燃气轮机进气冷却技术及其应用

燃气轮机进气冷却技术及其应用

摘要：夏季高温时，对燃气轮机进气进行冷却，可以增加机组出力，提高机组的调峰能力。介绍几种燃气轮机进气冷却技术，阐明各自的优缺点，并进行了比较，对燃机电厂进气系统加装冷却装置改造具有一定的参考意义。

关键词：燃气轮机；进气冷却；工程应用

1 概述

燃气发电机组因启停速度快，运行灵活，现已逐渐成为电网主力调峰机组。夏季为用电高峰期，但夏季高温却严重制约燃气机组出力，大大削弱其调峰能力。有数据表明，在环境空气温度为5℃时，燃气轮机输出功率为额定出力的107%，而在35℃时只有额定值的85%。即温度升高1 ℃时，燃气轮机机组出力下降将近1% 。进气温度与燃气轮机出力关系如下所示：

燃气轮机可看做恒体积流量的动力设备，通过燃气轮机的介质体积恒定。环境温度越高，进气温度也越高，空气密度就越低，体积相同情况下，进入燃气轮机的空气质量减少，机组做功出力也就随之变小。另外，压气机耗功量与进气温度是正比关系，即进气温度升高，压气机耗功增加，燃气轮机的净出力减小。

反之，进气温度降低时，进入燃气轮机的空气质量增加，燃气轮机出力可增加。由此可见，燃气轮机进气系统加装空气冷却装置，在夏季高温时，能增加燃气机组的发电能力，提高机组调峰能力，具有较高的经济效益和社会效益。

2 燃气轮机进气冷却技术

燃气轮机进气冷却技术可分为直接接触制冷和间接接触式制冷。直接接触制冷可除去显热，间接接触式制冷可以除去显热及潜热。

2.1 直接接触式冷却

燃气轮机进气直接接触制冷原理很简单，通过在进气装置内用水雾喷向空气，水与空气直接充分接触，利用水在空气中蒸发吸热来达到降低空气温度的目的。此时，空气相对湿度会不断提高，湿度达到100%时，蒸发吸热降温过程也将停止。

燃气轮机进气直接接触制冷系统简单，投资少，运行及维护费用低。但也有其局限性，受环境湿度影响较大，降温空间小。对环境湿度大的地区不适用，一般多用于高温、干燥的地区。其流程如图 1 所示。

美国唐纳森公司作为燃气轮机进气装置主要生产商，由其技术改进的直接蒸发冷却装置，在大气湿度为70% ～80% 时，可降低空气温度4℃～ 6 ℃，

在大气湿度较小时，甚至可以降低进气温度8℃以上。

2.2 间接接触式冷却

燃气轮机进气间接接触式冷却，顾名思义，冷却介质与空气不直接接触，通过空气冷却器冷却间接进行冷却。目前主要有冰蓄冷冷却、LNG冷能利用和溴化锂吸收制冷等几种形式。

2.2.1 冰蓄冷冷却

电网一天24h存在用电的波峰和波谷，白天8h为用电高峰，另外16h相对来说用电低谷。冰蓄冷冷却是在用电低谷时，用制冷机制冰储存冷能。在高温且用电高峰时，用储冰的冷量来冷却燃气轮机进气。采用冰蓄冷冷却技术，对电网起到一定的削峰填谷的作用。但该技术所需增加的制冰系统复杂，投资和占地面积大，需用电力驱动压缩式制冷机，耗电量大。该方法具有一定的社会效益，但经济效益较差。适用于电网峰谷差大，但调峰手段有限的地区。

2.2.2 LNG 冷能利用

LNG是一种清洁、高效的能源。它是将气田生产的天然气净化处理，再经超低温（-162℃）常压液化形成的液化天然气。LNG使用前需在接收站再气化为天然气，在气化时会释放大量的冷能。LNG 冷能利用技术是用乙二醇溶液作为中间载冷剂，经过换热器，将冷能传递给燃气轮机进气的空气，达到降低燃气轮机进气温度目的。需注意的是，冷却温度须严格控制在0 ℃以上，防止水蒸汽凝结在冷却器表面。其生产过程如图 2 所示。

印度Dabhol LNG电厂配套2 台 F 级大型燃气轮机，ISO工况（气温为15 ℃）出力为787MW，在大气温度为35℃时出力仅为715 MW。通过LNG 冷能利用加装进气冷却装置，将燃气轮机进气温度降到7. 2 ℃，出力可达815 MW。电厂年增发电量达1. 96 亿KWh，投资回收期不到2年，经济效益较好。

2.2.3 废热制冷（溴化锂吸收制冷）

燃气-蒸汽联合循环机组有大量低品位热能白白浪费排放掉，废热制冷技术利用电厂余热来驱动溴化锂制冷机，向燃气轮机进气提供冷源，通过表面式热交换器降低燃气轮机进气温度，达到增加出力提高效率的目的。

溴化锂吸收式制冷机用溴化锂水溶液为工质，其中水为制冷剂，溴化锂为吸收剂。因用水为制冷剂，蒸发温度在0℃以上，用于制备冷水。用低压水蒸汽或75℃以上的热水作为热源（余热锅炉废热），因溴化锂吸收制冷可以充分利用电厂低品位废热，具有较高经济效益。

深圳金岗电厂PG6541B 型燃气轮机采用溴化锂制冷技术冷却进气温度，进

气温度从31 ℃降低到17 ℃，联合循环功率增加 5.2MW，投资回报期只需 2 年。其生产流程如图 3 所示。

3 结论

燃气轮机进气采用冷却技术，可以增加燃气轮机出力，提高调峰能力，具有较高的经济效益及社会效益。几种进气冷却方式各有其特点，直接接触式制冷投资小，工期短，但冷却能力较小，受环境湿度影响较大，适用于高温干燥地区。LNG 冷能利用需与LNG 接收站统一协调考虑，对于LNG燃气轮机电厂，LNG 冷能利用应为燃气轮机进气冷却的首选方案。蓄冷式制冷适用于电网峰谷差较大，但调峰手段有限的地区。而对于有低品位热能可以利用的电厂，采用溴化锂吸收制冷不失为一种明智的选择，该方式充分利用电厂低品位热能，热效率高，经济效益更好。

至于在工程实际中采用哪种燃气轮机进气冷却方式，应结合工程实际情况，综合考虑资金情况、电网峰谷情况、气象条件、年利用小时数等因素进行技术经济分析确定。

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