淺談如何提高燃氣輪機的熱效率

付麗莉

摘 要：燃氣輪機裝置是大型聯合循環機組，具有啟動快、調節峰值性能強等諸多優勢，使用的范圍比較廣泛。但是在高溫等條件的影響下，燃汽輪機的輸出功率會大幅度降低，不利于生產。文章分析了影響燃氣輪機熱效率的因素，提出了提高燃氣輪機熱效率的方法措施，希望對燃氣輪機更高效的運轉提供參考。

關鍵詞：燃氣輪機；工作原理；影響因素；措施

前言

隨著人類社會的不斷發展，對環境的破壞日益嚴重，人們也越來越重視環保。燃氣輪機以其同等單位體積出能大、體積小的優勢被廣泛用在航空和輪船艦艇動力等。帶壓縮機或帶發電機是地面主要的應用領域。對于沿海發達的缺電地區，調峰電廠應用的比較多，還應用在內地輸送電困難地方的自備電廠。總而言之越來越多的企業紛紛意識到節能減排，提高效率的重要性，研究人員也將研究的重點放在了如何在自然條件下提高燃氣輪機裝置的熱效率上。燃氣輪機是大型聯合循環機組，有很多因素可以影響其熱效率的充分發揮，從它的影響因素出發來控制其對聯合機組的影響，是達到節能減排效果的良好方式，這和醫學上的對癥下藥有著異曲同工之妙。文章將重點對影響燃氣輪機熱效率的因素進行分析。

1 燃氣輪機的工作原理

其實燃氣輪機的工作原理是比較簡單的，類似于噴氣式飛機的噴氣引擎。自然空氣從燃氣輪機組的進氣口進入，通過壓氣的葉片將空氣壓力升高后，空氣進入燃燒室。在與燃燒室內噴入的天然氣混合后，點火燃燒。氣體燃燒受熱后急劇膨脹。然后進入渦輪區，經過一級一級的葉片，逐級推動葉片轉動。直到從出氣口排出。葉片轉動帶動軸的轉動，這樣也就轉動了軸上帶著的機械，從而實現了燃氣輪機組聯合運轉。至于燃氣輪機的工作過程如下：自然空氣源源不斷的被壓氣機裝置吸入，經過有效壓縮，將壓縮后的空氣再進入燃燒室，進而和天然氣完全融合后燃燒，形成了高溫燃氣，這時氣體急劇膨脹，流入燃氣渦輪中運用膨脹原理作功，促進渦輪葉輪旋轉，與此同時將壓氣機葉輪帶動起來一起旋轉。加熱后的高溫燃氣作功的能力提高的是比較明顯的，所以燃氣渦輪在其帶動壓氣機的同時，還是有一些剩余的功作為燃氣輪機的輸出。作為機械功，來帶動起動機。燃氣輪機起動時，不可缺少的是起動機來帶著旋轉。當速度上去后能夠獨立運行，起動機才算完成歷史使命。

2 影響燃氣輪機熱效率的因素

從總體上來說，影響燃氣輪機熱效率的因素是多方面的，大氣的溫度、壓力、空氣的相對濕度、海拔的高度、燃料的類型、蒸汽的循環方式、循環水的溫度、入口空氣的冷卻都在不同程度上對其進行著影響和制約。（1）大氣溫度的影響。在眾多的影響因素中，大氣溫度對燃氣輪機和其聯合循環系統性能影響力是比較大的。在大氣溫度升高的作用下，空氣的比容不斷增大，吸入壓縮機的空氣同等質量的流量就將減少，這樣就造成了燃氣輪機和聯合循環的出力大幅度降低，換句比較通俗的講法就是燃氣輪機的動力不足。就算是機組的轉速以及燃氣透平之前的燃氣初始溫度在一個相對恒定范圍內，還是無法阻止壓氣機的壓縮比的進一步下降，燃氣透平作功量也隨之減少。但是排氣溫度還在持續加大，這樣燃氣輪機和其聯合循環的出力和熱量消耗自然的會發生變化，這一影響不可謂說不大。基于這種情況，很多的研究者把研究的重點放在了最大限度的減少大氣溫度對燃氣輪機熱效率的影響上。（2）大氣壓力的影響。在大氣壓力低的高海拔地區，同等質量的空氣進入壓縮機流量會增大，進而影響了燃氣輪機的熱效率。但這種影響程度不會很多。（3）空氣濕度的影響。由于同等空氣的濕度有所不同，使空氣的比容隨之不同，燃氣輪機的熱效率也會因此受到影響。

3 提高燃氣輪機的熱效率的有效措施

通過上文的分析我們已經可以了解到大氣的溫度是影響燃氣輪機熱效率最為重要的因素，文章重點分析從調節大氣溫度方面來改善燃氣輪機的吸入大氣溫度，達到降低其對燃氣輪機熱效率的影響程度的目的。主要的思路是把在壓縮裝置下游、第一渦輪控制面積上游、發動機第一個位置從旁路引走一部分的發動機的工作氣流，使氣流重新噴射到第一渦輪的控制面積的下游，這樣做是為了提高其熱效率和輸出功率。高壓的蒸汽在發動機內來起到從旁路引氣位置和將旁路引氣流噴進人工作氣流位置之間噴入的作用，要保持噴射的蒸汽質量和流量和從旁路引走的氣流的質量與流量基本持平的狀態為最佳，做到了以上這些，大氣溫度對燃氣熱效率的影響就會得到大幅度的降低，達到提高燃氣輪機的熱效率的預期效果。將燃氣輪機進氣冷卻的措施不少，很多企業把提高燃氣輪機熱效率作為了研究的重點。經實踐證明，冷卻進口空氣，降低進口空氣的溫度是提高燃氣輪機的熱效率的最佳方式，具體操作上方法也比較多，工藝也偏于復雜，以下是幾種冷卻進氣的方法：

（1）蒸發冷卻：大體上有兩種方式：一種是在燃氣輪機的進口空氣過濾器的下游側的空氣通道中，安裝濕膜蒸發冷卻器，使冷水能夠噴灑其上，利用水分蒸發來實現冷卻進氣。另一種是在進行了水霧化后直接噴入進氣道中以便達到對進氣冷卻的目的。值得注意的是這種方法必須要保證要噴入的水是干凈的，并具有相當的純凈度，如若不然燃氣輪機葉片會受到水雜質的影響，出現腐蝕的情況。

（2）表面式冷卻：這種冷卻方法是利用換熱器來直接作用于燃氣輪機的進氣實現冷卻。其主要原理是在燃氣輪機的進氣道中安裝上鰭片管式的換熱器，在管內接入5℃左右的冷水，燃氣輪機的進氣在經過鰭片管的外側時被冷卻。水的汽化潛熱比較大，空氣中水分的凝結消耗了多數制冷的能量，進而降低了空氣的溫度。

（3）電制冷：此種方法是利用燃氣輪機或聯合循環電廠自身所發出的電能來驅動氨基壓縮式的制冷機，進而產生低溫冷水，再通過閉式循環回路而送到燃氣輪機的進氣道的鰭片管換熱器中，達到表面制冷的冷卻效果，使燃氣輪機的進氣溫度得到降低。

（4）冰蓄冷制冷：此種方法主要是通過夜間用電量少、并且比較經濟的特點，使用水冷式的低溫冷水機組制冷，將冷凍液灌入到容量較大的蓄冷槽盤管中，使其產生比較多的冰水混和物，以便能夠良好的供應燃氣輪機白天作業時的冷卻進氣。

（5）蒸汽或熱水制冷：主要是利用聯合循環電廠中的余熱鍋爐尾部的余熱所產生的低壓蒸汽或高溫熱水，送入溴化鋰吸收式制冷機中使其能夠產生5℃的冷水，然后和表面冷卻工序相同，使進氣溫度降低。

4 結束語

通過文章的分析，可以了解到現階段提高燃氣輪機的熱效率并非是一件容易的事，其過程和工藝都極為復雜，并且要求比較高，但這沒什么可怕。相信只要有關人員不斷鉆研、不斷探索、不斷創新，會有更多更好的提高燃氣輪機的熱效率的方法脫穎而出，并且得到大家的認可，廣泛的應用的實踐中，為我國的經濟發展做出更大的貢獻。

參考文獻

[1]李雙江.劉亞燃氣輪機進氣噴霧式蒸發冷卻裝置的經濟性分析[J].電力建設，2012.

[2]胡舜鋒.余熱制冷進氣冷卻的回熱燃氣輪機熱力系統的研究[D].中國科學院研究生院（工程熱物理研究所），2007.

[3]姜周曙，黃國輝，王劍，等.PG6551（B）燃氣輪機進氣冷卻系統的研制[J].動力工程，2006.

[4]高鵬.燃氣輪機間冷系統優化設計與換熱性能分析上海交通大學[D].2011.

[5]徐明.燃氣-蒸汽聯合循環發電裝置的熱力特性及燃氣輪機熱經濟性分析[J].能源技術，2003.