论如何应用进气冷却技术提高燃气轮机的出力和热效率

论如何应用进气冷却技术提高燃气轮机的出力和热效率

刘锋川1,都晓鸣2,周豪1

1杭州汽轮新能源有限公司 浙江  杭州市310022

2杭州汽轮动力集团股份有限公司 浙江 杭州市 310022

摘要：随着社会经济的发展，无论是我们的日常生活需求还是各行各业对动力能源的需求都与日俱增，在这一背景之下，具有高运行效率、低污染的燃气轮机技术得到了相当迅速的发展。因此，如何利用进气冷却技术促进燃气轮机出力和热效率的提升，对于当前我国能源安全以及社会发展具有重大意义。本文在对燃气轮机热效率提升的方法进行阐述的基础上，分别对燃气轮机进气冷却技术的应用以及比较进行了分析，以供相关从业者积极参鉴。

关键词：进气冷却技术；燃气轮机；出力；热效率

引言：虽然燃气轮机因其启动快、调峰性能强得到了较为广泛的应用，但是在炎热的夏季时往往会存在效率下降、经济性能降低的问题。对此，就需要加强对进气冷却技术的研究，通过各种方法优劣势的比较选择最为合适的进气冷却技术，下面是对其详细内容的介绍。

一、燃气轮机热效率提升的方法

燃气轮机的动力来源主要为大气，这得益于其开式的热循环模式，但是随着季节的变化，大气温度会出现较大的波动，这便会对燃气轮机的运行效率产生影响。尤其在温度较高的夏季，由于人们日常生活、企业生产都需要大量的供电，从而会给设备造成较大的运行压力，受燃气轮机固有的热循环模式影响，在温度得到升高的情况下，其运行效率会随着出现下降，并伴随热损耗的增加，因此十分容易出现低效能、高损耗的情况[1]。

为了对上述问题进行解决，需要从问题的原因出发，找出合理的解决办法。比如根据燃气轮机受温度影响而在效率上出现变化这一特性，可以针对性地采用进气冷却技术完成对燃气轮机温度的冷却，以达到保证燃机运行效率的目的。

二、燃气轮机进气冷却技术及应用

如上文所说，周围空气温度会对燃气轮机以及联合循环的效率产生影响，即温度较高时，其机器性能会随之下降，而解决方案便是采用进气冷却技术，以此确保燃气轮机在一年内均获得高效率的运行，保证产量。

（一）蒸发冷却

方法一：通过在燃气轮机进气滤清器下侧部位安装湿膜蒸发冷却器，从而实现将水喷到进气滤清器上，利用水汽的蒸发将进气进行冷却。

方法二：将水雾化后喷入进气管道内，以此实现对进气的冷却。

在通过水雾化实现蒸发冷却的过程中，需对喷雾冷却方式慎重进行选择，如果空气中携水率较大，那么就会大大增加压气机内的负荷，从而对机器运行效率产生影响。正常情况下，一定要使用纯净的水质，一旦水质中存在微量杂质，很可能会导致燃气轮机叶片被腐蚀的情况发生。

（二）表面式冷却

表面式冷却的原理为利用换热器对燃气轮机进气实现冷却。这一技术的实现需要做到以下步骤：首先燃气轮机进气道中需要安装鳍片管式换热器；其次，将5℃左右的冷水注入到管道中，在燃气轮机进气的过程中便会经过鳍片管外侧，以此完成进气冷却。

在进行冷却时，需要始终遵循恒定的比温线。因为一旦空气温度冷却到露点温度，那么周围空气中的水蒸气便会进入到饱和状态，从而在空气中完成凝结，因此必须要除雾。在温度逐渐冷却的过程中，则会伴随大量的凝结水产生。水汽化这一过程的潜热相当高，但冷却能量很容易被空气消耗，从而产生凝结，导致冷却部分较小。当空气与水基本冷却与凝结时，才会使周围温度出现持续下降。因此在对这一技术进行应用的过程中，所使用的冷源必须具备足够的制冷能力，安装的换热器鳍片必须具备优秀的传热能力，这样才能确保进气冷却到最佳进气温度。因此表面式冷却技术通常存在着地域限制，在潮湿炎热区域通常才会使用这一冷却方法。

（三）电制冷

电制冷指的是借助联合循环电厂所产生的电，完成对氨基压缩制冷机的驱动，从而产生低温冷水，然后再将冷水送入闭式循环回路直到燃气轮机中的翅片管换热器，以此实现周围温度的降低。

（四）冰蓄冷制冷

冰蓄冷制冷的原理是通过使用水冷式低温冷水机组制冷，将夜晚低谷电廉价的优势发挥出来。在低温冷水机组当中，其冷煤需使用不含氟利昂的407C、R134a，以此有效避免环境污染的产生。这一技术的实现过程为：首先由低温冷水机组产生由乙二醇或丙二醇组成的冷冻液，冷冻液出口的温度需保持在﹣15～5℃之间。然后将冷冻液输入到大容量冷库盘管，以此产生大体积的冰水混合物，然后将其储存用于白天发电高峰期燃气轮机的进气冷却。同时，冷冻液还可以进入到冷冻水换热器盘管中，以达成进气风冷的效果。

（五）蒸汽或者热水制冷

蒸汽或者热水制冷其原理为：通过废热锅炉尾部联合循环发电厂预热，实现对低压蒸汽或高温热水的生成。同时并利用联合循环汽轮机的电场，将低压空气注入溴化锂吸收式制冷机，从而实现冷水的生成[2]。最后再将冷水输送到燃气轮机进口冷却鳍片管，完成对进气口的冷却。以深圳金岗电力有限公司为例，通过安装106B型国产联合循环机组，将余热产生的热水送入制冷机产生冷水，最终实现了进气冷却的效果。从其应用效果来看，当空气湿度达到70%左右时，其降温效果为从 35 ℃下降到 20 ℃左右，对于燃气轮机整体效益的提升有着相当大的帮助。

三、燃气轮机各进气冷却技术比较

（一）蒸发冷却

与其他进气冷却技术相比，蒸发冷却系统在结构、安装上相对简单，有着较低的能耗，且价格较低，后期的运行维护也比较便利。但是这一技术也存在十分明显的缺点，即受周围空气湿度的影响较大，因此在应用普及方面存在着地域性的限制，在我国北方、西部气候较为干燥的地区有着十分广阔的应用前景。但是需要注意的是，在应用时应除盐水。

（二）电制冷

电制冷技术在占地面积、体积上有着十分显著的优势，因此只需较少的工程量便能达到系统冷却的目的。电制冷通常存在三种进气方式，即发电、制冷、冷却，在制冷过程中摆脱了环境湿度的影响，并且在制冷深度上也有着非常大的优势，能够将进气温度控制在6℃左右。这种技术唯一的缺陷是运行成本较高，需要耗费大量的电力。

（三）冰蓄冷制冷

冰蓄冷制冷在类别上也可归入电制冷，其原理是利用低谷电完成大量的冰水混合物的制作，在制作完成之后进行储藏，然后当燃气轮机白天达到发电顶峰时放出冷量进行使用。这一技术相比于传统的电制冷，有效节省了运行成本，将夜晚的廉价电换取了高峰时的高价电，这对于整个电力系统运行效益的提高有着积极影响。

（四）蒸汽或者热水制冷

与电制冷与蒸发冷却相比，蒸汽或者热水制冷在原理上有着很大的不同，主要体现在以下几个方面：首先这一技术所使用到的系统相对复杂，需要多应用到一套蒸汽或者热水系统；其次，相比于电制冷压缩机来说，溴化锂制冷占地面积较大，但是却比冷蓄冷占地面积小；最后，这一技术在制冷效率上不会出现大的变化，因此一年内都可使用；此外，其最大优势体现在对电厂低品位热量的利用，即适合余热锅炉排烟温度较高时，剩下的余热能够借助于联合循环电厂、汽轮机低压抽汽联合循环电厂。因此这一技术的使用能够有效利用低品位能量，在成本上有着巨大优势。

结语

综上所述，在应用进气冷却技术提高燃气轮机的出力和热效率的过程中，需加强对每一种类型的冷却技术的分析，明确其特点，从企业的经济效益出发，结合当地空气湿度及温度等条件，选择最为合适的进气冷却方法。只有这样，才能使燃气轮机获得更为稳定的高效率运行，保证社会经济的发展。

参考文献：

[1]叶志平. 进气冷却技术提高燃气轮机的出力和热效率[J]. 科技与创新,2022(10):39-41.

[2]孟丽,杨超. 提高燃气轮机效率的两种进气冷却方式研究[J]. 山东工业技术,2019(12):203.