燃气轮机进气冷却技术及其应用探析

燃气轮机进气冷却技术及其应用探析

周继诚

中油电能气电公司哈法亚分公司 163451

摘要：燃气发电机其启动速度较快，同时其实际运行较为灵活，已经成为当下电网的主要调节机组。高温天气冷却燃气轮机能够增加机组出力，促使机组调节能力的增强。本文主要对燃气轮机实际进气冷却技术进行了分析，并对其优势和弊端进行了阐述，针对燃气轮机进气系统和冷却装置改造有深层次的

含义。

关键词：燃气轮机；冷却技术；应用

在实际用电高峰期时，高温会限制燃气轮机的运行，降低其调节能力。相关数据表示，环境空气在5℃左右的温度下，燃气轮机的实际输出功率为标准的105%，而在35℃时，燃气轮机的实际输出功率则为标准输出的85%，因此这时对燃气轮机冷却技术进行应用有着非常重要的意义。

1.燃气轮机电站发展现状

当前燃气轮机和联合循环电站有一定的优势，在国内范围也得到了快速发展。但是燃气轮机性能实际性能和其环境温度有着紧密联系，在环境温度逐渐升高的时候就会减少其空气质量，降低空气密度，无法提升燃气轮机的工作效率。当环境温度升高的时候，还会降低压气机内的压缩比率使燃气轮机工作量降低。燃气轮机电站其热效率较高，同时燃气轮机具有一定的环境性能，能够快速启停，同时运行非常灵活，这些优点也使燃气轮机电站得到了较为广泛的使用。基于目前世界范围内来进行分析，燃气轮机发电形式已经成为电力结构中的主要发电方式。在世界各地每年增配的燃气轮机容量中有半数以上使用燃气机组，世界燃油以及天然气燃气轮机其装机容量已经超过了4亿千瓦。同时外国一些发达国家的燃气轮机年生产功率已经超出了发电用蒸汽轮机的生产功率，国外一些国家增加装机容量大约5000mw，这是其中燃气机站为1500mw。在一些新建电厂中天然气电厂也占据了9成以上，燃气轮机发电机组已经逐渐取代其他机组成为新增发电机的首选。燃气轮机发电技术在我国也得到了相应的发展，结合我国能源发展规划来看，燃气发电容量会在未来几年达到3000万千瓦8000万千瓦和1亿千瓦，同时燃气发电总装机容量也会逐渐提升。

2. 燃气轮机冷却技术

2.1直接接触冷却方式

燃气轮机可以作为恒体积流量的动力设备，借助燃气轮机介质实现体积恒定。在温度较高的环境下，也会提升其进气温度，其实际空气密度相对较低。在体积保持相同的情况下，会降低进入燃气轮机的实际质量，这时机组做功也相对较小。压气机实际耗能和进气温度呈正比，在进气温度升高的时候，压气机实际耗能也会增加，从而降低燃气轮机的出力。同理，如果进气温度降低，那么就会提升进入燃气轮机的空气质量，提升燃气轮机的出力，因此这时燃气轮机进气系统需要加装空气冷却装置才能在温度较高的时候提升燃气轮机的发电能力。燃气轮机进气冷却技术有直接接触冷却和间接式冷却，直接接触冷却可以去除表面的热量，而间接式冷却去除热量更加完善。

燃气轮机进气方式中，直接接触制冷方式较为简便，通过对进气装置中设置水雾，使其喷出，让水和空气充分接触，基于水在空气中吸收热量来降低燃气轮机中的空气温度。这时也会增加空气内湿度，在湿度达到100%的时候，就会自动停止蒸发吸热冷却。直接接触式冷却技术中的水膜式蒸发冷却和一些带有天料层的喷水结构相似，在冷却之后其湿度可以达到95%，这也提升了近期阻力。燃气轮机雾化式蒸发冷却设备可以将水进行雾化，在水喷入空气中使用水雾来达到冷却效果。燃气轮机直接接触式冷却的优势在于投资相对较少，后期维护成本不高，但是其弊端是具有一定的局限性，会受到环境湿度的影响，无法扩大其冷却空间。一些环境较大的地区内无法使用直接接触式冷却，直接接触式冷却方式大部分情况下在一些高温且干燥的区域使用。国外某燃气轮机的生产商，在对燃气轮机技术改进之后，使其具有蒸发冷却装置。空气中湿度在75%左右的时候，就可以降低空气温度5℃，空气中湿度较低的时候，还可以增加其降低温度。

2.2 间接式接触冷却

燃气轮机进气的时候使用间接式接触冷却就是在冷却介质没有充分和空气接触的时候借助空气冷却设备实现间接冷却。当下一些间接式冷却设备主要有冷能利用，冰蓄冷冷却和溴化锂吸收制冷等方式。冷能利用冷却方式较为清洁，制冷质量较好，冷能利用主要是将一些气田生产出的天然气进行净化处理，之后经过低温液化成为液化天热气。在使用冷能利用之前，需要在接收站使其气化成为天然气，在实际气化的时候会将冷能释放出来。使用冷能利用技术主要是采用乙二醇溶液作为中间载冷剂，之后经过换热器就可以为燃气轮机传递冷能，使其达到相应的标准便可以降低进气温度。在这其中需要注意保持、冷却温度在0℃以上，降低水蒸气凝结的现象。国外电厂中配套2台大型燃气轮机，其温度为15℃，实际出力为787w，在空气温度达到35℃的时候其出力为715MW。借助冷能进气冷却装置，可以对燃气轮机内部空气温度降低到7℃，实际出力为815MW

^[1]。

2.3溴化锂吸收制冷

蒸汽和燃气循环机组在运行过程中存在一些热能被浪费，这时溴化锂吸收制冷技术就可以使用电厂余热来制动溴化锂制冷设备对燃气轮机内部进行制冷。从而降低燃气轮机的温度，更好的提升其实际工作效率。溴化锂吸收制冷设备使用溴化锂水溶液为介质，在这其中水属于制冷剂，溴化锂属于吸收试剂。在使用水为制冷剂的时候，蒸发温度会持续在0度以上，用来制作冷水，而使用低压水蒸气热水作为热源的时候，溴化锂吸收制冷能够使用废弃热能提升其实际经济效益。某市电场中厂中燃气轮机利用溴化锂制冷技术实现温度冷却，使近期温度从30摄氏度降低到了13摄氏度，提升其循环功率^[2]。

3.燃气轮机冷却技术的发展前景

我国燃气轮机冷却技术发展相对较为缓慢，同时其在燃气电站中投运行的也相对较少，影响燃气轮机进气冷却技术发展的因素主要有以下几点。我国一些燃气电站在总装机容量中没有过多比例，同时燃机进气冷却技术没有得到相应的重视，大部分燃机电站都没有直接进行近期冷却系统的设计和安装。伴随着西气东输以及液化天然气引进的工程实施，让我国在一些气温较高地区开始建设一些燃气轮机电站。这些燃气轮机电站项目已经开始实施，这也能为燃气轮机冷却技术提供相应的发展机遇。国外发达国家存在的运行经验表示一些燃气轮机进气冷却技术比较成熟，可以在我国燃气机电站中进行应用，但是在进行应用的过程中应该选择合适的冷却手段。直接接触式冷却手段其实投资比较小，但是冷却效果较弱，而间接是接触冷却式技术，冷却效果较好，但投资费用相对较高。间接接触式冷却方式如果冷却能力较大，而冷却之后设备进气温度较低那么也会延长其投资回收。使用直接接触式冷却方式以及间接接触式冷却方式相结合的方法，可以有效融合其优势，对于一些没有充裕资金的电站来说，可以先进行直接接触式冷却方式的建设，之后再投入间接接触式冷却方式建设，从而最终达到增加出力的工作目标^[3]。

结语

综上所述，燃气轮机使用冷却技术可以提升燃气轮机的运行效率，促使其调节能力的增强，有较高的实际经济效益和社会价值。在燃气轮机冷却中有几种不同的冷却方式，这些冷却方式的特点也各不相同，所以在实际工程中需要结合情况采取合理的冷却方式，提升燃气轮机的运行质量 。

参考文献

[1] 孙衍锋. AE94.3A型燃气轮机进气冷却的应用可行性研究[J]. 热能动力工程, 2017(11).

[2] 罗英. 燃气轮机进气冷却系统对机组经济性的影响[J]. 低碳世界, 2017(5).

[3] 郭甲生, 张扬, 包春, et al. 基于燃气轮机进气冷却的分布式能源站多能协同分析与研究[C]// 2017中国燃气运营与安全研讨会. 2017.