浅谈如何提高燃气轮机的热效率

付丽莉

摘 要：燃气轮机装置是大型联合循环机组，具有启动快、调节峰值性能强等诸多优势，使用的范围比较广泛。但是在高温等条件的影响下，燃汽轮机的输出功率会大幅度降低，不利于生产。文章分析了影响燃气轮机热效率的因素，提出了提高燃气轮机热效率的方法措施，希望对燃气轮机更高效的运转提供参考。

关键词：燃气轮机；工作原理；影响因素；措施

前言

随着人类社会的不断发展，对环境的破坏日益严重，人们也越来越重视环保。燃气轮机以其同等单位体积出能大、体积小的优势被广泛用在航空和轮船舰艇动力等。带压缩机或带发电机是地面主要的应用领域。对于沿海发达的缺电地区，调峰电厂应用的比较多，还应用在内地输送电困难地方的自备电厂。总而言之越来越多的企业纷纷意识到节能减排，提高效率的重要性，研究人员也将研究的重点放在了如何在自然条件下提高燃气轮机装置的热效率上。燃气轮机是大型联合循环机组，有很多因素可以影响其热效率的充分发挥，从它的影响因素出发来控制其对联合机组的影响，是达到节能减排效果的良好方式，这和医学上的对症下药有着异曲同工之妙。文章将重点对影响燃气轮机热效率的因素进行分析。

1 燃气轮机的工作原理

其实燃气轮机的工作原理是比较简单的，类似于喷气式飞机的喷气引擎。自然空气从燃气轮机组的进气口进入，通过压气的叶片将空气压力升高后，空气进入燃烧室。在与燃烧室内喷入的天然气混合后，点火燃烧。气体燃烧受热后急剧膨胀。然后进入涡轮区，经过一级一级的叶片，逐级推动叶片转动。直到从出气口排出。叶片转动带动轴的转动，这样也就转动了轴上带着的机械，从而实现了燃气轮机组联合运转。至于燃气轮机的工作过程如下：自然空气源源不断的被压气机装置吸入，经过有效压缩，将压缩后的空气再进入燃烧室，进而和天然气完全融合后燃烧，形成了高温燃气，这时气体急剧膨胀，流入燃气涡轮中运用膨胀原理作功，促进涡轮叶轮旋转，与此同时将压气机叶轮带动起来一起旋转。加热后的高温燃气作功的能力提高的是比较明显的，所以燃气涡轮在其带动压气机的同时，还是有一些剩余的功作为燃气轮机的输出。作为机械功，来带动起动机。燃气轮机起动时，不可缺少的是起动机来带着旋转。当速度上去后能够独立运行，起动机才算完成历史使命。

2 影响燃气轮机热效率的因素

从总体上来说，影响燃气轮机热效率的因素是多方面的，大气的温度、压力、空气的相对湿度、海拔的高度、燃料的类型、蒸汽的循环方式、循环水的温度、入口空气的冷却都在不同程度上对其进行着影响和制约。（1）大气温度的影响。在众多的影响因素中，大气温度对燃气轮机和其联合循环系统性能影响力是比较大的。在大气温度升高的作用下，空气的比容不断增大，吸入压缩机的空气同等质量的流量就将减少，这样就造成了燃气轮机和联合循环的出力大幅度降低，换句比较通俗的讲法就是燃气轮机的动力不足。就算是机组的转速以及燃气透平之前的燃气初始温度在一个相对恒定范围内，还是无法阻止压气机的压缩比的进一步下降，燃气透平作功量也随之减少。但是排气温度还在持续加大，这样燃气轮机和其联合循环的出力和热量消耗自然的会发生变化，这一影响不可谓说不大。基于这种情况，很多的研究者把研究的重点放在了最大限度的减少大气温度对燃气轮机热效率的影响上。（2）大气压力的影响。在大气压力低的高海拔地区，同等质量的空气进入压缩机流量会增大，进而影响了燃气轮机的热效率。但这种影响程度不会很多。（3）空气湿度的影响。由于同等空气的湿度有所不同，使空气的比容随之不同，燃气轮机的热效率也会因此受到影响。

3 提高燃气轮机的热效率的有效措施

通过上文的分析我们已经可以了解到大气的温度是影响燃气轮机热效率最为重要的因素，文章重点分析从调节大气温度方面来改善燃气轮机的吸入大气温度，达到降低其对燃气轮机热效率的影响程度的目的。主要的思路是把在压缩装置下游、第一涡轮控制面积上游、发动机第一个位置从旁路引走一部分的发动机的工作气流，使气流重新喷射到第一涡轮的控制面积的下游，这样做是为了提高其热效率和输出功率。高压的蒸汽在发动机内来起到从旁路引气位置和将旁路引气流喷进人工作气流位置之间喷入的作用，要保持喷射的蒸汽质量和流量和从旁路引走的气流的质量与流量基本持平的状态为最佳，做到了以上这些，大气温度对燃气热效率的影响就会得到大幅度的降低，达到提高燃气轮机的热效率的预期效果。将燃气轮机进气冷却的措施不少，很多企业把提高燃气轮机热效率作为了研究的重点。经实践证明，冷却进口空气，降低进口空气的温度是提高燃气轮机的热效率的最佳方式，具体操作上方法也比较多，工艺也偏于复杂，以下是几种冷却进气的方法：

（1）蒸发冷却：大体上有两种方式：一种是在燃气轮机的进口空气过滤器的下游侧的空气通道中，安装湿膜蒸发冷却器，使冷水能够喷洒其上，利用水分蒸发来实现冷却进气。另一种是在进行了水雾化后直接喷入进气道中以便达到对进气冷却的目的。值得注意的是这种方法必须要保证要喷入的水是干净的，并具有相当的纯净度，如若不然燃气轮机叶片会受到水杂质的影响，出现腐蚀的情况。

（2）表面式冷却：这种冷却方法是利用换热器来直接作用于燃气轮机的进气实现冷却。其主要原理是在燃气轮机的进气道中安装上鳍片管式的换热器，在管内接入5℃左右的冷水，燃气轮机的进气在经过鳍片管的外侧时被冷却。水的汽化潜热比较大，空气中水分的凝结消耗了多数制冷的能量，进而降低了空气的温度。

（3）电制冷：此种方法是利用燃气轮机或联合循环电厂自身所发出的电能来驱动氨基压缩式的制冷机，进而产生低温冷水，再通过闭式循环回路而送到燃气轮机的进气道的鳍片管换热器中，达到表面制冷的冷却效果，使燃气轮机的进气温度得到降低。

（4）冰蓄冷制冷：此种方法主要是通过夜间用电量少、并且比较经济的特点，使用水冷式的低温冷水机组制冷，将冷冻液灌入到容量较大的蓄冷槽盘管中，使其产生比较多的冰水混和物，以便能够良好的供应燃气轮机白天作业时的冷却进气。

（5）蒸汽或热水制冷：主要是利用联合循环电厂中的余热锅炉尾部的余热所产生的低压蒸汽或高温热水，送入溴化锂吸收式制冷机中使其能够产生5℃的冷水，然后和表面冷却工序相同，使进气温度降低。

4 结束语

通过文章的分析，可以了解到现阶段提高燃气轮机的热效率并非是一件容易的事，其过程和工艺都极为复杂，并且要求比较高，但这没什么可怕。相信只要有关人员不断钻研、不断探索、不断创新，会有更多更好的提高燃气轮机的热效率的方法脱颖而出，并且得到大家的认可，广泛的应用的实践中，为我国的经济发展做出更大的贡献。

参考文献

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