燃气轮机进气蒸发冷却系统

燃气轮机进气蒸发冷却系统

发表时间：2016-10-08T15:24:19.737Z 来源：《电力设备》2016年第13期作者：马良熊少军

[导读] 燃气蒸汽联合循环电站的出力具有很强的进气温度特性，即随着环境温度升高。

（青岛华丰伟业电力科技工程有限公司山东青岛 266100）

摘要：介绍西门子SGT6-5000F燃气轮机进气系统配套的介质式蒸发冷却器系统工艺、工作流程、运行情况，并对其经济性进行了初步分析。

关键词：蒸发冷却器气耗率

1 引言

燃气蒸汽联合循环电站的出力具有很强的进气温度特性，即随着环境温度升高，燃气轮机的压气机单位吸气量的耗功增大，而且燃气轮机进气密度下降，做功工质的质量流量较少，故燃气轮机出力几乎按比例呈较大幅度下降，循环效率在一定温度范围内呈下降趋势。为改善燃气轮机的出力,对燃气轮机实施进气冷却是最快捷而有效的措施。

蒸发式冷却作为压气机进气冷却的方式之一，与其它冷却方式相比（如机械压缩式制冷，吸收式制冷等）具有适用范围广（甚至包括在沿海等高湿度地区），系统简单，投资少等独特优点。目前在实际中应用的蒸发式冷却器具有两种形式：一为雾化式蒸发冷却器；另一为介质式蒸发冷却器。前者将水高细度雾化后喷入空气流中，依靠细微的水滴颗粒对空气进行加湿冷却。后者是使空气通过含水的多孔介质来对其加湿冷却。

本文以西门子SGT6-5000F燃气轮机进气系统配套的介质式蒸发冷却器为例，介绍了系统设备、工作流程、运行情况，从燃气轮机角度对其经济性进行了初步分析，以供参考。

2 介质式蒸发冷却系统设备及工作流程

主要设备为蒸发冷却泵，布水器，湿帘，除水器，水箱及调节阀和滤网。

其工作流程为冷却水经调节阀分三路送至湿帘顶部的布水器后均匀撒在填料表面，由于重力作用冷却水自上而下洒下。空气经粗滤，精滤过滤后，除去杂质后，再经过蒸发冷却装置，与填料中自上而下的冷却水进行热交换，部分水因吸收空气湿热汽化蒸发后变成水蒸气，未蒸发的水流回水箱。空气温度降低，同时因为融进部分水蒸气而使相对湿度增加。空气和水蒸气的混合物流向下游的除雾器，其中部分水雾和小水滴在除雾器上凝结成小水滴，在重力作用下落入水箱，降低了进气的携水率，减少了压气机因进气空气水量增加而导致的负荷消耗，同时空气中的微小尘埃也随水滴落入水箱，起到水除尘的左右，避免其对压气机的腐蚀。

本装置加入了一些安全措施，如流量开关、水位开关和温度开关，以便发送信号，判断运行是否正常，或是否具备启动条件。蒸发冷却系统投入需要满足以下条件：1.负荷率大于60%，2.入口温度大于15℃，3.水箱水位在正常位置。

3 大气温度的变化对于燃气轮机及其联合循环影响分析

大气温度对于简单循环及其联合循环的功率和效率有相当大的影响，这是由于以下三方面造成的，即①随着大气温度的升高，空气的密度变小，致使吸入压气机的空气质量流量减少，机组的做工能力随之变小；②压气机的耗功量是随着吸入空气的热力学温度成正比关系变化的，即大气温度升高时，燃气轮机的净出力减小；③当大气温度升高时,压气机的压缩比将有所下降，这将导致燃气透平做工量的减少，而燃气透平的排气温度却有所增加。这样燃气轮机及其联合循环的效率和净功率将会发生如图一所示的变化。

图一大气温度与燃气轮机及其联合循环的效率和净功率曲线

4 投用蒸发冷却系统相关参数分析

4.1燃气轮机净输出功率比较。根据与西门子签订的性能保证合同参数，对于2+2+1方式设置的联合循环机组，蒸发冷却系统投入前后对燃气轮机单循环净输出功率的区别如下（注：燃气的工况下）。

4.1.1在大气温度为46℃、湿度为40%、大气压力在1013mbar的情况下，不投入蒸发冷却系统，两台燃气轮机的单循环净输出为362707KW;

4.1.2在大气温度为46℃、湿度为40%、大气压力在1013mbar的情况下，投入蒸发冷却系统，两台燃气轮机的单循环净输出为397966KW;

蒸发冷却系统投入前后区别如下：投入后两台燃气轮机的负荷每小时高35259kw，相当于每台燃气轮机每小时高17629.5kw,每台燃气轮机每小时出力高出9%，则燃气轮机出力可达到100%的负荷，如果不投入蒸发冷却系统，则燃气轮机出力只有91%的负荷。

4.2蒸发冷却系统投入前后参数变化分析

某套燃气轮机负荷控制方式为基本负荷，根据蒸发冷却系统投入前后参数变化趋势整理成数据如表一所示，分析如下：

4.2.1投入蒸发冷却系统后，排入大气中的氮氧化物明显降低。压气机出口的空气温度降低，燃烧室内火焰由于有更低温的空气进来参与燃烧，降低了火焰的燃烧温度，从而使氮氧化合物的排放降低了，有效的提高了环保。

4.2.2投入蒸发冷却系统后，提高了机组部件在高温环境中的安全裕量。由于压气机出口空气温度降低，进入燃烧室的空气降低，这样有利于保护燃烧室及过渡段部件的使用寿命；压气机出口空气温度降低，从压气机抽出来的空气冷却热段部件的空气温度降低，这样保护了透平热部件，如动静叶片、喷嘴等。

4.2.3燃气轮机的发电功率和效率与空气进气温度密切相关。蒸发冷却系统投入后，进入压气机的空气温度降低，空气密度升高，导致流经燃气轮机进气道的空气质量流量增加，燃气轮机发电功率升高，同时燃气轮机发电机组的发电气耗明显降低，提高了机组的整体效率。

5 运行情况介绍

投入蒸发冷却系统以来，系统一直非常稳定，故障率极少。运行中最常见问题是系统流量低，造成蒸发冷却水泵跳闸。经过对系统仔细检查分析，发现与水质的好坏存在很大关系，泵的入口滤网极容易堵塞。原因有以下几方面：压气机进口滤网破裂造成空气中的漂浮物进入系统中；水质逐渐变差以至于长出青苔堵塞滤网；补水量不足造成水箱水位低。主要采取以下几个措施来保证系统的稳定运行：每次停机对压气机进气滤进行检查，发现破损的滤网及进行更换，延长压气机反吹系统运行时间，定期清理入口滤网，加强对水质监测，对水箱定时进行排污并清理。

6 结论

投运蒸发冷却器后，燃气轮机的净出力明显增加，单位气耗量明显减少。通常发电功率的增加发生在电力负荷较大的时段，一定程度上缓解了电网的压力。因此在大气温度高的地区，燃气轮机应该设计蒸发冷却器并投入运行。

参考文献

[1]运行维护手册，Siemens AG

[2]焦树建,燃气-蒸汽联合循环, 机械工业出版社

[3]付功伟，杨建军，商永辉，姚尔昶，西门子V94．3A燃气一蒸汽联合循环机组介绍，燃气轮机发电技术，第10卷第3／4期

作者简介

马良，男，１９８7年出生，本科，工程师，青岛华丰伟业电力科技工程有限公司运维事业部。

熊少军，男，１９７６年出生，本科，工程师，青岛华丰伟业电力科技工程有限公司运维事业部。邮箱：xsj457741@