一种新型的燃气轮机进气冷却装置

许 教 运

(广州明珠电力企业集团, 广东 广州 510730)

摘要:介绍了美国生产的蒸发冷装置用于燃气轮机进气冷却的情况 关键词:燃气轮机；进气冷却；蒸发冷却 0 前言 广州明珠C厂发电有限公司CW251B11型燃气轮发电机组的进气系统采用了进气蒸发冷却装置是目前我国唯一在燃气轮机上使用的蒸发冷却装置,其作用是降低燃气轮机的进气温度,增加空气的密度,提高进气总空气量,最终提高燃气轮发电机组的输出功率与效率的目的。经过一年多时间的运行实践,该蒸发冷却装置在提高燃气轮发电机组输出功率方面发挥了相当大的作用。 1 进气蒸发冷却装置组成及其工作原理 进气空气蒸发冷却装置是由冷却水泵,冷却器,除水板,水箱及PVC管道等设备组成。系统简单,运行管理及保养维修方便。其中主要设备及参数如下: 冷却水泵: 额定功率 3.675KW即5hp（380VAC，50Hz, 三相） 额定流量 378.5L/min 其系统如图2所示。 进气空气蒸发冷却装置的工作原理是: ①冷却水泵将水箱中的水输送出,经出水管分成三路,分别由阀A 、阀B和阀C控制,其中对阀A进行调节,以使流量表G1的流量为159 L/min保证上层冷却器的水流充足,满足对空气进行冷却降温的需要；对阀B进行调节,以使其出口流量表G2的流量为174.11 L/min; 对阀3进行调节,使其出口流量为49.2 L/min；流经阀A的冷却水从冷却器的顶部向四周流动,并沿冷却器上部如水濂洒下,与经过进气系统空气过滤器后的空气在此进行热交换,使空气得到冷却清洁,之后,冷却水经管D流回蒸发冷却装置的水箱;流经阀B的冷却水从中部冷却器沿四周流动,并沿中部冷却器的顶部如水濂洒下,与气流相互作用,此时水变成蒸发状态,并与空气进行热交换,使空气在此也得到冷却清洁。之后冷却水流回到水箱,其中,上下层冷却空气只由一层厚度3mm的不锈钢板隔开并由不锈钢板起到固定上下层冷却器的作用；阀C其出口处的流量为49.2 L/min ,经污水管排出,目的是保证蒸发冷却装置水箱有充足的换水量,保持水箱中冷却水一定的低温状态,并把与空气进行热交换的热量带走。冷却水是自来水,由城市自来水系统供给,并由自动补水阀自动调节,以保证冷却水箱一定的水位,在自动调节失灵时,多余的水经溢流管及排污管排出,如补水量不足且低于报警水位,系统将发出水位低位报警,并自动停用蒸发冷却装置系统。②空气经过蒸发冷却器,由于与冷却水进行热交换,空气温度降低,同时湿度增大,在蒸发空间处于空气和水汽“蒸发”的混合状态,并流向除水板,经除水板的除水挡水作用除去其中的水滴,使水滴由于重力的作用而落入冷却水箱,同时空气中的微小尘埃也随水滴落入水箱。在这里,蒸发冷却装置同时起到了对进气空气进行“水洗除尘”的辅助作用。③空气经蒸发冷却装置后其温度降低,密度增大,增加了进气的空气量,提高了燃气轮发电机组的输出功率。 蒸发冷却装置对冷却水水质的要求是: <1>硬度（碳酸钙）50-150ppm <2>含铁量<0.2ppm<3>碳酸钙总碱度50-150ppm <4>氯化物含量<50ppm <5>二氧化硅<25ppm <6>不溶固体总含量<500ppm <7>油脂含量<2.0ppm <8>悬浮固体量<5ppm <9>PH值=7.0-8.5 根据以上要求,城市自来水符合以上要求,将自来水作为蒸发冷却装置的冷却水,简化了蒸发冷却装置的补给水系统,工程费用较低。 图3 冷却器及除水板样品图 蒸发冷却装置的阻力低,只有0.33in.w.g(其中包括0.29in.w.g的冷却器阻力和0.04in.w.g的除水板阻力),且进气经过蒸发冷却装置时,其流速可达586fpm(相当于2.98m/min),空气流量可达8325 m ³/min,完全与空气过滤器空气流量相匹配,不会对燃气轮机的进气系统产生不利影响。另外,蒸发冷却器的蒸发水量最大可达到72L/min,这对比较高温干燥地区特别是沙漠地区来说,足以大大提高空气的相对湿度,并且降低进气的温度,从而提高了燃气轮发电机组的输出功率。 美国的进气空气蒸发冷却装置新技术与其它的进气喷雾冷却装置技术的主要区别在于: ①蒸发冷却装置是设置在空气过滤器的后面,其中空气的湿度不会对空气过滤器造成损害；而进气喷雾冷却装置是设在空气过滤器的进口处,同样也可以使空气得到冷却,降低温度,增加进气量,但喷水后的空气相对湿度增大,容易使空气中的灰尘粘附在过滤器的表面,堵塞过滤器,特别是损害纸质空气过滤器,缩短其使用寿命；②蒸发冷却装置结构简单,冷却水是城市自来水,费用低；而喷雾冷却装置的冷却水要求是除盐水,需要经过水处理流程,费用高。另外蒸发冷却装置还能起到对空气进行“水洗除尘” 辅助作用。 2 进气冷却后的效果 下面先看看广州市2000年4月—2002年3月的月平均气温(单位:°C)和月平均相对湿度(单位:%)表(说明:本资料于2002年4月11日由本人亲自购买于广东省气象局):

		1月	2月		3月	4月	5月	6月	7月	8月	9月	10月	11月	12月
2 0 0 0 年	气 温	资料不作记 录。 因为蒸发冷却装置是2000年5月才正式投入运行的。				22.7	26.1	28.4	28.9	28.2	27.1	24.9	19	16.5
	相 对 湿 度					85	80	78	79	83	72	77	70	72
2 0 0 1年	气 温	15.4	15.1	19.4		21.7	26.5	27.2	28.2	29.1	27.8	25.4	19.7	14.9
	相 对 湿 度	76	79	76		87	81	84	82	79	72	72	59	70
2 0 0 2 年	气 温	14.7	17.5	20.7		未 有 记 录 资 料
	相 对 湿 度	73	73	78

从上表可以看出,大气的月平均温度和月平均相对湿度,非常有利于蒸发冷却装置投入运行。事实上,CW251B11型燃气轮发电机组的蒸发冷却装置基本上都随着燃气轮发电机组的运行发电而投入使用,因为只要在当环境相对湿度低于85%时,对空气进行加湿冷却的效果较好,当然，在环境温度极高时，蒸发冷却装置仍能对进气起到相当好的冷却效果。而当进气蒸发冷却装置在环境相对湿度为70%-80%时,可降低空气温度4°C至6°C。在环境相对湿度较小时,甚至可降低进气温度8°C以上。而每降低进气空气1°C,即可相应提高燃轮发电机组的输出功率0.7%，由于使用了空气蒸发冷却装置,相应可提高燃气轮发电机的输出功率1.12MW—1.68MW，甚至超过2.0MW。这就大大提高了燃气轮发电机组运行的经济效益。 由环境温度、环境相对湿度与功率修正系数的关系曲线(见图3)可以发现:环境温度越高,环境相对湿度越大,功率修正系数越大;在环境温度不变的情况下,环境相对湿度越高,功率修正系数就越大;在环境相对湿度不变的情况下,环境中空气温度越高,功率修正系数越大。也就是说:在夏季,由于进气空气蒸发冷却装置的使用对提高燃气轮发电机组的输出功率更突出;在环境温度越高,环境相对湿度越大的地区,越显示出蒸发冷却装置在提高功率方面发挥的作用。 图4 环境温度、环境相对湿度与功率修正系数的关系曲线 根据物理学理想气体状态方程的气体密度方程式(现取空气温度平均降低5°C): P1/(ρ1T1)=P2/ (ρ2T2) 可推出: ρ2=P2/P1×(ρ1T1)/T2 现假设大气温度为30°C即T1=273+30=303(K)，空气的密度为ρ1，经过蒸发冷却器后,空气温度降低5°C，即冷却后温度为25°C，此时T2=273+25=298(K)，空气冷却后的密度为ρ2，冷却前后的空气压力基本不变，故P1=P2,代入上述公式得: ρ2=P2/P1×(ρ1T1)/T2=(ρ1T1)/T2=ρ1×303/298=1.01678ρ1 由此可见,经过空气蒸发冷却装置冷却后,空气的密度是原来的1.01678倍，增加了燃气轮发电机组的进气量。 2001年11月16日，我们对1#燃气轮发电机组作过现场测试，之前由于该机蒸发冷却装置的冷却器系统管路检修，停用蒸发冷却器，16:40时测得气温为22°C，燃气轮发电机组的输出功率为33.02MW，投入蒸发冷却器系统后,燃气轮发电机组的功率迅速升高，至16:42时，其输出功率稳定于35.08MW，进气温度为14°C，即降低了进气温度8°C，相应提高了输出功率2.06MW（测试过程中环境相对湿度较低）。为了进一步了解蒸发冷却器在提高燃气轮发电机组输出功率方面的作用,2002年4月5日,14:00时, 测得2#燃气轮发电机组的输出功率为35.9MW,环境比较潮湿,相对湿度比较大,测得环境温度为27.5°C ,经蒸发冷却器后进气温度为23°C ,此时停用蒸发冷却器,15:30测得该机功率降至34.8MW,进气温度升至27.5°C。之后，重新投入蒸发冷却器,15:10时,进气温度重新降至23°C,功率升至35.9MW.在这里,蒸发冷却器的作用使进气温度降低3.5°C,相应增加功率1.1MW。针对这一情况,我想,如果在夏天的北方特别是沙漠高温干燥的地方,使用燃气轮机的蒸发冷却装置,对进气进行的冷却效果最好，这样进气温度降低将远远超过8°C,燃气轮发电机组功率的增加值将远大于2.06MW,这将提高燃气轮发电机组运行的经济效益。 根据现场的温度和湿度变化，结合广州市的气温、相对湿度及进气冷却装置投入使用的实际情况,现只假设燃机平均提高输出功率1.5MW(1,500kw)，每台燃机每年运行5000h,那么一台CW251B11型燃气轮发电机组一年可增加的总发电量为: 1500×5000 = 7500000 kw.h 广州明珠C厂发电有限公司的两台CW251B11型燃气轮发电机组至今已分别运行8810h和8751h，那么进气蒸发冷却装置所增加的总发电量为： 1500×(8810+8751) = 26341500 kw.h 由此可见，进气蒸发冷却装置在降低燃气轮发电机的进气温度，增加空气进气量和提高燃气轮发电机组的输出功率方面发挥了重要作用，它每年可以为燃机电厂带来可观的经济效益。 西门子西屋公司的CW251B11型燃气轮发电机组中的蒸发冷却装置的设计是:在环境温度为65°F(即18.3°C )时自动投入运行,而当环境温度降至60°F(即15.6°C)时就停止该冷却器的运行。所谓的投入与停止蒸发冷却器的运行,其程序极为简单,只须起停冷却水泵即可。我方经过一段时间的运行观察,认为在环境温度低于65°F(即18.3°C)且环境比较干燥时,蒸发冷却器仍能对进气起到相当大的冷却效果,并且对提高燃气轮发电机组的输出功率起到相当好的效果。2002年4月11日10:00时,对1#燃气轮发电机组进行现场测试,测得环境温度为16.2°C,环境相对湿度为79%,而经过蒸发冷却装置后进气温度降为12°C,也就是说,蒸发冷却装置能降低进气4.2°C,所以,将蒸发冷却器的投入与停止运行方式由 “自动”方式改为 “手动” 操作方式,根据实际情况需要,随时起停蒸发冷却器,以提高燃气轮发电机组的输出功率。因为蒸发冷却器的起停,在环境温度还没达到结冰状态时,不影响燃气轮发电机组的安全运行,最多就是起不到冷却效果而已,它不会影响燃气轮发电机组的安全运行。当然在环境温度达到结冰状态时,水箱中的水已经结冰,也就不能起动冷却水泵了，事实上极低的环境温度，也无必要将蒸发冷却器投入运行。 关于如何更好的运用和发挥蒸发冷却装置作用于提高燃气轮发电机组的输出功率的问题,有待于不断的运行实践中探索及研究。

要是有控制方面的资料就更好了，呵呵

不错有很大的启发作用

谢谢楼主，好好学习。

很好。。。。

不用流量，很能学习到这么好的咚咚

老资料咯，路过。

学习了！！！不哦错   支持下