燃气轮机进气蒸发冷却系统的设计及效果分析_辛军哲

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冷热电联供

燃气轮机进气蒸发冷却系统的设计及效果分析

辛军哲1，辛黎虎2，刘金星

1

(1．广州大学，广东广州510006;2．新疆克拉玛依电厂，新疆克拉玛依834009)

摘

要:论述了燃气轮机发电机组进气蒸发冷却系统的工作原理、主要设计参数，采用典型

气象年逐时气象参数对其全年运行效果进行了分析。采用进气蒸发冷却系统后，发电量增加，发电效率提高，热耗率减小。

关键词:燃气轮机发电机组;

进气冷却;

蒸发冷却;逐时计算

中图分类号:TU995

文献标识码:A

文章编号:1000－4416(2012)05－0A10－05

Design and Effectiveness Analysis of Gas Turbine Inlet

Air Evaporative Cooling System

XIN Junzhe ，XIN Lihu ，LIU Jinxing

Abstract :The working principle and main design parameters of inlet air evaporative cooling sys-tem for gas turbine generator are described ，and its operation effectiveness is analyzed by the hourly weather parameters in typical meteorological year．The power generation increases ，the power generation efficiency is improved ，and the heat consumption rate decreases after use of the inlet air evaporative cool-ing system．

Key words :gas turbine generator set ;

inlet air cooling ;

evaporative cooling ;

hourly calcula-

tion

1

概述

燃气轮机的发电功率和效率与空气进气温度密切相关，随着大气温度升高，空气密度降低，导致流经燃气轮机进气道的空气质量流量减少，引起燃气轮机发电功率下降。通常这种发电功率的减小恰恰发生在电力负荷较大的时候。据研究，环境温度升高1ħ最大可导致燃气轮机额定发电能力下降1%［1］。另外，压气机的耗功量随吸入空气的热力学温度成正比，即大气温度升高时，压气机的耗功量

也会增加［2］

。因此，对燃气轮机进气的冷却具有很重要的意义。

燃气轮机进气冷却的方式一般有蒸发冷却、电制冷、冰蓄冷制冷、蒸汽或热水制冷。其中蒸发冷却方式由于设备简单、造价低廉、耗能低、使用维护方

便、冷却效果好、在冷却的同时增加空气的含湿量等特点而越来越得到广泛的使用。尤其是由于其冷却效果主要受空气干湿球温差的影响，特别适合于我国新疆这种全年相对湿度较低的地区。基于此，新疆克拉玛依电厂在2007年购买燃气轮机发电机组时，就论证了该燃气轮机使用进气蒸发冷却系统的技术可行性。经过近两年的建设，该系统已于2009年2月正式投入使用。2

燃气轮机发电机组主要性能参数

PG6111FA 型燃气轮机发电机组的标准工况

(额定工况)为:环境温度为15ħ，大气绝对压力为97．8kPa 、相对湿度为48%(即含湿量为5．25g /kg )。在标准工况下，该燃气轮机发电功率为73640

kW ，单位时间耗热量为750．4ˑ106

kJ /h ，热耗率

第32卷第5期2012年5月

煤气与热力

GAS ＆HEAT Vol．32No．5May 2012

(指每生产1kW ·h 电所消耗的热量)为10190kJ /

(kW ·h )，排气质量流量为735．3ˑ103

kg /h ，排气温度为600．6ħ，燃料是天然气。在非标准工况下(环境相对湿度为48%，大气绝对压力为97．8kPa )，燃气轮机进气温度与性能参数的关系见图1，图1中设计比例是指燃气轮机非标准工况下的性能参数与标准工况下的性能参数之比。在环境温度为15ħ、大气压力为97．8kPa 时，燃气轮机空气进气含湿量与性能参数的关系见图2，图2中含湿量是每1kg 干空气中含有水的质量，修正系数是指非ISO 标准空气进气含湿量时燃气轮机的性能参数与ISO 标准空气进气含湿量下燃气轮机的性能参数之比

。

图1燃气轮机进气温度与性

能参数的关系

图2

燃气轮机进气含湿量与性能参数的关系

3进气冷却系统设计3．1装置工作原理

燃气轮机进气蒸发冷却系统中蒸发冷却是指直接蒸发冷却，是利用水在空气中蒸发时吸收潜热来降低空气温度，在焓湿图上表示为等焓加湿过程，理想状态下，空气在等焓加湿后可达到湿球温度。当未饱和空气与水接触时，两者之间会发生传热、传质过程，空气的显热转化为水蒸发时所吸收的潜热，从而空气温度降低。所使用的水可以是循环水，也可以是直流水。采用直流水可以大大减小系统结垢的风险，因此本系统采用直流水，经进气冷却系统后的

水再回收用于其他用途。

进气蒸发冷却装置工作原理见图3。它由湿

帘、布水器、除水板、水箱及一些附属设备组成。其工作原理是:经全膜法处理后的冷却水经阀1调节送至湿帘顶部的布水器后均匀地洒在湿帘表面，由于重力作用冷却水自上往下如水帘洒下。空气首先经过滤器过滤，除去杂质，然后再进入蒸发冷却装置，与湿帘中自上而下的冷却水进行热湿交换。部分水因吸收空气的显热汽化蒸发后变成水蒸气，未蒸发的水流回水箱，排出后用于其他用途。空气因失去显热而温度降低，同时因融进了部分水蒸气而使其相对湿度增加。空气与水蒸气的混合物流向下游的除水板，其中的小水滴和部分水雾在除水板上凝结成大水滴，并在重力的作用下落入水箱，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，淋洒下来的冷却水对空气还起到了水洗除尘的辅助效果，避免了进气中的微量杂质对燃气轮机叶片的腐蚀

。

图3进气蒸发冷却装置工作原理

3．2

湿帘规格尺寸的确定

湿帘采用GLASdek7090系列。对于该系列的湿帘，考虑到尽量减少湿帘后携水的可能性，其迎面风速一般取2．5m /s ，最高一般不超过3．2m /s 。单个湿帘高度一般也不应超过3600mm ，这是因为单个湿帘高度越高，其蒸发所需的水量越大，在湿帘顶部的淋水量也就越大，携水的风险相应也就越大。

本系统由于处理风量比较大，高度和宽度方向分别3等分，共9块湿帘，每1等分方格内采用1块高度为3200mm ，宽度为2200mm 的湿帘。9块湿帘的平均迎面风速为2．64m /s ，处于安全范围之内。

湿帘的厚度主要影响到湿帘的蒸发冷却效率和空气阻力。湿帘越厚，其蒸发冷却效率越高，但同时

www．watergasheat．com 辛军哲，等:燃气轮机进气蒸发冷却系统的设计及效果分析第32卷第5期