 。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, 并在进入各机组的分管上安装隔断门。冷却内部喷嘴喷雾系统由供水支管路、液体过滤器、若干喷嘴喷头和相关接管配件组成。操作控制PLC系统主要用于控制水泵的启停和喷嘴喷水流量、压力的调节。
2.在空气冷却风机出口, 装有若干空心锥喷嘴喷头组成的喷雾强化换热系统,其工作原理是: 水泵压力水通过空心锥喷嘴喷头喷射出许多细小颗粒的雾状水滴, 喷雾加湿空气冷凝汽器表面, 由于水在蒸发过程中会吸收很大的热量, 通过空心锥喷嘴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。
空心锥喷嘴是喷雾增湿散热冷却系统的主要部件, 其好坏直接影响喷雾蒸发冷却的效果。对空心锥喷嘴的要求是:喷雾效果好, 喷水量大, 喷射角大, 喷射面积大,不易堵塞。通过试验发现螺旋喷嘴的喷雾效果较好, 是一种冷却效果非常好的喷嘴。螺旋喷嘴解决了喷孔堵塞的难题, 喷雾射程远, 喷透力强, 空心锥喷嘴喷雾系统喷嘴的单重较轻, 一次性投资较低, 在实际应用中很受运行人员的欢迎。
