关键词：燃气轮机；进气冷却技术
引言：随着我国大力开发和引进天然气资源,天然气在我国的终端能源中将占越来越大的比例,高效利用天然气资源的一个重要途径就是发展燃气轮机冷热电联产系统及燃气轮机联合循环电站。选用合适的燃机入口空气冷却技术可以提高燃机在炎热气候下的出力、效率及运行经济性。
1燃气轮机进气冷却技术在我国的发展
一直以来,我国的燃气轮机进气冷却技术发展相当缓慢，投入运行的燃机电站还较少，主要有以下两方面的原因：我国燃机电站在总装机容量中所占比例较小；燃机进气冷却技术还没有引起足够的重视，几乎所有新建燃机电站都没有直接设计安装进气冷却系统。
已有的国内外运行经验表明,这些进气冷却技术已比较成熟,从技术角度,完全可以应用到我国的燃机电站中,只是应该注意以下问题:
冷却方式的选择。
冷却系统冷却能力的确定。
加紧制订燃气轮机进气冷却系统选型、优化设计的相关导则及强制性措施,以利于在燃机电站的建设初期统一规划设计合适的燃机进气冷却系统。
2燃气轮机冷却技术
到目前为止，燃机进口空气冷却技术概括起来主要有两种类型：制冷式冷却和蒸发式冷却。
2.1冷冻换热法
冷冻换热法依靠热交换来降温，空气先进行等湿冷却，当达到露点温度后，温度继续降低，进行去湿冷却，这类降温方法称为“冷冻换热法”。根据冷冻换热法冷源获取方式的不同又可分为吸收式制冷、常规电制冷和冰蓄冷等。
2.1.1吸收式制冷。
吸收式制冷利用燃机余热驱动制冷机，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热能且可以充分利用电站余热，因此发展较快，应用较多。利用燃气轮机排气或余热锅炉的尾部余热产生低压蒸汽或高温热水，或利用联合循环电厂中汽轮机的低压抽汽，送入溴化锂吸收式制冷机，产生冷水，冷水再送到压气机入口冷却进气。
2.1.2电制冷。
采用燃机厂用电驱动压缩式制冷机产生低温冷水，通过闭式循环回路送到燃气轮机进气道内的换热器中，降低燃气轮机进气温度。优点是初投资少、体积小、占地少、制冷不受环境空气相对湿度的限制，制冷温度低。这种冷却方式不受环境空气相对湿度的影响，只要冷源有足够的制冷能力及换热器有足够的传热能力，就可以将进气冷却到合适的最佳进气温度，因此在潮湿炎热的地区采用这种冷却方式的较多，但这种冷却方式要消耗大量的电能，运行成本高。
2.1.3冰蓄冷。
采用冰蓄冷制冷方式可以在电网高峰时不开制冷机，单单依靠储存的冰来提供冷量冷却压缩机进口空气，最大限度地提高燃气轮机的净输出功率；在非电网高峰时，又可充分利用多余电能来制冰储存冷量，起到电源调峰填谷的作用，且制冷机的总容量可以减少。冰蓄冷利用冰的潜热蓄能，冰的潜热大，因此其需要的储存体积小，且供给进口空气换热器的介质温度可控制在3℃以下，加大了空气和换热器的传热温差，缩小了传热面积，换热器的尺寸也可大为减少。冷却介质随蓄冰系统的不同可为冰水混合物或低温介质，缺点是系统相对复杂。
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2.1.4冷冻换热法
制冷负荷的估算。制冷机冷负荷的大小就是冷却水与湿空气换热，使湿空气温度降低而带走的热量。湿空气由干空气和水蒸气组成，所以冷负荷由显热和潜热两部分组成。
2.2蒸发冷却法
燃机进气蒸发冷却法是利用水在蒸发过程中吸收空气中的显热来达到降低空气温度的目的。向空气中不断喷水加湿，水雾会自然蒸发。随着湿空气相对湿度的提高，湿空气的干球温度会自然下降，当相对湿度达到100%时，这种蒸发降温的过程即自然停止，这时湿空气的干球温度达到或接近湿空气在新的水蒸气压力条件下的露点温度。
蒸发冷却法包括直接式和间接式两种方式。间接式冷却因为需要较大的换热面积，以便让空气与水有足够的接触时间，会对燃机进气产生阻力，导致压损，这会影响它的广泛使用。直接式冷却由喷雾器把水喷到空气中，这样加快了空气和水的换热速率。但在冷却过程中水滴会随气流进入压气机，所以为了机组的安全和寿命，所用水必须是除盐水。这对北方干燥但缺水的地区使用这种技术会带来一定的难度。
蒸发冷却法的特点是系统简单、投资省、运行维护方便、耗功少，但是受环境空气相对湿度的限制，而且冷却效率很低，冷却后的进气温不可能达到环境湿球温度。在空气湿度为70%～80%时，可降低进气温度4～6℃，在湿度较小时也只能降低8℃左右。
3进气冷却技术评估
目前在设计、评价进气冷却技术时,常根据冷却系统设计进气温降估算燃气轮机出力和燃料消耗,并以此分析进气冷却系统的经济性。经济性分析主要分为如下几步：
气象数据分析及处理。根据某地区时值气象条件,按照燃气轮机运行期间大气的温度,逐时计算进气冷却的收益、费用等,并进行经济性分析。
建立燃气轮机气温特性模型。燃气轮机的进气温度特性是燃气轮机进气冷却设计的主要数据之一。燃气轮机气温特性的建模方法有解析法、试验法和基于制造厂提供的特性曲线及修正曲线建模等方法。
4其他冷却技术
4.1压缩式制冷
压缩式制冷能够产生低温冷水,从而可将空气冷却到燃气轮机进口空气温度的最低限度,因而可以最大限度地提高发电功率和发电效率。其缺点是初投资较高,且需要消耗较多的额外电力,系统净发电功率相应受到影响,应用于调峰机组时额外运行费用较高。一个常用补救措施是与蓄冷系统相结合,充分利用夜间低谷电蓄冷用于白天空气冷却,以提高系统灵活性和经济性。
4.2组合式制冷
将蒸发式冷却系统与吸收(压缩)式系统进行组合,提高系统的灵活性,当室外温度较低时可以只开启蒸发冷却系统,以降低运行费用。另一种组合方式是将转轮除湿系统与蒸发式冷却系统进行组合,首先使用转轮除湿系统降低进口空气的比焓,然后利用蒸发制冷降低空气干球温度,其优点在于可以充分利用余热锅炉排放的低温烟气作为转轮除湿系统的驱动能源,空气温度也可以比单纯的蒸发冷却系统更低。
5结束语：采用进气冷却技术可以有效地提高燃气轮机电厂的出力和效率，取得良好的经济效益。对于不同地区不同运行条件的燃气轮机电厂，应根据当地的空气相对湿度来决定所采用的进气冷却方式（蒸发冷却或表面式冷却）；应根据有无低品位热能可利用来决定制冷形式蒸汽或热水溴化锂制冷。
参考文献
[1]曾志. 高效的喷雾冷却技术的实验与数值研究[D].哈尔滨工业大学,2010.
[2]宋伟. 某型燃气轮机叶栅冷却机理研究及改进设计[D].哈尔滨工业大学,2011.
论文作者:宋伟
论文发表刊物:《城镇建设》2019年第07期
论文发表时间:2019/6/28
标签：燃气轮机论文; 空气论文; 系统论文; 温度论文; 技术论文; 制冷机论文; 相对湿度论文; 《城镇建设》2019年第07期论文;