喷雾蒸发冷却技术在燃气轮机上的应用.doc

喷雾蒸发冷却技术在燃气轮机上的应用 陈仁贵1，赵现如1，赵东海1，蔺志兴1张大中2，闻雪友2，顾简2，许盛凯2 [（1. 塔里木石油指挥部，新疆库尔勒841000； 2. 七O三研究所, 黑龙江哈尔滨150036）] 0 前言 ?? 众所周知，大气温度对于燃气轮机的工作性能有很大的影响。以为例，度为度为 ?? 燃机的这种温度特性常常与人们的需要相违背：大气温度越高，电网的电量需求越大，而燃机的实际出力又越小。为了提高燃机在高温季节的实际出力，比较有效的办法是降低燃机的进气温度。这对降低燃机的热耗，延长机组的使用寿命，也是十分有益的。 降低燃机进气温度的方法主要有以下两类： ⑴制冷（压缩式、吸收式）降温法（如无锡华达电厂的AMS 系统） ⑵蒸发冷却法（湿膜、喷水雾化等）（美国Donaldson 公司、AAF 公司产品） 以上几种方法都能够有效地降低燃机的进气温度。但是，对于某些特定的地区、特定的用户，究竟采用哪种进气降温方法最合适，仍有待于进一步研究。 1 两种进气冷却方法比较 1.1 进气冷却的基本原理及设计依据 ?? 空气冷却降温的热力计算基础是湿空气的焓际焓靠冷冻热交换来降温的“等湿冷却法”和“去湿冷却法”。冷却过程中湿空气从“垂直向下移动，进行等湿冷却；当达到露点温度以统称为“冷冻换热法”。无锡华达电厂的度会自然下降，当相对湿度达到度达到或接近湿空气在新的水蒸气压力条件下的露点温度?? 美国?? 分析图 ?? 我国西部地区夏季干燥炎热，严重缺水。以塔里木油田轮南地区为例，夏季气温常常高于相对湿度在?? 针对轮南燃机电站的具体条件，我们的设计依据是： ⑴3×10.6 MW MARS-100 机组，在t1=20℃时燃机的空气质量流速Gy=130 200 kg（干）/h ⑵设计点⑶降温幅度△⑸燃机允许携水率：厂商规定 1.2 冷冻换热法基本设计参数 ?? 当ta =40 ℃，相对湿度分别为10%、30%、60%，t1 分别为40 ℃、30 ℃、20 ℃时各种状态下冷冻换热时湿空气主要热力参数的计算结果如表2 所示。?? 表耗的总焓 ?? 当总焓急剧增加，而且燃机进气携带冷凝水量为 ?? 考虑一定的设计余度，每台机组可选取率损失 1.3 蒸发冷却法基本设计参数 ?? 当的计算结果如表 表 燃机的进气压力损失增加值约 2 喷雾蒸发冷却的特点 2.1 ?? 通过以上计算分析，我们不难发现：在干旱炎热的地区为燃机进气系统选配蒸发冷却器，不仅降温显著，能够明显地提高燃机出力、降低综合能耗，而且投资省、运行维护简单。但是，目前传统的湿膜式蒸发冷却器体积大，安装空间常常受到限制；进气损失较大，常年影响燃机的部分出力； ?? 同时蒸发效率也较低。因此我们根据蒸发冷却的基本原理，设计了如图 水以水雾状直接喷入燃机进气道。在气流的搅动下，一部分水雾直接蒸发，使进气的相对湿度大幅度提高，湿空气的温度随之降低。同时，有部分水雾由于相互碰撞等原因，又形成较大的水滴。 ?? 为避免这部分水滴进入燃机，在水雾进气方向设置一个结构特殊的湿膜式水雾分离器。水滴经水雾 分离器滤除，直接回流到给水系统。这时，湿空气又经过湿膜的二次蒸发，进气的湿度进一步提高， 其干球温度接近露点温度，从而达到蒸发冷却的目的。2.2 喷雾蒸发冷却技术要解决的技术难题 ????要达到工程实用的要求，该项技术需解决以下几项技术关键： ⑴、在很短的时间内（小于1 秒）实现水的绝热蒸发，并使进气的相对湿度达到90%以上。为此，需设计性能优异的喷雾器（喷嘴）。 ⑵、根据燃机的功率、进气的温度、湿度和大气压力适时调节喷水量。要既能最大限度提高进气的相对湿度，又要严格控制进入燃机的含水量。 ⑶、严格控制给水的水质，防止燃机叶片结垢。 ⑷、喷雾蒸发冷却器的测量、控制、保护系统必须可靠,结构必须合理,以确保燃机的安全。 2.3 喷雾蒸发冷却器的技术特点 ⑴、与北京航空航天大学合作，研制成功2.0～2.5 MPa 的中压喷嘴，当供水压力为2.0 MPa 时， 单个喷嘴的额定流量是台机组，画面显示的操作平台使用整个控制系统具有相当的先进性。   为了取得一系列工程数据，并确保燃机安全，我们首先针对塔中燃机电站试验装置。该装置于 从表中数据可以看到，试验结果与理论计算结果十分接近。 ?? 装于MARS-100 机组的喷雾蒸发冷却器本体及控制屏实物图片见图4、图5。整套装置于2000 年7月安装完毕。3 喷雾蒸发冷却器的试验及运行结果 3.1 典型的试验结果 ?? 2000 年8 月，我国首台喷雾蒸发冷却器在轮南燃机电站MARS-100 燃气轮机发电机组上进行联 试验和商业试运行，典型的