（中国电建核电工程公司 山东济南 250102）
摘要：叙述了大气条件对燃气轮机性能的影响，一般情况下，进气温度每上升10℃将导致燃机出力下降1%左右。对不同的进气冷却方式进行了比较。探讨了冷却方案的选择和关键设备冷却器的选型，对进气冷却效果及经济效益进行了分析。
关键词：燃气轮机；进气；冷却技术
燃气轮机（以下简称燃机）的热力循环通常为工质取自大气的开式循环，其功率输出受大气条件的影响很大。随着气温的升高，其输出功率下降，热耗率增加，对于电厂，夏季是使用电高峰季节，燃机因气温升高，出力下降使调峰的能力受到影响。对于天然气处理和化工装置，夏季是原料气充足的季节，燃机输出功率下降，装置生产能力不足，效益下降。因此，对燃机进口空气进行冷却，是消除环境温度升高影响，提高燃机性能的有效办法。
1 燃气轮机进气冷却原理
进气温度对燃机出力的影响主要体现在以下两个方面：1）进气温度降低，则进气密度增大，进气质量流量增加，燃机的做工能力增大。2）进气温度降低，则压气机耗功变小，燃机的净出力增加。但是进气系统的设置必然会对整个燃气轮机进气增加一定量的压降，这部分的压降会降低燃气轮机的出力和效率。所以只有因降低进气温度带来的效益大于因增加压降降低的效益时，降低进气温度才是可行的。在进行燃气轮机进气冷却设计过程中，需要对燃气轮机的性能曲线、出力比率以及运行时数进行重点分析，同时也要考虑空气流量以及环境温度对其的影响。由于透平轴功率对燃气轮机出力有着直接的影响，在确定燃气轮机出力增加值的过程中，要对燃气轮机的透平出力进行充分考虑，并且还要与预期温度下燃气轮机的出力情况进行比较，除此之外，周围的环境温度对燃气轮机的冷却装置的费用成本以及规模也有着较大的影响。现有冷却负荷结构以潜热负荷为主，在进行冷却系统的设计过程中，必须要同时满足相对湿度以及干饱和温度两项设计要求。如果未能满足其中某一项要求，会发生余量过大现象。通过调查研究不难发现，在湿度相对比较高的环境下，燃气轮机采用冷却的进气方式，能够增加其出力，这时空气流量与冷却程度成正比关系，当二者之间的比值越低的情况下，冷却效果越好。也就是说，在低进气温度下，燃气轮机的出力情况会得到有效的增强，降低燃气轮机的进气温度的同时也会降低燃气轮机的热耗率，但是其改善程度还与其运行方式以及透平类型有着一定的关系。
2 燃气轮机进气冷却技术分析
2.1 蒸发冷却技术
蒸发式冷却技术其原理是利用水在空气中的蒸发时所吸收的潜热来降低空气温度。当未饱和的空气与水相接触时，两者之间便会发生传热、传质过程。结果是空气的显热变为水蒸发时所吸收的潜热，从而使其温度降低。该种冷却采用的装置，表面积较大，其目的在于为冷却介质的接触提供足够的时间，但是对这类装置进行改造则比较困难，在进气道内空间较小的情况下，难以加装该装置，即便能够加装，也会受到外界环境的影响，一旦到了冬季，如果不用又会增加压损。蒸发冷却方式的初始成本和运行维护费用虽然很低，但其受干球温度和空气相对湿度的影响较大。该类装置的进气能够与水直接接触，使之接近湿饱和温度，其在干燥地区或干燥环境下，可保持良好的运行，但是在湿度较大的地区或高湿度环境下，装置能够提供的冷却有限，其运行就会受到影响，再有一个问题是：干燥地区用水费用相对较高，该装置对水质的要求又比较高，其运行费用自然也会上升。由此可见，无论是蒸发冷却还是喷雾冷却，都会受到外部条件的影响，选择这两种方式考虑的因素较多，并不适合广泛推广。
2.2制冷冷却技术
2.2.1 压缩制冷
压缩制冷采用压缩制冷循环，冷源的获得以消耗机械功（电力）为代价。燃机压气机进气在换热器内被冷却水或吸收剂冷却。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆系统简单，初投资较低（低于吸收式制冷），可以获得较低的制冷温度，但最大的缺点是需要消耗电力，燃机进气冷却多发电的25%-30%要用于驱动该系统，从而削弱了冷却进气所带来的效益，所以该系统应用较少。
2.2.2 吸收制冷
吸收制冷利用电厂余热驱动制冷机，向燃机进气提供冷源，通过表面式热交换器降低燃机进气温度，达到增加出力提高效率的目的。由于该冷却方式利用的是低品位的热能，且可以充分利用电站余热，因此发展较快应用较多。吸收制冷根据其结构有单级和双级之分；根据所采用的制冷剂不同分为氨吸收制冷和溴化锂吸收制冷两种型式。氨吸收制冷虽然可以获得较低的制冷温度，但设备庞大、占地面积大、造价较高且防爆等级要求较高，所以应用较少。溴化锂吸收制冷机组具有运转部件少、结构简单、冷量调节范围广、环境性能好等优点，因此目前应用较多。
2.2.3 蓄冷冷却
蓄冷冷却在本质上也是压缩制冷冷却，蓄冷冷却技术的出现正是基于压缩制冷耗费机械功（电能）的原因发展起来的。其主要是充分利用电网的峰谷差电价，即在电网低谷时期，利用低价电驱动压缩制冷机制冷，把获得的冷量储藏在蓄冷装置中，到电网高峰期，制冷装置停止运行，再把蓄冷装置储藏的冷量释放出来，用以冷却燃气轮机进气，降低进气温度增加出力提高效率。一方面可以增加低谷期用电量，同时扩大高峰期发电，起到调整电网负荷的作用；而蓄冷用的是低价电，电网高峰期发电是高价电，从中可以取得电的差价利润，达到双重效果。该冷却装置特别适用于峰谷电价差较大的地区，且在蓄冷期间可以全负荷运行，这在一定程度上减小了制冷设备的投资。
2.2.4 LNG冷能应用
LNG的温度是-160℃，处于超低温状态，使用前必须在LNG接受站再气化为天然气，在气化过程中释放的大量冷能是可以回收利用的。利用中间传热介质通过2级换热器将LNG冷能传递给燃气轮机入口处空气，中间传热工质是乙二醇水溶液回收LNG冷能冷却燃气轮机进气的投资不高与直接接触式相当。目前国内还没有利用LNG冷能冷却燃气轮机进气的电厂实例，随着“引进液化天然气”工程的实施，LNG冷能的利用有待进一步研究。
3 燃气轮机进气冷却技术注意事项
我国经济的快速发展，带动了比如“引进液化天然气”、“西气东输”等重大工程的实施，根据规划，我国还将在东南沿海经济发达，用电需求大的地方建设大批燃气轮机电站，首批800万KW燃气轮机联合循环电站招标项目已经陆续开始实施，第二批也将实施，这些重大措施的实施，为我国发展燃气轮机进气冷却技术提供了先决条件。国内外运行经验表明，该技术应用前景良好，已成为燃机用户挖潜增效的热点。进气冷却完全可以应用到我国的燃气轮机电站中，但要注意：
3.1 冷却模式的选择。间接接触冷却式冷却能力大，但初始投资成本和运营成本也较高；直接接触冷却，虽然初期投资小，但冷度较低达不到增加出力的目的。
3.2 使用的冷却方法中的直接接触和间接接触式组合。对电站的资金相对短缺的，可以先投资建设的直接接触冷却，然后逐步实施间接接触冷却方式，最终达到的目的。
3.3 要根据实践中遇到的实际问题，加紧编订燃气轮机进气冷却系统优化设计、选型的相关规定及强制性措施，以便于燃气轮机电站的初期建设中合理设计安排合适的燃气轮机进气冷却系统。
结束语：
综上所述，对于我国中南部地区的燃机用户，夏季环境温度更高，空气湿度和相对湿度较大，设置进气冷却系统可以明显改善燃机性能，提高输出功率和效率。环境温度和相对湿度对冷却负荷，系统规模、设计和投资的影响很大，在确定方案前必须详细了解当地的气象资料。用户在选择进气冷却装置时，应将所在地区的气象条件、机组的实际性能、系统运行策略、能源价格以及资金状况进行综合考虑，以期取得最大经济效益。
参考文献：
[1]燃气轮机排气废热驱动的吸收式制冷循环特性研究[J]. 张丽娜，徐士鸣，李见波.制冷学报，2014，12（5）
[2]燃气轮机进气冷却基于气象条件的经济分析[J]. 徐菲菲，郑有飞，王墨霖.科学技术与工程，2014，24（8）
[3]燃气轮机进气冷却系统介绍及经济性分析[J]. 唐健，崔耀欣，张栋芳，等.热力透平，2014，13（4）
论文作者:韩珂,刘志杨
论文发表刊物:《电力设备》2017年第31期
论文发表时间:2018/4/19
标签：燃气轮机论文; 温度论文; 装置论文; 较高论文; 系统论文; 空气论文; 技术论文; 《电力设备》2017年第31期论文;