摘要：保证燃气轮机进气的冷却效果可以让燃气轮机运行工作平稳性得到保证。本文对套片式换热器在燃气轮机进气冷却中的应用意义作出阐述，并结合实际情况，对套片式换热器在燃气轮机进气冷却中的具体应用进行效果分析，以明确套片式换热器在燃气轮机进气冷却中的应用价值。
关键词：套片式换热器；燃气轮机；进气冷却
一、套片式换热器在燃气轮机进气冷却中的应用意义
在我国，夏季为用电高峰期，电网处于超负荷运行状态，夏季近气温度较高，这会降低燃气轮机的输出功率，会让燃气轮机调峰能力受到限制，降低燃机的运行经济性与运行效率。现阶段，在燃气轮机冷却设计过程中，燃气轮机进气温度特性已然成为重要数据之一，其主要冷却技术包含了蒸发冷却技术、电制冷技术、余热冷却技术、冰制冷技术等。套片式换热器也被称为翅片管式换热器，是一种冷却管外带肋的换热面，对其肋面类型进行划分，可以将其分为绕簧型、针刺型、方型和圆型，在电力、石化、传播、制冷、机车等多个行业中，套片式换热器得到了有效应用。在燃气轮机进气冷却中应用套片式换热器，可以让燃机进气温度得到有效降低，可以让燃气轮机发电机组发电能力得到保证，进而提升高温条件下燃机运行经济效益[1]。
二、套片式换热器在燃气轮机进气冷却中的具体应用
（一）应用方法
燃气轮机工作原理主要是利用空气为工质，通过喷入燃料燃烧产生高压高温燃气，而燃气会膨胀做功，进而对燃机转子起到推动作用，让其旋转发电。在燃气轮机中，进入燃机工质质量流量大小和空气密度高低呈正比关系，和进气温度高低呈反比关系，而工质质量流量和对外输出功率具有密切联系。
就目前来看，我国燃气轮机进气冷却设备的使用并不成熟，在部分发电厂中，应用了铜-铝复合轧片管式换热器，其具有较为不错的运行效果，但同时，也存在难以清洗表冷器换热面等问题。套片式换热器可以在保证进气冷却效果的同时解决铜-铝复合轧片管式换热器应用过程中的问题，与此同时，其具有十分紧凑的结构，轧片管式与套片式结构对比如图1所示。
在迎风面积与排数相同的情况下，套片式换热器通过先进的加工工艺使其具有更佳的传热效果、更少的材料消耗、更大的传热面积、更小的空气阻力。如在我国某空调设备股份有限公司所生产的套片式换热器中，其肋片就采用了二次翻边设计，确保了传热管接触强度可以满足使用要求，同时保证了肋片间距，除此之外，轧片管式换热器肋片是螺旋状态，而套片式换热器肋片为垂直状态，在对空气进行冷却时，其凝结水会快速下泻，不会对表冷器换热效果造成不利影响。在如果肋片较脏，那么可以利用清洁剂、水对其进行有效清洗。套片式换热器在燃气轮机进气冷却中进行应用时，利用换热管中冷媒的流动，肋片间空气的流动，可以让热交换得以产生，进而对空气进行有效冷却。除此之外，采用此种设备时可以和空气过滤器进行联合使用，即将空气过滤器安装在表冷器前部，对空气当中的杂质灰尘进行有效去除，保证换热器长时间的清洁性，让换热效果得到提升。
（二）理论计算
以我国某公司生产的PG6551B燃气轮机为例，该燃气轮机性能曲线如图2所示。
通过在燃机进气冷却中加装套片式换热器的方法，来对其进气后达到出气温度进行计算，然后对比图2中性能曲线，观察在加装套片式换热器之后的应用效果。经过测算，在环境温度为15℃，大气压力为1.013*105Pa、相对湿度为60%状态下，发现燃气轮机进口空气流量是499t每小时。在实际工作过程中，其进气温度是30℃，相对湿度是75%，通过测算，发现其空气体积流量大约是41.4万立方米每小时，为让进气压力损失得到有效节省。在设计过程中，没有对挡水板进行加装，同时，控制其空气流速为2.5米每秒以内，在此条件下，气流并没有带出凝结水[2]。
结合公式（1）到公式（7），可以对不同进水温度、换热器排数下加入套片式换热器之后的相关性能数值进行有效计算，具体计算结果如下所示：
（1）当进水温度为7℃，出水温度为12℃，换热器排数为6排，片距为3.2mm时，其制冷量为5548.4kW，水量为950t每小时，风阻为202Pa，水阻力为25kPa，出风干球温度为15℃，出风湿球温度为14.65℃，在此条件下，燃机进气温度在冷却前为30℃、冷却后为15℃，其机组输出功率可以完全满足设计要求，达到设计值100%，可以让满负荷工作得以实现。
（2）当进水温度为7℃，出水温度为12℃，换热器排数为8排，片距为3.2mm时，其制冷量为6553.5kW，水量为1100t每小时，风阻为221Pa，水阻力为40kPa，出风干球温度为12.1℃，出风湿球温度为11.75℃，在此条件下，燃机进气温度在冷却前为30℃、冷却后为12.1℃，机组输出功率达到设计值的102.2%。
（3）当进水温度为5℃，出水温度为15℃，换热器排数为8排，片距为3.2mm时，其制冷量为6553.5kw，水量为565t每小时，风阻为221Pa，水阻力为15kPa，出风干球温度是12.1℃，出风湿球温度是11.75℃，在此条件下，燃机进气温度在冷却前为30℃、冷却后为12.1℃，燃气轮机输出功率依然可以达到设计值的102.2%，其水量约为上种条件下的1/2，在此条件下，输送管道可以得到减小，可以降低投资费用。
（4）当进水温度为5℃，出水温度为15℃，换热器排数是8排，片距是2.5mm时，其制冷量是7178.9kW，水量是620t每小时，风阻是230Pa，水阻力是16kPa，出风干球温度是10℃，出风湿球温度是9.62℃，在此条件下，燃机进气温度在冷却前为30℃、冷却后为10℃，输出功率可以达到设计数值的103.2%，所耗投资要稍大于上一条件。
对比第一种情况至第四种情况，我们不难发现，进水温度与出水温度相同情况下，换热器排数为8排、片距为2.5mm、水量为620t/h、风阻为230Pa时，套片式换热器的制冷量最大，能够达到7178.9kW。而片距稍大的第三种情况，制冷量则为6553.5kW，深入对比可发现第三种情况、第四种情况的参数可保证套片式换热器效用的最大程度发挥，其中第三种情况下的经济性更为优秀，但第四种情况可保证燃气轮机拥有更高的输出功率。
而在轧片式换热器的使用中，其换热元件为SGT-44•2.3双金属轧片管，在外部条件基本相同的条件下，依然进行四次计算，可得出如下计算结果：
（1）在第一种情况下，其制冷量为3883.6kW，燃机进气温度在冷却前为30℃、冷却后为18.2℃。
（2）在第二种情况下，其制冷量为4587.1kW，燃机进气温度在冷却前为30℃、冷却后为17.2℃。
（3）在第三种情况下，其制冷量为3671.2kW，燃机进气温度在冷却前为30℃、冷却后为18.5℃。
（4）在第四种情况下，其制冷量为4306.2kW，燃机进气温度在冷却前为30℃、冷却后为16.9℃。
结合上述计算结果不难发现，轧片式换热器在应用中的实际性能同样满足设计要求，但对比可见，在燃气轮机的进气冷却中，应用套片式换热器可以让燃机进气温度得到更为有效的降低，轧片式换热器同时还存在制冷转化效率较低的缺点。通过对套片式换热器和轧片式换热器的对比中我们不难看出，在高温季节中，套片式换热器可以更好保证燃气发电厂的正常运行和经济效益。
结论：综上所述，在燃气轮机进气冷却中应用套片式换热器，可以让清洁变得更为方便，可以让燃气轮机进气温度得到有效降低，让燃气轮机得到平稳使用，进而保证高温季节中燃气发电厂的运行效益，在未来发展中，需要加大套片式换热器的研发力度，同时需要对套片式换热器进行积极应用。
参考文献：
[1]白小峰,葛磊,赵宏延.增强管片式换热器换热性能的有效途径[J].山东工业技术,2017,16:1-2.
[2]张晟怡,张中林.燃气轮机进气冷却技术分析[J].能源研究与利用,2014,01:30-33.
论文作者:张超贤
论文发表刊物:《电力设备》2018年第14期
论文发表时间:2018/9/12
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