采用進(jìn)氣噴霧冷卻技術(shù)提高9E燃?xì)廨啓C(jī)的出力和熱效率

1、2009年第3期陳 楊：采用進(jìn)氣噴霧冷卻技術(shù)提高9E燃?xì)廨啓C(jī)的出力和熱效率37采用進(jìn)氣噴霧冷卻技術(shù)提高 9E燃?xì)廨啓C(jī)的出力和熱效率(鎮(zhèn)海發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江寧波 315208)摘要：在分析大氣溫度對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)及聯(lián)合循環(huán)性能影響的基礎(chǔ)上，對(duì)鎮(zhèn)海發(fā)電廠300 MW燃?xì)廨啓C(jī)蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組進(jìn)行改造，采用進(jìn)氣噴霧冷卻裝置提高了燃?xì)廨啓C(jī)的出力和熱效率，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)鍵詞:9E燃?xì)廨啓C(jī)；聯(lián)合循環(huán)；進(jìn)氣噴霧；冷卻中圖分類號(hào)：TK477文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1007 - 1881(2009) 03 - 0035 - 03Using Fog - atomiz in g Cooli ng Tech n

2、o logy to Raise Output and Thermal Efficie ncy of Gas Tur b ineCHEN Yang(Zhe nhai Fbwer Gen eratio n Co. Ltd. , Nin gbo Zhejia ng 315208 , Ch ina)Abstract : The influenee of atmopheric temperature to gas turbine is obvious. To saveenergy, and raise thermal efficiency , fog-atomizing cooling technolo

3、gy has beenapplied in Zhenhai300 MW Gas turbine combined cycle units and achieved good results.Key words : 9E gas turb ine; comb in ed cycle ; fog-atomiz ing; cooli ng圖1大氣溫度對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)及聯(lián)合循環(huán)性能的影響燃?xì)廨啓C(jī)蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組啟動(dòng)快、調(diào)峰性能強(qiáng)，在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用日益廣泛。 夏季白晝 高溫時(shí)段正是電網(wǎng)迫切需要燃?xì)廨啓C(jī)組以最大出 力頂峰發(fā)電的關(guān)鍵時(shí)刻，但由于氣溫過(guò)高而使燃 氣輪機(jī)輸出功率下降，影響調(diào)峰性能，運(yùn)行經(jīng)濟(jì) 性也受到

4、較大的影響。 通過(guò)采用燃機(jī)進(jìn)氣噴霧冷 卻技術(shù)，可以恢復(fù)、提高燃機(jī)機(jī)組的發(fā)電能力， 特別是在氣溫高、用電高峰時(shí)，能有效降低機(jī)組 的熱耗率和燃油消耗，增加機(jī)組發(fā)電量、減緩電 網(wǎng)供電壓力。© 1994-2() 0 China Academic Joumal EkctTonic Publishing Huusc, AHreserved, h啦pJyww一enkimH2009年第3期陳 楊：采用進(jìn)氣噴霧冷卻技術(shù)提高9E燃?xì)廨啓C(jī)的出力和熱效率37© 1994-2() 0 China Academic Joumal EkctTonic Publishing Huusc, AHreserv

5、ed, h啦pJyww一enkimH2009年第3期陳 楊：采用進(jìn)氣噴霧冷卻技術(shù)提高9E燃?xì)廨啓C(jī)的出力和熱效率371常見(jiàn)的進(jìn)氣冷卻技術(shù)1. 1大氣溫度對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的影響由燃?xì)廨啓C(jī)工作原理可知，當(dāng)大氣溫度上升 時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)的出力和效率均下降，如圖1所示。例如，對(duì)于簡(jiǎn)單循環(huán)的燃機(jī),當(dāng)大氣溫度從 15 C降至-20 C時(shí)，輸出功率增加約 20%,效 率增加約 2. 5% ;當(dāng)大氣溫度從15 C升高至40 C時(shí)，輸出功率下降 23. 1 % ,效率下降約 6% ,可見(jiàn)影響很大，對(duì)相對(duì)輸出功率影響更 大。要解決這個(gè)問(wèn)題，必須對(duì)進(jìn)氣進(jìn)行冷卻。1.2幾種主要的進(jìn)氣冷卻技術(shù)主要的進(jìn)氣冷卻技術(shù)有噴霧式蒸發(fā)冷卻、

6、表 面式換熱器冷卻、電制冷、冰蓄冷、利用蒸汽或 熱水的溴化鋰吸收式制冷等。(1) 蒸發(fā)冷卻。方法之一是在燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)口 空氣過(guò)濾器下游側(cè)的空氣通道中安裝濕膜蒸發(fā)冷 卻器，將水噴灑在上面，通過(guò)水分蒸發(fā)冷卻進(jìn) 氣。方法之二是直接將水霧化，噴入進(jìn)氣道中對(duì)進(jìn)氣進(jìn)行冷卻。(2) 表面冷卻。通過(guò)換熱器來(lái)冷卻燃?xì)廨啓C(jī) 的進(jìn)氣。在燃?xì)廨啓C(jī)的進(jìn)氣道中安裝鰭片管式換 熱器,管內(nèi)通入5 C左右的冷水,進(jìn)氣經(jīng)過(guò)鰭片 管外側(cè)時(shí)被冷卻。只要冷源有足夠的制冷能力、 換熱器鰭片管有足夠的傳熱能力，就可以將進(jìn)氣 冷卻到最佳進(jìn)氣溫度，因此在潮濕炎熱的地區(qū)采 用這種冷卻方式的較多。(3) 電制冷。采用燃?xì)廨啓C(jī)或聯(lián)合循環(huán)電廠 自身所發(fā)

7、出的電力，驅(qū)動(dòng)氨基壓縮式制冷機(jī)產(chǎn)生 低溫冷水，通過(guò)閉式循環(huán)回路送到燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣 道內(nèi)的鰭片管換熱器中，來(lái)降低燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣溫 度。(4) 冰蓄冷制冷。利用電網(wǎng)中夜晚低谷電的廉價(jià)優(yōu)勢(shì)，采用水冷式低溫冷水機(jī)組制冷。這種低溫冷水機(jī)組內(nèi)部的冷媒采用完全不含氟利昂的 407C或R134a,對(duì)環(huán)境無(wú)污染。冷凍液輸入到大 容量的蓄冷槽盤管中,產(chǎn)生大量的冰 一水混和 物，供燃?xì)廨啓C(jī)白天高峰發(fā)電時(shí)冷卻進(jìn)氣。冷凍液也可輸入到冷凍液一水熱交換器的盤管中,產(chǎn) 生5 C左右的冷水即時(shí)供燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣冷卻。2進(jìn)氣噴霧冷卻裝置通過(guò)比較可知，蒸發(fā)噴霧冷卻系統(tǒng)簡(jiǎn)單，投 資省、運(yùn)行維護(hù)方便、耗功較少。因此，鎮(zhèn)海發(fā) 電廠采用美國(guó) Me

8、e Industrial公司的進(jìn)氣噴霧冷 卻技術(shù)，對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)組進(jìn)行進(jìn)氣冷卻技術(shù)改造，該系統(tǒng)性能優(yōu)異，工作可靠，占地面積小，現(xiàn)場(chǎng) 布置方便，并能與機(jī)組原有的DCS系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。進(jìn)氣噴霧冷卻系統(tǒng)主要包括噴嘴矩陣、水泵模塊及鋼架、排水裝置及相應(yīng)的電氣、儀控、管 路，主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)如表1所示。增裝進(jìn)氣通 風(fēng)道噴霧裝置，向進(jìn)風(fēng)通道內(nèi)噴射微米級(jí)的水 霧，從電廠除鹽水管來(lái)的0. 20. 4 MPa除鹽水經(jīng)過(guò)水過(guò)濾器過(guò)濾后進(jìn)入陶瓷增壓泵，加壓達(dá)到 13.8 MPa,分成4路到達(dá)噴嘴矩陣。 高壓除鹽水 通過(guò)直徑0.15 mm的噴嘴，在霧化撞針的撞擊 下，高壓水轉(zhuǎn)化成大量的微小霧滴進(jìn)入燃機(jī)進(jìn)

9、氣 室，霧滴與空氣混合后完全蒸發(fā)，使空氣濕度達(dá) 到90 %以上，空氣溫度接近濕球溫度，水霧蒸發(fā)吸收進(jìn)氣熱量，使進(jìn)氣溫度下降，燃機(jī)出力增 加，效率提高。當(dāng)環(huán)境溫度高于 30 C后，即可 投運(yùn)進(jìn)氣噴霧冷卻系統(tǒng)。表1主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)項(xiàng)目技術(shù)參數(shù)噴嘴數(shù)量/個(gè)448（孔徑 150 m）運(yùn)行壓力/MPa13. 8除鹽水進(jìn)口壓力/ MPa0.2 0. 4霧滴尺寸/m8. 5單個(gè)噴嘴流量/ (L ? min -1)0. 172最大耗電/kW28三相電源/V380噴霧蒸發(fā)效率/%90進(jìn)氣溫降值/C6. 02冷卻級(jí)數(shù)(每級(jí)冷卻0. 86 C) /級(jí)73進(jìn)氣噴霧冷卻技術(shù)應(yīng)用和分析3.1過(guò)濾系統(tǒng)噴霧冷卻要求噴入的水質(zhì)

10、具有足夠的純凈 度。由于噴霧冷卻系統(tǒng)向燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣中噴入 的水霧最終將隨氣流進(jìn)入燃機(jī)壓氣機(jī) ,如果水 中含有雜質(zhì)，這些雜質(zhì)最終將附著在壓氣機(jī)葉 片表面，這將降低壓氣機(jī)通流能力，影響機(jī)組效率和出力，而且還有可能使壓氣機(jī)葉片產(chǎn)生 腐蝕。因此，在噴霧冷卻系統(tǒng)中必須配置高精度 過(guò)濾系統(tǒng)，以確保噴入燃機(jī)進(jìn)氣的水霧不含任 何雜質(zhì)。鎮(zhèn)海發(fā)電廠燃?xì)廨啓C(jī)采用了美國(guó)Harm?sco公司的過(guò)濾系統(tǒng)，型號(hào)為 HIF21,精度為.30.35 口 m,流量為21 m/h,可濾除水中的細(xì)小 顆粒懸浮物和膠狀物質(zhì)，濾網(wǎng)可更換。3.2應(yīng)用效果比較噴霧冷卻對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)出力和熱耗的影響與 空氣的相對(duì)濕度密切相關(guān)，如圖2所示，在相對(duì)

11、濕度為20%的地區(qū)，如氣溫為 38 C,噴霧冷卻 獲益較大，可使燃?xì)廨啓C(jī)出力提高11 % ,熱耗降 低2%。但在相對(duì)濕度為 60%的地區(qū)，38 C氣溫 下噴霧冷卻，燃?xì)廨啓C(jī)出力僅提高約4%,熱耗降低約1 %。在同一初始溫度下，不同的相對(duì)濕度環(huán)境， 冷卻后的溫度也不同。 鎮(zhèn)海發(fā)電廠的相對(duì)濕度為 65 %左右。進(jìn)氣噴霧冷卻設(shè)計(jì)系統(tǒng)參數(shù) ：增加的燃機(jī)出力 =0.7% X額定功率X溫降護(hù)r攙童feso o oI大氣鍛度/貯圖2噴霧冷卻對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)岀力及熱耗的影響降低的燃機(jī)熱耗=0.15% x額定熱耗x溫降 以2008年8月20日燃?xì)廨啓C(jī)帶基本負(fù)荷運(yùn) 行時(shí)為例，投入進(jìn)氣噴霧裝置前后各參數(shù)見(jiàn)表2。表2投入進(jìn)

12、氣噴霧裝置前后數(shù)據(jù)比較狀態(tài)負(fù)荷進(jìn)氣溫度燃料(FQL1)排氣溫度/MW/ C/ %/ C投入前92. 53667. 3538投入后97. 33068. 1535由表2可知，投入進(jìn)氣噴霧冷卻裝置后 ，出 力可增加約4. 80 MW(溫降為6. 0 °C),噴霧降溫 對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)功率有較大的提高，熱耗率有所下降，燃油消耗也降低，完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求。3. 3 進(jìn)氣冷卻效益計(jì)算盡管噴霧冷卻系統(tǒng)需要噴入除鹽水，但節(jié)油的收益足夠彌補(bǔ)除鹽水的開(kāi)支?？紤]到目前浙江電網(wǎng)的實(shí)際情況，燃機(jī)一般調(diào)峰運(yùn)行，通常早上 6點(diǎn)左右啟動(dòng)，晚10點(diǎn)左右停運(yùn)，一天帶滿負(fù) 荷大概6 h,天氣炎熱的時(shí)候才投入冷卻裝置(大氣溫度在3

13、0 C以上)。投入噴霧冷卻系統(tǒng)后，1臺(tái)機(jī)組一年可增加的發(fā)電量約為：4.74MW X6h X80天= 2275.2 MW? h。按上網(wǎng)電價(jià) 1. 1元/ kWh計(jì)算，一年電量可增加250萬(wàn)元人民幣的收 益。每臺(tái)機(jī)組發(fā)電油耗約 200 g/ kWh ,由于投用 噴霧冷卻系統(tǒng)的燃油開(kāi)支為182萬(wàn)元，加上除鹽水的費(fèi)用及維護(hù)成本,一臺(tái)機(jī)一年凈收益為60萬(wàn)元人民幣。一套燃機(jī)進(jìn)氣噴霧冷卻裝置投入成 本為280萬(wàn)元人民幣,投運(yùn)5年左右可收回成 本。噴霧后由于空氣密度加大，工質(zhì)的質(zhì)量流量 增加，燃機(jī)尾氣中帶有的能量大量增加，鍋爐能更有效利用尾氣中熱能，會(huì)取得更好的經(jīng)濟(jì)效益。4結(jié)語(yǔ)自投入進(jìn)氣噴霧冷卻裝置以來(lái)，取得

14、了良好的經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)計(jì)算的結(jié)果，采用進(jìn)氣噴霧冷 卻技術(shù)可以有效提高燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的出力，降低熱耗率。但是隨著空氣自身濕度的增加，冷I!'卻的效果逐漸變?nèi)?，因此?duì)于濕度較大地區(qū)的燃 機(jī)發(fā)電機(jī)組，噴霧式冷卻有一定的局限性。 通過(guò) 分析計(jì)算，當(dāng)相對(duì)濕度超過(guò)75%后，冷卻效果變差，噴霧降溫后出力增加極少，熱耗率甚至有 所上升,建議空氣濕度常年保持在 75%以上的 地區(qū)采用其他的進(jìn)氣冷卻方式。噴霧后由于工質(zhì)的質(zhì)量流量增加，燃機(jī)尾氣 中帶有的能量大量增加，燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)機(jī) 組能很好的利用尾氣中的能量，這種發(fā)電方式的能量利用率更高。參考文獻(xiàn):1 鄭嘉華.關(guān)于燃?xì)廨啓C(jī)的進(jìn)氣冷卻裝置 J .燃?xì)?/p>

15、輪機(jī) 技術(shù)，2001 , 6(2) :24 - 26.2 何語(yǔ)平，祝耀坤.采用進(jìn)氣冷卻技術(shù)提高燃?xì)廨啓C(jī)的岀 力和熱效率J.浙江電力,2004, 23(3) :25 - 29.3 焦樹建.燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)的理論基礎(chǔ)M.北京： 清華大學(xué)出版社,2003.收稿日期:2009 - 01 - 16作者簡(jiǎn)介：陳 楊(1979 -),男，浙江象山人，助理工程師， 從事9E燃機(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組運(yùn)行工作。(本文編輯：陸瑩)© 1994-2() 0 China Academic Joumal EkctTonic Publishing Huusc, AHreserved, h啦pJyww一enkimH2009年第3期陳 楊：采用進(jìn)氣噴霧冷卻技術(shù)提高9E燃?xì)廨啓C(jī)的出力和熱效率37&