提高燃气轮机效率的两种进气冷却方式研究

摘 要：伴随着我国对能源和动力的需求日益增加以及老百姓的环保意识普遍增强，在一定程度上给发电和热电联供方式提出了新的要求，而具备高效率、低噪音、低污染物排放等优点的燃气轮机技术正好在改进发电和热电联供这一方面具有十分突出的优势，因而获得了电力及动力等多个部门的重视。此外，需要注意的一点是，燃气轮机在作业时特别容易受到外部环境温度的影响，当外部环境温度升高时，就会在一定程度上减少了设备的出力，随之也降低了设备的效率，特别是在气温高的夏天，该现象将会变得尤为突出。在这样的背景下，本文对如何有效地提升设备热效率展开了深入地讨论。

关键词：燃气轮机；效率；进气冷却

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

1 燃气轮机热效率提升的方法

燃气轮机采用了一种开式的热循环模式，其动力主要来自于大气，而大气的温度会因为季节的变化而产生相应的变化，这在很大程度上影响了燃气轮机的效率。在气温高的夏天，日常生活、生产设备等都需要大量用电，这就要求设备必须具备在极端条件下高效运作的能力，但由于设备受到固有模式的影响，随着气温的升高，其效率就会出现某种程度的降低，并在一定程度上增加了热损耗，因而夏天供电特别容易出现低效能的现象。为了有效地处理好该现象，工作人员对产生该问题的原因进行了深入的剖析，并成功地找到了解决办法。

燃气轮机在工作的过程中极易受到大气气温的影响，一旦大气气温上升，就会在一定程度上提高燃气轮机的热耗率，从而导致其输出效率的下降，燃机性能随之也会出现一定的变化。据研究表明，当燃气轮机的气温度从15℃上升为25℃时，它的输出功率将降低7%左右，而当进气温度上升到36℃时，它的输出功率将会出现较为显著的下降，降幅可能达到15%左右，甚至更多。通过对燃机的工作原理、影响因素深入地分析之后，研究人员找到了解决方法，即通过进气冷却系统冷却燃机能够显著地提升燃机的效率。

2 两种常见的进气冷却方式分析

2.1 制冷式

2.1.1 压缩式制冷冷却装置

压缩式制冷冷却以压缩式制冷循环为主，其冷源主要源于电力消耗。该方式在具体运用时，既有优点，也存在不足。其优点主要表现为：初期资金投入较少、能够获得十分低的制冷气温。其不足主要体现在这两个方面：一是工作时耗电多，二是当它的制冷能力出现某种程度的下降时，就会影响其效率，该缺陷直接影响了设计人员对设计点的选择，不管如何选择，只要气温出现变化，就将影响其正常运行，进而干扰系统的稳定运行。

2.1.2 吸收式制冷冷却装置

通常情况下，该方式可细分为两种不同的制冷模式：一是氨吸收式制冷，其优势主要表现为能够获得较低的制冷气温效果，缺点主要体现在占地大、投入多、防爆要求高等方面，因而该方式很少使用。二是生活中使用最为频繁的吸收式制冷系统，其能够通过低位热能实现制冷，是其相较于其它方式的一个最为显著的优势。该系统工作时需要的热量大概占燃机透平余热的5%，该数值并不固定，会随着气温的变化而出现相应的改变。此外，还有一点需要提到的是，该制冷系统还可以最大限度地利用燃机的余热来获得所需要的制冷效果，这能够在一定程度上减少机组的运行成本。当制冷负荷变动幅度处于20%至100%之间时，能够显著地提升该装置的运行效率，这对于设备的进气冷却是极有好处的，尤其是那些冬夏气温差异相对而言比较大的地方。该系统的不足在于前期资金投入大，但它的一些重要部件在其工作时不用运作，因而后期維修养护的投入较低。此外，该系统在工作时基本上不会产生噪音，具有较为显著的环保特点。

2.2 蒸发式

该方式主要借助于水蒸发出来的水汽来实现降温的目的。通常情况下，当液态的水和处于未饱和状态下的空气接触时，会产生传热与传质活动，由于水的蒸发会使得大气中的闪热转变成潜热，从而达到降低大气温度的目的。现阶段，有两种冷却方式应用的最为广泛：一是在燃机进口空气过滤器的空气通道里装一个湿膜蒸发冷却器，并在它的表面洒上充足的水，将水蒸发成水蒸气来达到降低温度的目的。二是喷雾冷却，具体的操作是这样的，将水喷到进气道里，等到水渐渐的雾化，就能够实现进气冷却的目的。其中需要特别注意的是，该模式需要精确地把控空气里的水含量，其值必须在允许值内，如果不在的话，极有可能影响设备的稳定运行。并且伴随着气流的运行，所喷的水雾会慢慢地进入燃机压气机中，假如水中的杂质较多，就可能损坏叶片，因而工作人员需要严格地把控水的纯度，不能有一丝一毫的懈怠。该系统具有工艺简单、资金投入少、后期维修保养方便以及能量要求不高等优点，因而得到了较为广泛的应用。

3 结论

对上文的论述进行总结之后，得出这样的结论：进气喷雾冷却技术更有利于提升燃机发电机组的工作效率。在研究了一系列的实际案例后，我们发现，冷却效果会随着空气湿度的变化而产生变化。当湿度降低时，冷却效果更佳，当湿度增加时，冷却效果反而不理想。在相对湿度大于75%的地方，更适合采用制冷式方式，可以更为明显地提升机组工作效率。在相对湿度低于75%的地方，蒸发冷却法显然更为适用。总之，在具体应用时，我们必须要事先综合地考量各个地区的气温、湿度等因素，从而采取最为科学、最为合理的冷却方式。

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作者简介：孟丽（1987-），女，内蒙古阿尔山人，硕士研究生，工程师，研究方向：动力机械。

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