梁慶林

（廣東大唐國際肇慶熱電有限責任公司,廣東 肇慶 526000）

燃氣輪機進氣冷卻技術及其應用

梁慶林

（廣東大唐國際肇慶熱電有限責任公司,廣東 肇慶 526000）

夏季高溫時，對燃氣輪機進氣進行冷卻，可以增加機組出力，提高機組的調峰能力。介紹幾種燃氣輪機進氣冷卻技術，闡明各自的優(yōu)缺點，并進行了比較， 對燃機電廠進氣系統(tǒng)加裝冷卻裝置改造具有一定的參考意義 。

燃氣輪機; 進氣冷卻;工程應用

1 概述

燃氣發(fā)電機組因啟停速度快，運行靈活，現(xiàn)已逐漸成為電網主力調峰機組。夏季為用電高峰期，但夏季高溫卻嚴重制約燃氣機組出力，大大削弱其調峰能力。有數據表明，在環(huán)境空氣溫度為 5℃時, 燃氣輪機輸出功率為額定出力的 107%, 而在35℃時只有額定值的 85%。即溫度升高1 ℃時，燃氣輪機機組出力下降將近1% 。進氣溫度與燃氣輪機出力關系如下所示：

燃氣輪機可看做恒體積流量的動力設備,通過燃氣輪機的介質體積恒定。環(huán)境溫度越高，進氣溫度也越高，空氣密度就越低，體積相同情況下，進入燃氣輪機的空氣質量減少，機組做功出力也就隨之變小。另外，壓氣機耗功量與進氣溫度是正比關系,即進氣溫度升高,壓氣機耗功增加，燃氣輪機的凈出力減小。

反之，進氣溫度降低時，進入燃氣輪機的空氣質量增加，燃氣輪機出力可增加。由此可見，燃氣輪機進氣系統(tǒng)加裝空氣冷卻裝置，在夏季高溫時，能增加燃氣機組的發(fā)電能力，提高機組調峰能力，具有較高的經濟效益和社會效益。

2 燃氣輪機進氣冷卻技術

燃氣輪機進氣冷卻技術可分為直接接觸制冷和間接接觸式制冷。直接接觸制冷可除去顯熱，間接接觸式制冷可以除去顯熱及潛熱。

2.1 直接接觸式冷卻

燃氣輪機進氣直接接觸制冷原理很簡單，通過在進氣裝置內用水霧噴向空氣，水與空氣直接充分接觸，利用水在空氣中蒸發(fā)吸熱來達到降低空氣溫度的目的。此時，空氣相對濕度會不斷提高，濕度達到 100%時，蒸發(fā)吸熱降溫過程也將停止。

燃氣輪機進氣直接接觸制冷系統(tǒng)簡單，投資少，運行及維護費用低。但也有其局限性，受環(huán)境濕度影響較大，降溫空間小。對環(huán)境濕度大的地區(qū)不適用，一般多用于高溫、干燥的地區(qū)。其流程如圖1 所示。

圖1 直接接觸式制冷

美國唐納森公司作為燃氣輪機進氣裝置主要生產商，由其技術改進的直接蒸發(fā)冷卻裝置,在大氣濕度為 70% ～ 80% 時, 可降低空氣溫度 4℃～ 6 ℃ , 在大氣濕度較小時, 甚至可以降低進氣溫度 8℃以上。

2.2 間接接觸式冷卻

燃氣輪機進氣間接接觸式冷卻，顧名思義，冷卻介質與空氣不直接接觸，通過空氣冷卻器冷卻間接進行冷卻。目前主要有冰蓄冷冷卻、LNG冷能利用和溴化鋰吸收制冷等幾種形式。

2.2.1 冰蓄冷冷卻

電網一天24h存在用電的波峰和波谷，白天8h為用電高峰，另外16h相對來說用電低谷。冰蓄冷冷卻是在用電低谷時，用制冷機制冰儲存冷能。在高溫且用電高峰時，用儲冰的冷量來冷卻燃氣輪機進氣。采用冰蓄冷冷卻技術，對電網起到一定的削峰填谷的作用。但該技術所需增加的制冰系統(tǒng)復雜，投資和占地面積大，需用電力驅動壓縮式制冷機，耗電量大。該方法具有一定的社會效益，但經濟效益較差。適用于電網峰谷差大，但調峰手段有限的地區(qū)。

2.2.2 LNG 冷能利用

LNG是一種清潔、高效的能源。它是將氣田生產的天然氣凈化處理，再經超低溫（-162℃）常壓液化形成的液化天然氣。LNG使用前需在接收站再氣化為天然氣，在氣化時會釋放大量的冷能。LNG 冷能利用技術是用乙二醇溶液作為中間載冷劑，經過換熱器，將冷能傳遞給燃氣輪機進氣的空氣，達到降低燃氣輪機進氣溫度目的。需注意的是，冷卻溫度須嚴格控制在 0 ℃以上，防止水蒸汽凝結在冷卻器表面。其生產過程如圖2 所示。

圖2 LNG冷能回收冷卻進去

印度 Dabhol LNG電廠配套2 臺 F 級大型燃氣輪機, ISO工況( 氣溫為 15 ℃) 出力為787MW, 在大氣溫度為 35℃ 時出力僅為 715 MW。通過LNG 冷能利用加裝進氣冷卻裝置，將燃氣輪機進氣溫度降到7.2 ℃ , 出力可達 815 MW。電廠年增發(fā)電量達 1.96 億 KWh,投資回收期不到 2年，經濟效益較好。

2.2.3 廢熱制冷（溴化鋰吸收制冷）

燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組有大量低品位熱能白白浪費排放掉，廢熱制冷技術利用電廠余熱來驅動溴化鋰制冷機, 向燃氣輪機進氣提供冷源, 通過表面式熱交換器降低燃氣輪機進氣溫度, 達到增加出力提高效率的目的。

溴化鋰吸收式制冷機用溴化鋰水溶液為工質，其中水為制冷劑，溴化鋰為吸收劑。因用水為制冷劑，蒸發(fā)溫度在0℃以上,用于制備冷水。用低壓水蒸汽或75℃以上的熱水作為熱源（余熱鍋爐廢熱），因溴化鋰吸收制冷可以充分利用電廠低品位廢熱，具有較高經濟效益。

深圳金崗電廠 PG6541B 型燃氣輪機采用溴化鋰制冷技術冷卻進氣溫度，進氣溫度從 31 ℃降低到 17 ℃，聯(lián)合循環(huán)功率增加5.2MW，投資回報期只需 2 年。其生產流程如圖3 所示。

圖3 深圳金剛PG6541B型燃機進氣冷卻系統(tǒng)

3 結論

燃氣輪機進氣采用冷卻技術，可以增加燃氣輪機出力，提高調峰能力，具有較高的經濟效益及社會效益。幾種進氣冷卻方式各有其特點, 直接接觸式制冷投資小,工期短,但冷卻能力較小,受環(huán)境濕度影響較大，適用于高溫干燥地區(qū)。LNG 冷能利用需與 LNG 接收站統(tǒng)一協(xié)調考慮, 對于LNG燃氣輪機電廠, LNG 冷能利用應為燃氣輪機進氣冷卻的首選方案。蓄冷式制冷適用于電網峰谷差較大，但調峰手段有限的地區(qū)。而對于有低品位熱能可以利用的電廠，采用溴化鋰吸收制冷不失為一種明智的選擇，該方式充分利用電廠低品位熱能，熱效率高，經濟效益更好。

至于在工程實際中采用哪種燃氣輪機進氣冷卻方式, 應結合工程實際情況, 綜合考慮資金情況、電網峰谷情況、氣象條件、年利用小時數等因素進行技術經濟分析確定。

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梁慶林（1982—），男，廣西桂平人，本科，工程師，從事發(fā)電廠技術管理工作。