有关燃机进气冷却技术的探讨

有关燃机进气冷却技术的探讨

童可义

（东莞中电新能源热电有限公司广东东莞523000）

摘要：燃机发电机组在运行的过程中，会散发出大量的热量，在燃机发电机组周围形成高温环境，而如果不采取冷却技术进行冷却操作，发电机组周围的温度将会不断升高，当温度超过燃机发电机组所能承受的最高温度后，燃机发电机组的输出功率将会受到极大的影响，甚至出现停止工作的情况。因此，在燃机发电机组的运行时，需要采取冷却技术，降低周围的温度，从而防止损坏燃机发电机组，保证燃机发电机组的正常运行。下面，笔者将对燃机进气冷却技术进行探讨。

关键词：燃机；进气冷却；技术

随着我国能源紧张的情况日益加剧，天然气作为一种优质的化石能源，对改善我国能源结构，促进我国社会经济的可持续发展具有重要的作用。燃气发电利用天然气进行发电，作为一种新型发电方式，燃气发电因其所使用的能源的优势，相比于传统的火力发电，具有较高的安全性以及利用效率。随着我国天然气管网建设能力的不断增强，我国天然气发电能力也在不断增加，并且随着燃气轮机的不断发展，燃气发电已经进入到了快速发展的阶段。

1.温度对燃机的影响机理

1.1温度对燃机的影响机理

在燃机的设计中，采用的燃机运行环境变量都是以标准工况为参照，但是燃机在实际运行的过程中，由于燃机周围的环境温度以及大气压等与标准工况存在一定的差异，从而影响到燃机的性能，进一步将降低燃机的输出功率[1]。同时，燃机进气的质量以及空气流量等都与标准工况的参数存在一定的偏差，这将引起燃机运行的性能参数发生变化。当燃机周围的环境温度发生变化时，压气机的压比会下降，这就需要通过增加压气机的功耗来维持标准压比；并且，由于燃机属于定容设备，当压气机中压入的空气质量降低时，燃机的发电效率将会同时降低。燃机环境温度的升高，引起压气机能耗的增加以及燃机发电效率的降低，是造成燃机输出功率降低的主要原因。

1.2温度对燃机的影响

相比于传统的常规发电站，燃气轮机所代表的联合循环发电站具有安全、高效率、经济效益高等优势，对推动我国的可持续发展具有重要的作用。但是，在燃气轮机运行的过程中，燃机的性能会受到环境温度的影响，当环境温度升高1摄氏度时，燃气轮机的输出功率将降低0.82%左右[2]。例如：某国安装了150台燃机发电机组，总装机量为8500兆瓦，在夏季，某国环境温度上升，受到温度上升的影响，某国燃机发电机组的总输出功率只能达到额定输出功率的85%。这就是说，某国燃机发电机组受到环境温度的影响，燃机发电机组的输出功率只能达到7225兆瓦。而在夏季，正是用电的高峰期，需要燃气机组可以将其发电性能发挥到极致。针对这一情况，专业人员开始对燃机发电机组受温度影响的特性进行研究，并在此基础上研发了燃机进气冷却技术，该技术在燃机发电机组中获得了广泛的应用[3]。

2.燃机进气冷却技术

2.1蒸发式冷却

蒸发式冷却一般是通过水蒸发吸收热量的形式，来降低燃机周围的环境温度。在温度较高的环境中，水需要通过吸收周围环境中的热量才能蒸发，在空气与水接触时，空气与水将会发生热量转移，空气中较高的热量将会逐渐转移到水中，以此降低空气的温度，达到降温的目的。蒸发式冷却分为两种，一种是介质式蒸发冷却，还有一种是喷雾冷却，下面对这两种冷却进行更深入的介绍。

2.1.1介质式蒸发冷却

介质式蒸发冷却采用的是一种冷却装置，通过冷却装置实现空气与水的温度传递。冷却装置主要由冷却水泵、水膜介质以及除水板等结构组成，其结构与普通的喷水室相差不大，冷却装置只是多了一层带填料的填料层。在水膜式蒸发冷却装置放置在燃气轮机的运行环境中，并在冷却装置后安装空气过滤装置[4]。空气在与冷却装置的水膜接触之后，进入燃机的空气温度将会降低，同时，借助空气过滤装置，可以有效提升进入燃机的空气质量，从而达到将空气降温加湿的作用。通过介质式蒸发冷却之后，燃机的空气湿度将会提升到90%以上。在采用介质式蒸发冷却这一冷却方式时，会加大空气的进气阻力。

2.1.2喷雾式冷却

上世纪八十年代末，喷雾式冷却器开始出现，喷雾式冷却方式开始被运用到燃机冷却中。喷雾式冷却器在冷却作业时，会将冷却水雾化，然后将雾化的冷却水喷入到燃机的空气流中。在冷却水雾化之后，水汽的表面积将会迅速扩大，从而达到更好的蒸发冷却效果。并且，使用喷雾式冷却器可以将空气温度降低到饱和点温度附近，冷却效率较高，在燃机进气中，对空气进气的阻力较小。从喷雾式冷却方式的冷却效果来说，降低燃机进气温度3摄氏度，就可以增加燃机1.5%的输出功率，使用喷雾式冷却器可以将燃机的进气温度降低到标准工况温度，使燃机的输出功率可以得到最大化的发挥。当前，国际上较为先进的喷雾式冷却器融合了喷雾冷却技术与湿压缩技术，可以在降低燃机进气温度的同时，提升空气的质量，从而提高燃机的输出功率。

2.2制冷式冷却

制冷式冷却是通过换热器，将燃机压气机中空气的热量吸收，并将热量传输到压缩机外，从而达到制冷的目的。在制冷式冷却中使用的换热器中，需要考虑到换热器对空气中冷凝水的分离与传递。制冷式冷却分为压缩式制冷、吸收式制冷等多种制冷方式。下面对制冷式冷却的不同方式进行分析。

2.2.1压缩式制冷

压缩式制冷使用的是压缩式制冷循环系统，通过该循环系统，向冷却器提供冷源。冷源通过电力制冷的方式获得，燃机在运行时，压气机中的空气先进入换热器内，换热器中有来自冷源的冷凝水与吸收剂等，通过冷凝水或吸收剂将空气的热量分离、排除，然后空气进入燃机内。压缩式制冷系统的结构较为简单，不需要较大的前期投入就可以获得制冷效果。但是，使用压缩式制冷系统的主要缺点在于：该系统的运行需要耗费大量的电力，造成燃机25%的发电电量需要用于压缩式制冷系统的运转[5]。因此，在制冷方式的选择中，压缩式制冷较少使用。

2.2.2吸收式制冷

吸收式制冷主要是通过吸收燃机发电时产生的多余的热量，将热量用于制冷装置的运行。借助燃机余热驱动的制冷装置获取冷源，可以极大的降低能源消耗，同时还能使燃机产生的热能得到有效的利用。通过表面式的热交换器，可以将燃机产生的热量吸收，以降低燃机进气的温度，从而提高制冷的效率。吸收式制冷系统主要有两种结构：单级结构与双级结构。而根据吸收式制冷使用的制冷材料的不同，可以将吸收式制冷分为：氨吸收制冷与溴化锂吸收制冷。氨吸收制冷在制冷工作中，可以有效降低燃机的进气温度，但是由于需要的设备繁多，所占空间较大，同时还会受到多方面因素的影响，增加制冷的不安全性，因此，氨吸收制冷较少使用。溴化锂吸收制冷对于设备与场地的要求不高，安全性较高，因此在燃机进气制冷中应用的较多。

3.结语

当前，燃机发电机组在我国电能供应中发挥着重要的作用。在夏季高温时段，环境温度的变化会极大的影响燃机的输出功率，造成我国电能供应紧张的情况出现，因此，需要不断推动燃机进气冷却技术的发展与应用。

参考文献

[1]夏瑞青,王彦琳,付荣.基于CCHP系统燃机进气冷却改造的可行性分析[J].应用能源技术,2015,06:41-46.

[2]谢大幸,石永锋,郝建刚,郑健,王健.某大学城分布式能源站燃机应用溴化锂制冷技术冷却入口空气的方案探讨[J].发电与空调,2015,04:5-8.

[3]朱斌帅,张赟.燃气轮机进气冷却系统对机组经济性的影响[J].热力发电,2014,03:5-8.

[4]张丽娜,徐士鸣,李见波.燃气轮机排气废热驱动的吸收式制冷循环特性研究[J].制冷学报,2014,05:88-93.

[5]李敏锋,赵东光,李继刚,王志刚,叶非,蒋昊.进气冷却及冷凝水回收技术在东非地区的应用[J].发电设备,2016,02:88-91.