燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣冷卻技術(shù)分析

1、燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣冷卻技術(shù)分析1引言：燃?xì)廨啓C(jī)電站由于具有熱效率高、環(huán)境性能好、啟停快、運(yùn) 行靈活等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。燃?xì)廨啓C(jī)的性能與其所處的環(huán)境 溫度密切相關(guān)。當(dāng)環(huán)境溫度上升時(shí)，空氣密度較小，由于燃?xì)廨啓C(jī)是 定容式動(dòng)力機(jī)械，從而導(dǎo)致流過(guò)壓氣機(jī)和透平的質(zhì)量流量減少，引起 燃?xì)廨啓C(jī)的出力下降。透平的出力降低可通過(guò)冷卻壓氣機(jī)的進(jìn)氣而避 免。燃汽輪機(jī)的進(jìn)氣冷卻時(shí)增加其出力的最有效的辦法。Alstom公司某燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組性能與環(huán)境空氣溫度之間的變化 關(guān)系見(jiàn)下圖。從圖中可以得出燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣流量及出力與環(huán)境空氣溫*去舊宅盅堆氣流雷機(jī)組出力1鞏 15 2ft 253035壓氣機(jī)進(jìn)氣溫度X：度之間的關(guān)系式如

2、下：P (%) =111.172-0.7448T (1)m (%) =105.466-0.3644T (2)其中,m為空氣的質(zhì)量流量與額定工況下的百分比，P為輸 出功率和額定工況下的百分 比,T為環(huán)境溫度()。從式(1)、(2)可以看出燃?xì)廨啓C(jī)輸出功率及進(jìn)氣 流量與環(huán)境溫度之間的變化關(guān)系。在環(huán)境空氣溫度為5C時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī) 輸出功率為額定出力的107%,而在35C時(shí)只有額定值的85%。燃?xì)?輪機(jī)性能受環(huán)境溫度影響較大，而我國(guó)燃?xì)廨啓C(jī)電站裝機(jī)容量的30% 集中在常年溫度較高的長(zhǎng)江三角洲和珠江三角洲地區(qū)，高溫時(shí)段難以 發(fā)揮燃?xì)廨啓C(jī)及其聯(lián)合循環(huán)電站的調(diào)峰性能。燃?xì)廨啓C(jī)出力隨進(jìn)氣溫 度升高而降低的問(wèn)題可

3、以通過(guò)冷卻燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)進(jìn)氣來(lái)解決。2.燃?xì)廨啓C(jī)冷卻技術(shù)按燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣冷卻器的結(jié)構(gòu)型式，燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣冷卻技術(shù)分為 直接接觸式和間接接觸式。2.1直接接觸式直接接觸式有水膜式蒸發(fā)冷卻和噴霧冷卻。直接接觸式制冷的原 理是利用水在空氣中蒸發(fā)時(shí)所吸收的潛熱來(lái)降低空氣溫度。當(dāng)未飽和 空氣與水接觸時(shí)，兩者之間便會(huì)發(fā)生傳熱、傳質(zhì)過(guò)程。結(jié)果是空氣的 顯熱變?yōu)樗舭l(fā)時(shí)所吸收的潛熱，從而使其溫度降低。理論上可將這 一過(guò)程近似看做對(duì)空氣的絕熱加濕過(guò)程。水膜式蒸發(fā)冷卻與帶填料 層的噴水室結(jié)構(gòu)相似，冷卻后的相對(duì)濕度可達(dá)95%,對(duì)進(jìn)氣阻力較大。 美國(guó)唐納森公司生產(chǎn)的進(jìn)氣蒸發(fā)冷卻裝置,在大氣濕度為70%80%時(shí), 可降低空

4、氣溫度4C6C,在大氣濕度較小時(shí)，甚至可以降低進(jìn)氣溫度 8C以上。每降低1C,增加出力0.7%。80年代末國(guó)際上首次出現(xiàn)了燃機(jī)進(jìn)氣用的霧化式蒸發(fā)冷卻器。這 種冷卻器將水高細(xì)度霧化后，噴入空氣流中，利用水霧化后表面積急劇 增大的特點(diǎn)來(lái)強(qiáng)化蒸發(fā)冷卻效果，可以將空氣冷卻至飽和點(diǎn)附近，具有 很高的冷卻效率，并且阻力損失小。噴霧滴徑一般在2p m5p m,經(jīng)過(guò) 冷卻后的空氣，其相對(duì)濕度達(dá)97%100%。美國(guó)Mee噴霧冷卻系統(tǒng)應(yīng) 用于5MW250MW燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣冷卻，每降低進(jìn)溫度11C增加出力 10%18%。世界范圍內(nèi)已經(jīng)有373臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)應(yīng)用了此裝置，共計(jì)多 發(fā)電2112MW美國(guó)西部電網(wǎng)20臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)裝

5、置通過(guò)安裝該進(jìn)氣冷卻 設(shè)施，增加出力200MW。直接接觸式冷卻裝置的最大優(yōu)點(diǎn)是初投資較少，運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用較低,但冷度也較低,最多只能冷卻到濕球溫度附 近,受環(huán)境濕度影響較大，適合應(yīng)用于干燥炎熱的地區(qū)。2.2間接接觸式冷卻間接接觸式有壓縮制冷冷卻，吸收 制冷冷卻，蓄冷冷卻和液化天然氣 （LNG ）冷能利用。間接接觸式冷卻是 在燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)進(jìn)口處設(shè)置一翅 片式表面換熱器，空氣在管外翅片側(cè) 流動(dòng)，冷源在管內(nèi)流動(dòng)。與常規(guī)管翅 式換熱器不同，這種換熱器要考慮空0.030顯痛潛熱0,0250.0200.015 0.010-0.005L： 11()QQQ101520253035網(wǎng)45干球溫度（P）氣中冷凝

6、水的分離、收集與排放，空氣冷卻過(guò)程見(jiàn)圖。在圖中,a點(diǎn)表 示環(huán)境條件,c點(diǎn)表示要把空氣冷卻到的進(jìn)氣狀態(tài)。隨著空氣通過(guò)表面 式換熱器把顯熱傳給冷源,空氣的相對(duì)濕度增加，空氣溫度逐漸降低到 露點(diǎn)溫度點(diǎn)）。如果要把空氣溫度降低到露點(diǎn)溫度以下，除了這部分 顯熱外，還需要空氣中水蒸汽凝結(jié)時(shí)的潛熱。從b點(diǎn)到c點(diǎn)空氣中的 水蒸汽開(kāi)始凝結(jié)，使得c點(diǎn)的濕度達(dá)到100%（處于飽和狀態(tài)）。a-b和 b-c分別表示顯熱和潛熱。（1）壓縮制冷壓縮制冷采用壓縮制冷循環(huán)，冷源的獲得以消耗機(jī)械功（電力）為代 價(jià)。燃機(jī)壓氣機(jī)進(jìn)氣在換熱器內(nèi)被冷卻水或吸收劑冷卻。系統(tǒng)簡(jiǎn)單， 初投資較低，可以獲得較低的制冷溫度，但最大的缺點(diǎn)是需要消耗

7、電力, 燃機(jī)進(jìn)氣冷卻多發(fā)電的25%30%要用于驅(qū)動(dòng)該系統(tǒng)，從而削弱了冷卻進(jìn)氣所帶來(lái)的效益，所以該系統(tǒng)應(yīng)用較少。（2）吸收制冷吸收制冷利用電廠余熱驅(qū)動(dòng)制冷機(jī)，向燃機(jī)進(jìn)氣提供冷源,通過(guò)表 面式熱交換器降低燃機(jī)進(jìn)氣溫度，達(dá)到增加出力提高效率的目的。由 于該冷卻方式利用的是低品位的熱能，且可以充分利用電站余熱，因此 發(fā)展較快應(yīng)用較多。吸收制冷根據(jù)其結(jié)構(gòu)有單級(jí)和雙級(jí)之分;根據(jù)所采用的制冷劑不同 分為氨吸收制冷和LiBr吸收制冷兩種型式。氨吸收制冷雖然可以獲 得較低的制冷溫度，但設(shè)備龐大、占地面積大、造價(jià)較高且防爆等級(jí) 要求較高，所以應(yīng)用較少。LiBr吸收制冷機(jī)組具有運(yùn)轉(zhuǎn)部件少、結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單、冷量調(diào)節(jié)范圍廣

8、、環(huán)境性能好等優(yōu)點(diǎn),因此目前應(yīng)用較多。（3）蓄冷冷卻蓄冷冷卻在本質(zhì)上也是壓縮制冷冷卻,蓄冷冷卻技術(shù)的出現(xiàn)正是基 于壓縮制冷耗費(fèi)機(jī)械功（電能）的原因發(fā)展起來(lái)的。其主要是充分利用 電網(wǎng)的峰谷差電價(jià)，即在電網(wǎng)低谷時(shí)期，利用低價(jià)電驅(qū)動(dòng)壓縮制冷機(jī)制 冷，把獲得的冷量?jī)?chǔ)藏在蓄冷裝置中，到電網(wǎng)高峰期，制冷裝置停止運(yùn) 行，再把蓄冷裝置儲(chǔ)藏的冷量釋放出來(lái)，用以冷卻燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣，降低進(jìn)氣溫度增加出力提高效率。一方面 可以增加低谷期用電量,同時(shí)擴(kuò)大高峰期發(fā)電，起到調(diào)整電網(wǎng)負(fù)荷的作 用;而蓄冷用的是低價(jià)電，電網(wǎng)高峰期發(fā)電是高價(jià)電，從中可以取得電 的差價(jià)利潤(rùn)，達(dá)到雙重效果。該冷卻裝置特別適用于峰谷電價(jià)差較大 的地區(qū)，且

9、 在蓄冷期間可以全負(fù)荷運(yùn)行，這在一定程度上減小了制冷 設(shè)備的投資。(4) LNG冷能應(yīng)用LNG的溫度是-160C,處于超低溫狀態(tài),使用前必須在LNG接受站 再氣化為天然氣，在氣化過(guò)程中釋放的大量冷能是可以回收利用的。 利用中間傳熱介質(zhì)通過(guò)2級(jí)換熱器將LNG冷能傳遞給燃?xì)廨啓C(jī)入口 處空氣，中間傳熱工質(zhì)是乙二醇水溶液回收LNG冷能冷卻燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣的投資不高與直接接觸式相當(dāng)。 目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有利用LNG冷能冷卻燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣的電廠實(shí)例，隨著 “引進(jìn)液化天然氣”工程的實(shí)施,LNG冷能的利用有待進(jìn)一步研究。3.燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣冷卻技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展一直以來(lái)，我國(guó)的燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣冷卻技術(shù)發(fā)展相當(dāng)緩慢，投入運(yùn)行 的燃機(jī)

10、電站還較少，主要有以下兩方面的原因：(1)我國(guó)燃機(jī)電站在 總裝機(jī)容量中所占比例較小。(2)燃機(jī)進(jìn)氣冷卻技術(shù)還沒(méi)有引起足夠 的重視，幾乎所有新建燃機(jī)電站都沒(méi)有直接設(shè)計(jì)安裝進(jìn)氣冷卻系統(tǒng)。 隨著“西氣東輸”、“引進(jìn)液化天然氣”工程的實(shí)施，我國(guó)將在東南 沿海等溫度較高的地區(qū)建設(shè)大批燃?xì)廨啓C(jī)電站,第一批800萬(wàn)KW燃 氣輪機(jī)聯(lián)合循環(huán)電站打捆招標(biāo)項(xiàng)目已經(jīng)陸續(xù)開(kāi)始實(shí)施，第二批也將開(kāi) 始招標(biāo)，這為我國(guó)發(fā)展燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣冷卻技術(shù)提供了新的發(fā)展機(jī)遇。已有的國(guó)內(nèi)外運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，這些進(jìn)氣冷卻技術(shù)已經(jīng)比較成熟，從 技術(shù)角度,完全可以應(yīng)用到我國(guó)的燃機(jī)電站中，只是應(yīng)該注意以下問(wèn) 題：冷卻方式的選擇。間接接觸式冷卻的冷卻能力較

11、大，增加的出力 也較大，但初投資和運(yùn)行費(fèi)用也較高;如果采用直接接觸式冷卻，雖然 初投資較小，但由于冷度較低達(dá)不到增加出力的目的。冷卻系統(tǒng)冷卻能力的確定。對(duì)間接接觸式冷卻而言，如果冷卻能 力較大即冷卻后的進(jìn)氣溫度較低，雖然增加的出力較大，但由于設(shè)備的 初投資和運(yùn)行費(fèi)用也較高，投資回收期反而較長(zhǎng)。采用直接接觸式和間接接觸式相結(jié)合的冷卻方式。對(duì)于資金相 對(duì)短缺的電站來(lái)說(shuō)，可以先投資建設(shè)直接接觸式冷卻方式，再逐步實(shí)施 建設(shè)間接接觸式冷卻方式，最終達(dá)到最大限度增加出力的目的。加緊制訂燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣冷卻系統(tǒng)選型、優(yōu)化設(shè)計(jì)的相關(guān)導(dǎo)則及 強(qiáng)制性措施，以利于在燃機(jī)電站的建設(shè)初期統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)計(jì)合適的燃機(jī) 進(jìn)氣冷卻系統(tǒng)

12、。4結(jié)論前述幾種冷卻方式各有其特點(diǎn)，直接接觸式投資小，施工工期短，最 大的缺點(diǎn)是冷卻能力較小，特別適用于資金相對(duì)短缺、干燥炎熱的地 區(qū)。LNG冷能利用需要與LNG接受站統(tǒng)一協(xié)調(diào)考慮，在有LNG的地 區(qū),LNG冷能利用應(yīng)為冷卻燃機(jī)進(jìn)氣的首選方案。蓄冷式制冷與壓縮 制冷、吸收制冷的投資相當(dāng)，蓄冷制冷特別適用于電網(wǎng)峰谷電價(jià)差較 大的地區(qū)，但電耗仍然較大。至于在工程實(shí)際中選用哪種進(jìn)氣冷卻方式，應(yīng)結(jié)合具體的工程實(shí)際 情況,綜合考慮峰谷電價(jià)差、資金情況、氣象參數(shù)、年運(yùn)行時(shí)間等因 素進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析確定。參考文獻(xiàn)1董衛(wèi)國(guó).發(fā)展燃?xì)廨啓C(jī)優(yōu)化火電結(jié)構(gòu)J .燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電技術(shù).2000,2(34):3336.焦樹(shù)建.燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)M.機(jī)械工業(yè)出版社.孔水源，孔祥偉,張秋耀.燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣制冷技術(shù)J .燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù).1999,12(3):3336.許教運(yùn).一種新型的燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣冷卻裝置J.燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù).2002,15(1) :7375.林楓，聞雪