冷却塔是电厂重要的冷端设备,用于冷却电站热力系统中的循环水,在干旱缺水地区,空冷塔具有较好的应用前景。空冷塔采用表面换热器将管内热水的热量传输给换热器外流动的空气,实现循环水的冷却,其空气流动通过塔内外空气密度差产生的浮升力驱动,但其换热过程极易受到环境温度的影响。夏季环境温度高时,空冷塔很难满足电厂对冷端负荷的要求,导致整个机组的循环热效率偏低,严重影响电厂的经济效益。文献综述发现,蒸发预冷进风技术可以改善空冷塔夏天高温时段的运行效率,即在高温时段辅以蒸发冷却预冷空冷塔的进风,实现一定蒸发量控制条件下空冷塔冷却性能的最大化。但是,目前研究还有如下问题:(1)针对填料蒸发预冷空冷塔的研究,缺乏填料布置形式的优化研究;(2)喷嘴蒸发预冷系统对空冷塔冷却性能的提升效果,有待进一步探究;(3)蒸发预冷进风空冷塔能否给电厂带来经济效益,其经济性有待深入分析。本论文针对上述问题展开研究。首先,基于理论分析建立了填料蒸发预冷进风空冷塔的MATLAB迭代计算程序,对蒸发预冷进风空冷塔的填料圆环形布置和A字形布置进行了对比研究,获得了不同填料布置形式对空冷塔冷却性能的提升效果,提出了填料的优化布置方案;其次,建立了喷嘴蒸发预冷进风空冷塔的MATLAB迭代计算程序,探究了喷嘴蒸发预冷系统对空冷塔冷却性能的影响,揭示了喷嘴蒸发预冷对空冷塔换热强化的机理;最后,建立了蒸发预冷进风空冷塔的经济性模型,并基于Ebsilon软件,分析了填料/喷嘴蒸发预冷技术对空冷电站经济效益的影响,提出了空冷塔的性能优化方案,指导空冷塔的节能增效设计。通过研究发现:(1)高温干旱环境下蒸发预冷技术可以改善空冷塔的换热性能,在最热7月份,蒸发预冷技术对空冷塔冷却性能的改善效果最明显,其中加装圆环形填料布置的蒸发预冷系统,空冷塔的循环水出口温度可由原来的40.6℃降低为37.4 ℃,降低了3.2 ℃;加装A字形填料布置的蒸发预冷系统,塔的循环水出口温可降低3.5℃;加装喷嘴蒸发预冷系统,塔的循环水出口温降为3.3 ℃。(2)对于所研究的167m高空冷塔,当环境温度小于32.0℃时,喷嘴蒸发预冷对空冷塔冷却性能的改善效果最优,其次是A字形填料布置,最后是圆环形填料布置。(3)基于Ebsilon的经济性分析表明,对于350 MW的空冷机组,加装填料蒸发预冷系统和喷嘴蒸发预冷系统后,在技术上都可以提升空冷机组夏季发电能力,从盈利能力分析来看,圆环形填料布置的经济性最优,其静态投资回收周期为4.2年。本文通过对填料/喷嘴蒸发预冷进风空冷塔的性能和经济性分析,发现填料和喷嘴蒸发预冷进风技术在夏季高温时段均能改善空冷塔的冷却性能,综合考虑经济性,建议自然通风空冷塔采用圆环形填料布置的蒸发预冷技术,在夏季高温时段实现一定蒸发量控制条件下空冷塔冷却性能的最大化。在采用填料蒸发预冷进风技术时,建议采用铰链门的安装形式,并安装温湿度传感器,通过温湿度传感器监测和控制蒸发预冷系统的启停,并在蒸发预冷系统关闭时,打开铰链门以旁通空气,减小填料引入的额外压损。在采用喷嘴预冷时,同样建议安装温湿度传感器监测和控制蒸发预冷系统的启停,同时要防止水滴漂移对换热器产生腐蚀。