提高燃氣輪機效率的兩種進氣冷卻方式研究

孟麗 楊超

摘 要：伴隨著我國對能源和動力的需求日益增加以及老百姓的環(huán)保意識普遍增強，在一定程度上給發(fā)電和熱電聯(lián)供方式提出了新的要求，而具備高效率、低噪音、低污染物排放等優(yōu)點的燃氣輪機技術正好在改進發(fā)電和熱電聯(lián)供這一方面具有十分突出的優(yōu)勢，因而獲得了電力及動力等多個部門的重視。此外，需要注意的一點是，燃氣輪機在作業(yè)時特別容易受到外部環(huán)境溫度的影響，當外部環(huán)境溫度升高時，就會在一定程度上減少了設備的出力，隨之也降低了設備的效率，特別是在氣溫高的夏天，該現(xiàn)象將會變得尤為突出。在這樣的背景下，本文對如何有效地提升設備熱效率展開了深入地討論。

關鍵詞：燃氣輪機；效率；進氣冷卻

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.12.177

1 燃氣輪機熱效率提升的方法

燃氣輪機采用了一種開式的熱循環(huán)模式，其動力主要來自于大氣，而大氣的溫度會因為季節(jié)的變化而產生相應的變化，這在很大程度上影響了燃氣輪機的效率。在氣溫高的夏天，日常生活、生產設備等都需要大量用電，這就要求設備必須具備在極端條件下高效運作的能力，但由于設備受到固有模式的影響，隨著氣溫的升高，其效率就會出現(xiàn)某種程度的降低，并在一定程度上增加了熱損耗，因而夏天供電特別容易出現(xiàn)低效能的現(xiàn)象。為了有效地處理好該現(xiàn)象，工作人員對產生該問題的原因進行了深入的剖析，并成功地找到了解決辦法。

燃氣輪機在工作的過程中極易受到大氣氣溫的影響，一旦大氣氣溫上升，就會在一定程度上提高燃氣輪機的熱耗率，從而導致其輸出效率的下降，燃機性能隨之也會出現(xiàn)一定的變化。據(jù)研究表明，當燃氣輪機的氣溫度從15℃上升為25℃時，它的輸出功率將降低7%左右，而當進氣溫度上升到36℃時，它的輸出功率將會出現(xiàn)較為顯著的下降，降幅可能達到15%左右，甚至更多。通過對燃機的工作原理、影響因素深入地分析之后，研究人員找到了解決方法，即通過進氣冷卻系統(tǒng)冷卻燃機能夠顯著地提升燃機的效率。

2 兩種常見的進氣冷卻方式分析

2.1 制冷式

2.1.1 壓縮式制冷冷卻裝置

壓縮式制冷冷卻以壓縮式制冷循環(huán)為主，其冷源主要源于電力消耗。該方式在具體運用時，既有優(yōu)點，也存在不足。其優(yōu)點主要表現(xiàn)為：初期資金投入較少、能夠獲得十分低的制冷氣溫。其不足主要體現(xiàn)在這兩個方面：一是工作時耗電多，二是當它的制冷能力出現(xiàn)某種程度的下降時，就會影響其效率，該缺陷直接影響了設計人員對設計點的選擇，不管如何選擇，只要氣溫出現(xiàn)變化，就將影響其正常運行，進而干擾系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

2.1.2 吸收式制冷冷卻裝置

通常情況下，該方式可細分為兩種不同的制冷模式：一是氨吸收式制冷，其優(yōu)勢主要表現(xiàn)為能夠獲得較低的制冷氣溫效果，缺點主要體現(xiàn)在占地大、投入多、防爆要求高等方面，因而該方式很少使用。二是生活中使用最為頻繁的吸收式制冷系統(tǒng)，其能夠通過低位熱能實現(xiàn)制冷，是其相較于其它方式的一個最為顯著的優(yōu)勢。該系統(tǒng)工作時需要的熱量大概占燃機透平余熱的5%，該數(shù)值并不固定，會隨著氣溫的變化而出現(xiàn)相應的改變。此外，還有一點需要提到的是，該制冷系統(tǒng)還可以最大限度地利用燃機的余熱來獲得所需要的制冷效果，這能夠在一定程度上減少機組的運行成本。當制冷負荷變動幅度處于20%至100%之間時，能夠顯著地提升該裝置的運行效率，這對于設備的進氣冷卻是極有好處的，尤其是那些冬夏氣溫差異相對而言比較大的地方。該系統(tǒng)的不足在于前期資金投入大，但它的一些重要部件在其工作時不用運作，因而后期維修養(yǎng)護的投入較低。此外，該系統(tǒng)在工作時基本上不會產生噪音，具有較為顯著的環(huán)保特點。

2.2 蒸發(fā)式

該方式主要借助于水蒸發(fā)出來的水汽來實現(xiàn)降溫的目的。通常情況下，當液態(tài)的水和處于未飽和狀態(tài)下的空氣接觸時，會產生傳熱與傳質活動，由于水的蒸發(fā)會使得大氣中的閃熱轉變成潛熱，從而達到降低大氣溫度的目的。現(xiàn)階段，有兩種冷卻方式應用的最為廣泛：一是在燃機進口空氣過濾器的空氣通道里裝一個濕膜蒸發(fā)冷卻器，并在它的表面灑上充足的水，將水蒸發(fā)成水蒸氣來達到降低溫度的目的。二是噴霧冷卻，具體的操作是這樣的，將水噴到進氣道里，等到水漸漸的霧化，就能夠實現(xiàn)進氣冷卻的目的。其中需要特別注意的是，該模式需要精確地把控空氣里的水含量，其值必須在允許值內，如果不在的話，極有可能影響設備的穩(wěn)定運行。并且伴隨著氣流的運行，所噴的水霧會慢慢地進入燃機壓氣機中，假如水中的雜質較多，就可能損壞葉片，因而工作人員需要嚴格地把控水的純度，不能有一絲一毫的懈怠。該系統(tǒng)具有工藝簡單、資金投入少、后期維修保養(yǎng)方便以及能量要求不高等優(yōu)點，因而得到了較為廣泛的應用。

3 結論

對上文的論述進行總結之后，得出這樣的結論：進氣噴霧冷卻技術更有利于提升燃機發(fā)電機組的工作效率。在研究了一系列的實際案例后，我們發(fā)現(xiàn)，冷卻效果會隨著空氣濕度的變化而產生變化。當濕度降低時，冷卻效果更佳，當濕度增加時，冷卻效果反而不理想。在相對濕度大于75%的地方，更適合采用制冷式方式，可以更為明顯地提升機組工作效率。在相對濕度低于75%的地方，蒸發(fā)冷卻法顯然更為適用。總之，在具體應用時，我們必須要事先綜合地考量各個地區(qū)的氣溫、濕度等因素，從而采取最為科學、最為合理的冷卻方式。

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作者簡介：孟麗（1987-），女，內蒙古阿爾山人，碩士研究生，工程師，研究方向：動力機械。