libr吸收式制冷機(jī)的燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣冷卻系統(tǒng)

libr吸收式制冷機(jī)的燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣冷卻系統(tǒng)

在高溫條件下，無論采用何種類型的屋頂和發(fā)電，其輸出和效率都顯著降低。在高溫條件下，聯(lián)合循環(huán)裝置在相同條件下運(yùn)行，輸出顯著下降，效率略有下降。這是由于燃?xì)廨啓C(jī)的性能與其所處的環(huán)境溫度密切相關(guān)。通常這種出力上的減小恰恰發(fā)生在電網(wǎng)最需要電力的時(shí)候。解決的辦法無非有兩類:一是增加發(fā)電裝置;二是改變?nèi)細(xì)廨啓C(jī)的進(jìn)氣環(huán)境,降低其進(jìn)氣溫度。前種方法投資大,建設(shè)周期大;后種辦法是給燃?xì)廨啓C(jī)加裝進(jìn)氣冷卻裝置,這種方法投資省,建設(shè)周期短,見效快。自上世紀(jì)90年代初,美國電力研究院等6個(gè)單位為林肯電力系統(tǒng)公司的MS7001B燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)安裝了制冰蓄冷進(jìn)氣冷卻裝置以來,目前世界上的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站大約在2000多臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)上加裝了各種類型的進(jìn)氣冷卻裝置。給高溫天氣條件下運(yùn)行的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的壓氣機(jī)加裝進(jìn)氣冷卻裝置已形成了一股技術(shù)改造的潮流。它根本不觸動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)本體,只不過改變了燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行的進(jìn)氣環(huán)境,降低了燃?xì)廨啓C(jī)的進(jìn)氣溫度,使燃?xì)廨啓C(jī)的性能達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)甚至高于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),是最有成效、最可靠、最安全、最立竿見影的方法。1抓緊時(shí)間多發(fā)電東莞天明電力有限公司于2003年下半年投運(yùn)了2套S106B聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置。每套聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置由1臺(tái)PG6581燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組、1座余熱鍋爐與1臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)組組成,燃料是180號(hào)重油,全年以基本負(fù)荷方式連續(xù)運(yùn)行。每周花5～6h停機(jī)水洗,小故障盡量安排在停機(jī)期間內(nèi)搶修排除。惜時(shí)發(fā)電,抓緊時(shí)間多發(fā)電是該廠的一大宗旨。東莞地區(qū)地處亞熱帶,全年氣溫偏高,平均氣溫是22°C。燃?xì)廨啓C(jī)在炎熱的高溫季節(jié)中運(yùn)行,出力與效率遠(yuǎn)達(dá)不到設(shè)計(jì)額定值。為發(fā)揮燃?xì)廨啓C(jī)應(yīng)有的能力,天明電力有限公司決定給燃?xì)廨啓C(jī)加裝進(jìn)氣冷卻裝置,在一定程度上減小高溫天氣對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)性能的影響。由于廣東嚴(yán)重缺電,電廠生產(chǎn)任務(wù)重,不能因加進(jìn)氣冷卻裝置而影響發(fā)電。因此,不停產(chǎn)搞技術(shù)改造是我們對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)加裝進(jìn)氣冷卻裝置的第一要求。第二要求是動(dòng)力源——電耗要少,節(jié)約能源,特別是電能。第三要求是冷卻燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣的同時(shí)能進(jìn)一步清潔進(jìn)氣而不能污染進(jìn)氣。因?yàn)槿細(xì)廨啓C(jī)要求氣流中5μm以上粒子不得進(jìn)入透平,進(jìn)入透平的燃?xì)庵?Na、K之和不得超過6～20×10-6(視Na、K比之和不同而異)2蒸發(fā)冷卻/噴霧/濕壓縮可選用的技術(shù)方案燃?xì)廨啓C(jī)的進(jìn)氣冷卻技術(shù)基本有兩類:(1)蒸發(fā)冷卻噴霧/濕壓縮,以除去進(jìn)氣顯熱;(2)制冷冷卻,以除去進(jìn)氣的顯熱和潛熱。第一類冷卻介質(zhì)與燃?xì)廨啓C(jī)直接接觸,能將進(jìn)氣降至接近濕泡溫度;第二類冷卻介質(zhì)不與燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣直接接觸,而通過換熱器對(duì)進(jìn)氣進(jìn)行冷卻,最低能將進(jìn)氣冷卻至5°C。第一類技術(shù)主要包括了3種冷卻技術(shù):①蒸發(fā)冷卻(Evaporativecooling)在進(jìn)氣過濾器后設(shè)置水簾,讓進(jìn)氣穿過,達(dá)到進(jìn)氣降溫的目的,最宜于高溫干燥地區(qū)。②噴霧(Fogging)在進(jìn)氣過濾器后設(shè)置多只水霧化噴嘴,進(jìn)氣與水霧一齊進(jìn)入壓氣機(jī)。③濕壓縮(Wetcompressionover-fogging)在壓氣機(jī)人口處實(shí)施強(qiáng)化噴霧,水聚集成大水滴的可能性最小。濕壓縮作用在壓氣機(jī)內(nèi)部,從幾個(gè)方面改善了燃?xì)廨啓C(jī)的性能。首先,來自進(jìn)氣流的蒸發(fā)冷卻;其次,在壓氣機(jī)的前幾級(jí)水分迅速蒸發(fā),有效地實(shí)施了壓氣機(jī)的間冷,提高了壓氣機(jī)的效率;最后由于噴入了大量的水霧,增加了質(zhì)量流量,使透平產(chǎn)生了更大的動(dòng)力輸出。但濕壓縮技術(shù)對(duì)壓氣機(jī)第一級(jí)葉片有強(qiáng)烈的水蝕(erosion)作用,對(duì)燃燒噴嘴與火焰筒的接口及過渡段出口的內(nèi)密封軌有一定的磨損(wear)作用。第二類技術(shù)可進(jìn)一步分為連續(xù)制冷與制冰蓄冷兩種冷卻燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣。連續(xù)制冷方式與燃?xì)廨啓C(jī)同步運(yùn)行。此類冷卻方式能提供即時(shí)冷卻,尤其對(duì)每天要求6h以上的電站高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)特別有效。這里有幾種途徑提供連續(xù)冷卻:電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)氨或其它制冷劑壓縮制冷方式和溴化鋰吸收式制冷方式。電制冷需要大量耗電,LiBr吸收式制冷方式若有余熱利用,經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。制冰蓄冷僅在一天中只需要幾小時(shí)電力大增的情況下使用,即在用電高峰期使用。用蓄能系統(tǒng)在非峰期建立冷源。冷能在用電高峰期的幾個(gè)小時(shí)內(nèi)釋放冷卻進(jìn)氣,從而增加燃?xì)廨啓C(jī)的出力。這也需耗電。制冰蓄冷技術(shù)對(duì)電網(wǎng)起“削峰填谷”作用,利用峰谷電價(jià)差可節(jié)省制冷機(jī)的運(yùn)行費(fèi)用?？梢蕴峁?°C～2°C的高品質(zhì)冷凍水(冷水機(jī)組冷源出口溫度一般為6°C～7°C),末端空氣與冷凍水之間的溫差大,換熱器的尺寸減小。它也能為燃?xì)廨啓C(jī)提供一個(gè)冬天的運(yùn)行環(huán)境。各種冷卻技術(shù)對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的影響見表1。根據(jù)公司的要求及各種進(jìn)氣冷卻技術(shù)的特點(diǎn),我們決定采用直燃型IABr吸收式制冷機(jī)為核心的進(jìn)氣冷卻系統(tǒng)。它不像蒸汽型/熱水型LiBr吸收式制冷機(jī)要改造余熱鍋爐獲取低品位熱源;改造余熱鍋爐降低排煙溫度固然會(huì)停產(chǎn)影響發(fā)電,同時(shí)鍋爐煙囪易受腐蝕,影響壽命。不采用與空氣直接接觸的蒸發(fā)冷卻/噴霧/濕壓縮技術(shù)的原因是,廣州地處沿海地區(qū),空氣中鹽份含量較高,加之電站燒重油,排煙中的SO2,SO3較多。因此,燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣室周圍的空氣質(zhì)量十分糟糕,在壓氣機(jī)前噴水加濕正好讓Na+K+SO-4與水化合形成硫酸鹽沖蝕葉片,改變壓氣機(jī)葉型,降低效率,減少壽命。盡管噴水的水質(zhì)處理很好,但空氣沒法處理,鈉鉀離子、SO2不可能除掉,進(jìn)氣質(zhì)量還是因水的介入變得更差。所以根據(jù)地區(qū)特點(diǎn)及燃料特點(diǎn)。應(yīng)當(dāng)說,地處沿海地區(qū)的燒重油的聯(lián)合循環(huán)電站不宜于采用冷卻介質(zhì)與空氣直接接觸的進(jìn)氣冷卻技術(shù)。若采用的話,只能使燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣更為臟污,這顯然是不符合要求的。而采用直燃型LiBr吸收式制冷機(jī)的進(jìn)氣冷卻系統(tǒng),其冷卻介質(zhì)與進(jìn)氣不直接接觸,冷水與進(jìn)氣通過表面冷卻器進(jìn)行熱交換,吸收進(jìn)氣中的熱量,達(dá)到降溫的目的。空氣進(jìn)入表面冷卻器,要經(jīng)過粗濾網(wǎng)、翅片管束——相當(dāng)于慣性除塵器,擋住了一部分空氣中的煙灰塵,空氣中的水氣冷凝成液體水,經(jīng)擋水板,集水盤排走,這樣就溶解了一部分空氣中的鹽分使進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)的空氣更為干燥潔凈,這對(duì)壓氣機(jī)是有極大好處的。另外,采用直燃型LiBr吸收式制冷機(jī)的進(jìn)氣冷卻系統(tǒng),整個(gè)工程是國內(nèi)的技術(shù)力量與國產(chǎn)化設(shè)備的完美結(jié)合,而采用接觸式的冷卻技術(shù)需購買外國的技術(shù)設(shè)備。最后,直燃型LiBr吸收式制冷機(jī)的重油燃燒器直接用重油點(diǎn)火燃燒,無需輔助燃料,同時(shí)變負(fù)荷自動(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)行能力強(qiáng),COP較高。3進(jìn)氣溫度與熱耗率的關(guān)系單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)電站與聯(lián)合循環(huán)電站的性能曲線有相同點(diǎn)和不同點(diǎn)(圖1、圖2)。它們的出力與溫度的關(guān)系曲線皆是線性的,而它們的熱耗率與溫度關(guān)系曲線就不相同。對(duì)單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)當(dāng)壓氣機(jī)進(jìn)氣溫度下降,其出力與效率皆提高;反之,當(dāng)進(jìn)氣溫度上升時(shí),其出力與效率皆下降。對(duì)聯(lián)合循環(huán)來說,其出力與進(jìn)氣溫度仍是線性關(guān)系,但熱耗率與溫度卻是非線性關(guān)系。由圖2可知:進(jìn)氣溫度偏離某個(gè)溫度值時(shí),熱耗率皆要上升。因此,對(duì)聯(lián)合循環(huán)來講,并非是燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣溫度降得愈低愈好,而是只能從高端降至曲線上的最低點(diǎn)的溫度。在這個(gè)過程中熱耗率是下降的,運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性是上升的。根據(jù)GE公司的性能曲線,將進(jìn)氣溫度降至18.5°C左右是最佳的,否則會(huì)打破整個(gè)電站系統(tǒng)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)。為此,將S106B的燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣冷卻系統(tǒng)的冷量設(shè)計(jì)定為從30°C降至18.5°C的進(jìn)氣所需要的冷量。4進(jìn)氣冷卻工程天明電力有限公司的每套S106B聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置的燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣冷卻系統(tǒng)見圖3。其組成是:1臺(tái)制冷量為5060kW的直燃型LiBr吸收式制冷機(jī),1個(gè)換熱量為5060kW的進(jìn)氣冷卻器,它位于燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣過濾器室之前面,1座循環(huán)水為1600t/h的逆流式冷卻塔、2只冷卻水泵(一用一備)、2只冷水泵(一用一備)。其工藝流程是,燃燒器燒重油加熱發(fā)生器中的LiBr溶液,令其中一部分水蒸發(fā)成氣體進(jìn)入凝汽器,同時(shí)LiBr溶液變成濃溶液。冷卻水泵將冷卻水打入凝汽器中,將水管外的水蒸汽凝結(jié)成冷劑水。冷劑水在閃發(fā)箱中閃蒸,一部分氣化進(jìn)入吸收器;另一部分進(jìn)入蒸發(fā)器。燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣冷卻器中冷水與進(jìn)氣發(fā)生熱交換,冷水吸收管外氣體的熱量被加熱升溫,進(jìn)氣被冷水冷卻而降溫。冷水泵將升溫的冷水打入蒸發(fā)器中,放熱變冷,再次進(jìn)入進(jìn)氣冷卻器冷卻進(jìn)氣。冷劑水在蒸發(fā)器中吸熱而蒸發(fā)進(jìn)入吸收器。吸收器中噴淋的濃溶液吸收水蒸汽被冷卻而變稀。稀的LiBr溶液被溶液泵打入發(fā)生器,又開始下一循環(huán)。2套燃?xì)廨啓C(jī)的進(jìn)氣冷卻系統(tǒng)從合同生效之日起,從設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試到投運(yùn)共耗時(shí)6個(gè)月,平均每套3個(gè)月。2004年4月3日投運(yùn)至今,運(yùn)行基本正常。2號(hào)燃?xì)廨啓C(jī)的進(jìn)氣冷卻系統(tǒng)能將進(jìn)氣從31°C降到18°C,1號(hào)燃?xì)廨啓C(jī)的進(jìn)氣冷卻系統(tǒng)能進(jìn)氣從31°C降至17°C,實(shí)現(xiàn)最大溫降曾達(dá)過17°C(35°C降至18°C),超過了設(shè)計(jì)指標(biāo)。進(jìn)氣得到冷卻的同時(shí)也獲得進(jìn)一步的凈化。進(jìn)氣冷卻器排出的凝結(jié)水的化驗(yàn)結(jié)果pH值為4.5,呈酸性,這表明空氣中的酸性物質(zhì)由凝結(jié)水帶走了,進(jìn)氣更為干凈了。這完全驗(yàn)證了原來的預(yù)想:與空氣非直接接觸的冷卻方式能凈化進(jìn)氣。2004年6月16日,我公司專業(yè)工程師辦公室組織了一次進(jìn)氣冷卻系統(tǒng)投入前后經(jīng)濟(jì)測(cè)算。結(jié)果表明:在31.5°C氣溫下,投入了進(jìn)氣冷卻系統(tǒng),1號(hào)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組比無進(jìn)氣冷卻系統(tǒng)多發(fā)電0.387萬kW;2號(hào)聯(lián)合循環(huán)則多發(fā)0.413萬kW。若溴化鋰機(jī)紐(2套)每天投運(yùn)17h,每月有效運(yùn)行26天,每月增加毛利約86萬元人民幣,如是不到2年就可收回投資。整個(gè)工程具有如下幾個(gè)特點(diǎn):①東莞天明電力有限公司的燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣冷卻工程是世界上首個(gè)采用直燃型LiBr吸收式制冷機(jī)組的工程;②工程施工期間絲毫沒有影響電站的發(fā)電生產(chǎn),這種效益是巨大的;③全部采用國產(chǎn)化設(shè)備,依靠國內(nèi)的技術(shù)力量完成了這一創(chuàng)新工程。5燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣冷卻裝置在國內(nèi)一給燃?xì)廨啓C(jī)加裝進(jìn)氣冷卻裝置,在國外已發(fā)展了十幾年,有數(shù)千臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)加裝了此系統(tǒng)。在國內(nèi),到目前為止,只有天明電力公司裝