刍议如何提高燃气轮机装置的热效率

朴文哲

摘 要：众所周知，燃气轮机在运作的时候会受到外在的温度的干扰，当外在的温度变高的时候，设备的出力就会变低，此时的效率也受到一定的影响，尤其是在夏天气温比较高的时候，这种现象更是显著。文章以此为前提具体的论述了如何提升设备热效率方面的内容。

关键词：燃气轮机；热效率；进气冷却

燃气轮机是我们在工作中常见的一种设备，它属于热机的一个类型。它是一个大的名称范围，其类型多种多样，但是原理都是基本相同的。而一般所指的燃气涡轮引擎，通常是指用于船舶（以军用作战舰艇为主）、车辆（通常是体积庞大可以容纳得下燃气涡轮机的车种，例如坦克、工程车辆等）、发电机组等的。和推进类的设备存在的一个明显的差异是它不单单要为压缩机供力，还要为传动轴传递力。

因为此类设备的热循环本身是一种开式的模式，其主要来自于大气，因此外在的气温会对它的功率有较高的影响。夏天气温比较高，不论是生活还是生产活动的用电量都非常大，因此需要设备高效运作，不过因为它固有模式的原因，在气温增加的时候，它的功率不仅不会增加反倒会下滑，此时的热耗损变多，因此无法发挥出其在夏季高效供电的能力了。对于上述问题，目前相关人员已经展开了细致的分析研究。

燃气轮机装置的工作原理：燃气轮机装置是一种比较新型的动力装置。最简单的燃气轮机装置包括三个主要部件：压气机、燃气轮机和燃烧室，空气和燃料分别经压气机与泵增压后送入燃烧室，在其中燃料与空气混合并燃烧，释放出热能。燃烧所产生的燃气吸热后温度升高，然后流入燃气轮机边膨胀边作功，作功后的气体排向大气并向大气放热。重复上述升压、吸热、膨胀与放热过程，连续不断地将燃料的化学能转换成热能，进而转换成机械能。

1 几种主要的进气冷却技术

在当前背景下，要想提升设备的热效率，最合理高效的方法就是讲设备的进口空气冷却处理。其本质是将进气力的热向外扩散，它的具体方法是经由热交换设备的冷却装置里的水把上述的热带走。使用这种工艺能够保证设备在夏天气温较高的时候高效的运作。当前常用的冷却工艺有两个大的种类，分别是制冷式以及蒸发式。

1.1 制冷式冷却技术

这种工艺指的是在设备的进气区域内安上一个热交换设备来开展的。这样能够明显的降低进气时的气温。常用的热交换设备有两个种类，分别是直接的以及间接的。前者是将冷却塔里的物质竖直的放到气流里面，经由制冷体系形成的冷水自上到下的处喷射，它和空气以对流的形式存在，能够明显的把进气的气温变低。这种方法对设备的进气阻力较低，而且它的一大优点是所需的资金较少。不过因为它要持续的排放污水，因此污水的处理量非常大，有时候还会因为污水的存在而导致细菌出现，同时处理污水也会耗费一定的资金。对于后者来讲，它使用的是管翅样式的设备，此时的冷流体会在设备中运行，而空气会在管道之外的翅片一旁运行。此类设备和我们常见的设备存在一定的区别，在工作中要认真的分析凝水分离等现象。目前燃气轮机进气制冷式冷却方式应用比较广泛的主要有吸收式制冷冷却和压缩式制冷冷却两种方式。

1.1.1 压缩式制冷冷却

压缩式制冷冷却方式一般利用压缩式制冷循环，通过消耗机械功（电力）获得冷源。它有很多的优点。比如经过此方式处理之后的制冷气温很低，在开始的时候需要的费用不多。不过它也有一些缺点，比如要耗损非常多的电能，除此之外，由于制冷能力的下降，它的效率也会受到干扰。这个缺陷的存在会严重的影响到对设计点的选取。就算是选择的合适了，也会随着气温的变动而受到影响，无法确保系统稳定的运作。

1.1.2 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。对于第一种来讲，优点是它的制冷气温非常低，不过它也有一些缺点，比如最为明显的是它的装备太大，而且占用的土地规模也很大，所需的费用多，对于防爆的规定也很严格。所以，在当前的工作中一般很少使用这种类型，通常使用后一种。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%），它的效率非常高，这个优点的存在对于设备的进气冷却来讲也是非常有好处的，尤其是我国的北方冬夏气温差异较为明显的区域。

这种系统的缺陷是它在开始的时候需要大量的资金投入，它在运作的时候重要的零件是不用转动的，所以它在后续的维修养护过程中就不用花费太多的钱了。这样对于前期的高耗费来讲能够起到一定的弥补作用。除此之外，该系统的环保特点比较显著，它的工质不会影响到大气，而且在运作的时候也不会出现明显的噪声等。这种系统不仅仅在我国应用普遍，在国外的大多数企业也多是使用这种系统。由于制冷系统的形式存在一定的差异，所以它有很多的类型，比如蒸汽喷射式制冷冷却、吸收式制冷和压缩式制冷混合式冷却等。

1.2 蒸发式冷却

蒸发式冷却技术的原理是利用液态水经过蒸发汽化时所吸收的汽化潜热来降低空气温度。通常来讲，当那些处在没有饱和状态的空气碰到液体模式的水的时候，两者间就会出现一个传热和传质的活动，水的蒸发会把大气中的闪热生成它要的潜热，进而将大气的气温降低。目前使用比较频繁的冷却措施有两个类型。接下来分别介绍。第一种方法是将湿膜蒸发冷却器安装在燃气轮机进口空气过滤器下游侧的空气通道中，通过喷洒水在湿膜蒸发冷却器上面，使水分蒸发进而冷却进口空气。第二种方法俗称喷雾冷却，就是直接将水雾化后喷入进气道中，使其对进气进行冷却。进气喷雾冷却系统主要包括以下设备：喷嘴矩阵、水泵模块与钢架、排水装置及与之配套的电气、仪控、管路等。如果使用第二个方法的话一定要掌控好空气中的水的含量，通常来讲要将其控制在设备生产单位要求的水量范围之内，要不然的话就會影响到设备的运作。向燃气轮机进气中喷入的水雾最终将随气流进入燃机压气机，假如水中有一定的杂志存在的话，其就会导损坏叶片，因此对水的纯度有非常严格的规定。该系统的优点也很多，比如它的工艺不是很繁琐，而且花费的资金较少，运作以及后续的维护很是便捷，所需的能量也不是很多。

2 结束语

通过上文的分析可以得知，采用进气喷雾冷却技术能够有效提高燃气轮机发电机组的出力，降低热耗率。通过大量的具体案例我们得知，冷却的具体情况会根据大气本身的湿度的变化而出现一定的变化，通常是湿度变大的时候冷却效果变差，湿度变低的时候冷却效果变好。一般来讲，我们发现当相对湿度超过75%后，冷却几乎没有效果，喷雾降温后出力基本不会增加，甚至热耗率会上升。相对湿度越低，蒸发冷却获益越大，所以蒸发冷却法非常的适合用到那些气温较高的区域。对于那些空气湿度较高（通常规定湿度大于百分之七十五）的区域我们通常推荐使用制冷式工艺，通过进气冷却工艺能够非常显著的提升设备运作时期的热功效，提升设备的出力，能够获取非常显著的效益。在实际的工作中，要结合不同区域的实际情况，认真分析它们的湿度以及气温状况来合理的选取冷却方法。

参考文献

[1]何语平，祝耀坤.采用进气冷却技术提高燃气轮机的出力和热效率[J].浙江电力，2004，23（3）：25-29.