摘 要：叙述了大气条件对燃气轮机性能的影响，对不同的进气冷却方式进行了比较。探讨了冷却方案的选择和关键设备冷却器的选型，对进气冷却效果及经济效益进行了分析。 　　关键词：燃气轮机；性能；冷却器；技术；应用 　　Cooling Technology and Application of Gas Turbine 　　YIN Qi-ling 　　(Natural Gas Plant, Zhongyuan Petroleum & Gas Corp. SINOPEC, Puyang 457162, China) 　　Abstract: This paper introduced the effect of the atmosphere on the performance of gas turbine, compared the different kinds of cooling methods, analyzed the cooling effect and economy of the cooling methods. Discussed the selection of cooling projects and key equipment. 　　Key words: gas turbine; performance; cooler; technology; application 　　引言 　　燃气轮机（以下简称燃机）的热力循环通常为工质取自大气的开式循环，其功率输出受大气条件的影响很大。随着气温的升高，其输出功率下降，热耗率增加，对于电厂，夏季是使用电高峰季节，燃机因气温升高，出力下降使调峰的能力受到影响。对于天然气处理和化工装置，夏季是原料气充足的季节，燃机输出功率下降，装置生产能力不足，效益下降。因此，对燃机进口空气进行冷却，是消除环境温度升高影响，提高燃机性能的有效办法。 　　1. 进气冷却功能的分析 　　1.1 环境条件对燃机性能的影响 　　由于燃机以大气为工质，其功率和效率随环境条件变化而变化，当大气压力降低、温度升高时，因大气的密度降低，燃机空气流量、压比、无因次转速和比功下降，其功率和效率随之下降，热耗率上升；气温的升高对燃机性能的影响更突出，其对高压比的轻型燃机的影响程度又大于对重型燃机的影响。 　　当大气温度从15 ℃（59 oF）上升到35 ℃（95 oF）时，轻型燃机TYPHOON机组的功率输出降低了20 %左右，热耗率增加了5 %左右；重型燃机MS5001、PG6551机组的功率下降了12.5 %左右，热耗率增加3 %左右。可见环境温度对燃机性能的影响很大，而采用燃机进气冷却可以消除高温天气的影响，达到增加燃机输出功率的目的。 　　1.2 冷却热负荷的确定 　　燃机进气冷却的实质是散去进气中的热量，其措施是用冷却系统中的冷媒水通过热交换器将此热量带走。需带走的热量就是决定进气冷却系统设计和规模的热负荷。 　　热负荷由燃机流量Gma、额定运行工况的环境温度ta及冷却器出口气温tc决定： 　　qac=GmaCpm (ta-tc) （1） 　　式中Cpm为湿空气的平均定压比热。当选定的tc 低于露点温度时，空气中的水蒸气在冷却过程中会凝结成水而析出，此时进气冷却的热负荷由湿空气的焓差和析出水的凝结热两部分组成，后者决定于环境温度和压力、相对湿度和冷却器出口温度。当相对湿度较大时，这部分热量所占的比例是比较大的。因此，详细的冷却热负荷应表示为： 　　qac=Gma·ha - Gmc·hc + Gw·r (2) 　　式中qac为需冷却的热负荷；Gma和Gmc为冷却器进、出口处的湿空气流量；ha和hc为湿空气在冷却器进、出口处的比焓，Gw是凝结水的流量； r是水蒸气的凝结热，显然： 　　Gma=Gmc+Gw （3） 　　两种相对湿度的湿空气在冷却过程中水蒸气状态的变化及冷却热负荷与相对湿度的关系，相对湿度φ=0.8的湿空气的露点温度（31.03 ℃）高于冷却器出口温度（10 ℃），因此冷凝过程中有凝结水析出，而φ=0.2的湿空气的露点温度（8.04 ℃）低于冷却器出口空气温度，水蒸气始终处于过热状态而无凝结水析出。 　　将冷却热负荷表示为凝结热负荷与干空气冷却热负荷之比RB，即： 　　RB= Gw r/Gd（had-hdc） (4) 　　式中Gd为干空气流量；had和hdc为干空气在冷却器进、出口处的比焓，干空气的流量为： 　　Gd= Gma/(1+d) （5） 　　d为湿空气的含湿量。由图5可见冷却热负荷比（及相应的总热负荷）随环境湿度和相对湿度的升高而增大。 　　1.3 进气冷却效果的分析 　　燃机装上进气冷却系统冷却进气后，其输出功率和热耗率可分别表示为： 　　Wc =(100K+K-K，) Wr /100 (6) 　　HRc=(100-C+C，) HR r /100 (7) 　　式中Wr和HR r为未装冷却系统时燃机功率和热耗率；K和C为进口空气冷却到冷气出口温度时对功率和热耗率的影响系数；K，和C，为冷却器压降对燃机功率和热耗率的影响系数，它们的数值远比K、C小，因此燃机的性能提高较为明显。如以TYPHOON轻型燃机为例，在0海拔高度，环境压力为101.3 Mpa，相对湿度80 %，环境温度35 ℃，冷却系统将其进气从35 ℃降至10 ℃，经计算，其冷却热负荷qac约4400 kW(1590×104 kJ/h)，输出功率增加近20 %，热耗率降低(效率增加)4 %～5 %。 　　2 冷却方案的选择 　　2.1 各种类型进气冷却技术的特点分析 　　到目前为止，燃机进口空气冷却技术概括起来主要有两种类型：制冷式冷却和蒸发式冷却。 　　2.1.1 制冷式冷却 　　燃机进气制冷式冷却方式根据所采用的制冷系统形式的不同又可有多种类型，如吸收式制冷冷却、压缩式制冷冷却、蒸汽喷射式制冷冷却以及吸收式制冷与压缩式制冷混合式冷却等等。目前工程中应用的主要是前两种。采用制冷式冷却方式时，制冷系统通过安装于燃机进气道内的热交换器来降低燃机进气的温度。所采用的热交换器也基本上有两种型式：直接接触式和非直接接触式。非直接接触式通常采用管翅式结构，冷流体于管内流动，空气于管外翅片侧流动。与常规管翅式换热器所不同的是这种换热器要考虑空气中凝水的分离、收集与排出。直接接触式热交换器是将冷却塔中的介质式材料垂直横放于气流之中，制冷系统所产生的低温冷却水由上部喷淋而下，与空气对流对其冷却。这种型式的冷却器的优点是初投资低，对燃机进气造成的阻力相对较小。其缺点是由于要进行连续排污造成耗水量较大，有时可能出现微生物的滋生累积，使维护费用增加。 　　1)压缩式制冷冷却 　　压缩式制冷冷却方式采用压缩式制冷循环，冷源的获得以消耗机械功(电力)为代价。这种冷却方式的优点是初投资较低(约低于吸收式制冷40 %以上)以及可以获得较低的制冷温度。然而需要耗用较大数量的电力为代价是这种冷却方式的一个最大缺点。 　　压缩式制冷系统用于燃机的进气冷却，所存在的另外一个较明显的缺点是其效率随制冷负荷的降低而显著下降。这将给系统设计时，设计点(设计制冷容量)的选定造成较大困难。即使在设计点选定合理的前提下，随着大气温度变化，也难以保证系统的高效率运行，从而影响燃机运行经济性的提高。 　　2）吸收式制冷冷却 　　吸收式制冷装置有氨吸收式制冷和溴化锂吸收制冷两种型式。其中氨吸收式制冷虽然可获得较低的制冷温度，但其设备庞大、占地面积多、造价高且防爆等级要求较高。因此，目前在燃机进气吸收式制冷冷却系统中主要采用溴化锂吸收式制冷装置。 　　吸收式制冷系统可以利用低位热能进行制冷，对于余热相对较为丰富的燃气轮机装置而言是一个突出的优点。通常情况下吸收式制冷系统所需热量约占燃机透平余热的5 %左右，并视当地气候条件等因素有所变化。由于吸收式制冷系统能够利用燃机的余热而不以消耗电力作为代价进行制冷，因此对提高机组运行的经济性极为有利。 　　吸收式制冷的另一特点是在制冷负荷变化较大时(20 %～100 %)，其效率基本维持在一个较高的水平，这一点对燃气轮机装置的进气冷却也非常有利，特别是对于那些气温变化较大的地区。 　　吸收式制冷冷却系统所存在的缺点是初投资较大，然而这一缺点在一定程度上可从其低的维护费用中得到弥补，因为吸收式制冷装置不存在关键的转动部件。同时吸收式制冷系统的环保性能优良，其工质对大气层无破坏作用，运行时无振动，噪音很低。到目前为止，吸收式制冷冷却进气系统在国内外的燃机应用领域，已得到了成功的工程应用。 　　2.1.2 蒸发式冷却 　　蒸发式冷却技术其原理是利用水在空气中的蒸发时所吸收的潜热来降低空气温度。当未饱和的空气与水相接触时，两者之间便会发生传热、传质过程。结果是空气的闪热变为水蒸发时所吸收的潜热，从而使其温度降低。介质式蒸发冷却器具有冷却效率低(通常在0.88左右)，对燃机进气产生的阻力大等缺点，影响了它的广泛使用。 　　2.2 冷却方案的选择 　　在2.1中通过对制冷式冷却和蒸发式冷却技术特点的分析可以看出，要除去进入燃机空气中的热量，采用制冷式冷却是最合适的方案。制冷式冷却又分压缩式制冷冷却和吸收式制冷冷却两种。因压缩式制冷需要消耗大量的电力，成本较高，在工程中应用较少。而制冷机冷媒水冷却的方式比较可行，其中尤以选择溴化锂双级吸收式制冷机最为适宜，因为吸收式制冷机的动力源可利用燃机排气余热，可节约能源，提高经济效益，缩短投资回收周期。再者，溴化锂吸收制冷机采用溴化锂水溶液作工质，不挥发，无污染，符合环保要求。 　　2.3 冷却器的选型 　　进气冷却系统的关键设备是冷却器，它是根据冷却热负荷及制冷机提供的冷媒水温度、流量来设计的。目前国产低温溴化锂吸收式制冷机的冷媒水为7 ℃，流量大小不等，按需要选择。设计时要选定冷却器的结构型式，根据冷却器中空气与水进行热交换的特点，应该选择翅片管式换热器，其中又有轧片管式和矩形穿片管式两种，可根据具体要求确定。这种冷却器设计中的一个难点是必须知道空气侧有冷凝水析出情况下的传热系数和阻力，而这必须通过专门的实验获取。 　　在确定了翅片管的结构型式和尺寸规格，有了传热系数和阻力数据，便可按照负荷等给定参数计算所需的冷却器换热面积，并进行阻力核算，最终确定翅片管的排列数及迎风面积和长宽高尺寸。 　　3. 燃机进气冷却系统应用实例分析 　　3.1 进气冷却系统介绍 　　中原某天然气处理装置的一台Typhoon型燃气轮机用于驱动一台离心式压缩机为天然气增压，排气烟道设有一套热油加热系统，用于为其它工艺用户提供热源，尚有6400 kW的余热没有利用。进气冷却系统将燃机进气从35 ℃降至10 ℃，其冷却热负荷约4400 kW(1590×104 kJ/h)，考虑到换热效率及其它损耗，热源是有保证的。因此，在燃气轮机进气冷却改造时选用了如图6的流程，该系统由双效溴冷机、进气冷却塔、热换器、水泵和水冷却塔组成。燃机排出的高温乏气通过热油加热器将热油加热到270 ℃，为其它分馏单元提供热源。新增加的热水换热器引入一部分热油将水加热到160 ℃后供给溴吸收式制冷机，制冷机以热水的热能为动力，以溴化锂溶液为吸收剂，水为制冷剂，利用水在高真空状态下低沸点汽化来制取7 ℃的冷媒水，冷媒水通过换热器对燃机进气进行冷却。 　　3.2 TYPHOON型燃机所选用的冷却器性能参数 　　结构形式：双金属轧片管式 　　燃机进口流量：G≤136.4kg/S 　　环境温度：30 ℃ 　　相对湿度：0.65～0.85 　　冷媒水温度：7 ℃ 　　经冷却器后水温升：5 ℃ 　　冷却水流量：670 t/h 　　进气温降：9～11 ℃ 　　制冷量为：1381×104 kJ/h 　　进气压损：<50 mmH2O 　　每台净通风面积：3900×1350 mm2 　　3.3 进气冷却系统的使用效果 　　燃气轮机进气冷却系统示意图 表1为TYPHOON型燃机/压缩机机组采用进气冷却与不冷却时输出功率及油耗的实际数据对照表。数据表明，当环境温度超过25 ℃时，采用进气冷却与不采用进气冷却相比，燃机的输出功率大约增加了20 %，耗油率降低了4 %左右。 　　3.4 经济效益和投资回收期分析 　　中原地区，年气温最高月份为6～8月份，白天平均气温30 ℃，特别是每天11～16点平均气温高达35 ℃左右。每当气温超过30 ℃时，燃机出力严重不足，负荷压缩机转速下降，处理天然气能力也随着下降，造成天然气管网憋压，不得不放空烧掉，平均每天放空量约4万方(价值4万元)。进气冷却系统改造后，再也没有因为燃机出力不足，造成天然气处理不了放空过，年创效益约360万元。进气冷却系统改造投资620万元，投资回收期不到2年。

原文章就无图，可惜

楼主辛苦了 谢谢

不管什么制冷别忘记除湿啊，切记，另外我们中原只有我们一家天然气处理啊，没见改啊～～～～ 不会胡编吧 [ 本帖最后由 gao7486 于 2007-3-2 10:40 编辑 ]

装进气冷却系统的机组，不能一味的追求经济效益，而让机组压气机长期处于喘振边界附近运行，忽略其安全性呀！

原文章就无图，可惜

现在的燃机进气冷却装置有很多种的，但要经过比较后才能用的，而且国内除了极热地区的大部分地区可能都不太适用

我是新手跟你学习

学了

我们公司的燃机也有进口冷却装置，但是没装分离器，开盖后压气机叶片上有好多水痕