燃气_蒸汽联合循环余热制冷进气冷却的解析法研究途径.docx

燃气蒸汽联合循环余热制冷进气冷却的解析法研究途径杨承杨泽亮(华南理工大学,广东广州510641)燃气蒸汽联合循环在电力工业中发挥的作用日益增大。然而,在高温地区和炎热季节,燃气轮机性能深受环境温度影响,出力严重下降。大气温度越高,电网的负荷越大,燃气轮机的实际出力越小,燃气轮机的这种温度特性与电网负荷特性发生矛盾。为了提高燃气轮机在高温季节的实际出力,简单有效的办法是降低燃气轮机的进气温度。燃气轮机进气冷却是成熟技术的创新应用,主要的进气冷却技术有:(1)接触式冷却,包括水膜蒸发冷却和喷雾冷却等[1～3]。(2)非接触式冷却,包括余热或电驱动制冷、水蓄冷及冰蓄冷系统、液化天然气(LNG)冷能利用等[4～7]。利用GSCC的排气余热,依靠吸收式制冷机冷却燃气轮机进气以提高其功率和效率,是一种较合理的进气冷却方案(图1)。1-压气机2-燃气透平热器6-吸收式制冷机3-余热锅炉4-汽轮机5-热水加7-空气冷却器8-发电机图1GSCC余热制冷进气冷却系统汽联合循环机组利用余热锅炉的剩余余热,作为溴化锂(LiBr)吸收式制冷机的热源,对燃气轮机进气进行冷却,达到增大出力、降低能耗的双重效益[4]。改造结果表明,在大气温度为31℃、湿度为75%左右时,对燃气轮机进气实施制冷后,进气温度下降14℃,燃气轮机功率提高3.94MW(增加约13.5%),汽轮机功率提高1.3MW(增加约10.6%),GSCC功率提高5.24MW(增加约12.68%),效率增加约3.2%。GSCC余热制冷进气冷却系统研究概况1图1所示冷却系统及其它类似系统,已有一些实践分析和简单经济计算[4,8,9]及系统模拟研究[9～12]。广东深圳金岗电力有限公司PG6541B型燃气蒸收稿日期:基金项目:作者简介南理工大学自然科学基金资助项目(E5323254)。杨承(1972),男,在职博士研究生,华南理工大学电力学院动力系讲师,主要从事电站系统研究。19热力发电·2005(2)[摘要]对燃气蒸汽联合循环(GSCC)余热制冷进气冷却系统的国内外实践及理论研究概况作了评述。基于动力机械变工况特性解析理论的应用,提出GSCC余热制冷进气冷却系统的变工况特性解析法研究途径和技术思路。结合目前GSCC已有部件和补充吸收式制冷机及换热器等变工况特性的解析解,可研究GSCC余热制冷进气冷却的典型解析特性。[关键词]燃气蒸汽联合循环;余热制冷系统;进气冷却;变工况;解析法;动力机械[中图分类号]TK471[文献标识码]A[文章编号2005究论文另外,利用GSCC电站余热锅炉低压蒸发器的一部分蒸汽为热源,驱动溴化锂吸收式制冷机,冷却燃气轮机进口处的空气,以提高发电机组的输出功率[8]。以温州龙湾300MW燃气蒸汽联合循环发电厂(2台气轮机和汽轮机出力下降,但汽轮机出力下降较为缓慢。循环效率在环境温度为20℃左右时达到最大值。文献[11]还对燃气轮机进气采用组合式冷却系统进行了计算机模拟研究。组合式冷却系统包括进气蒸发冷却和溴化锂吸收式制冷系统。研究结果表明,对于联合循环,吸收式制冷冷却进气可以提高循环出力,但效率反而降低。西班牙学者RaquelGareta等对GSCC进气冷却系统的经济优化进行了研究[12]。GSCC进气冷却系统容量的优化目标为:(1)联合循环出力达到最大。按环境温度最高时,使进气温度冷却到尽可能低(5℃左右)时确定冷却系统容量;(2)联合循环效率达到最高。将进气温度冷却至合理的温度范围(一般10℃～15℃),使联合循环效率最高;(3)冷却系统效益达到最大。其优化结果不仅与气象条件、联合循环类型有关,还与冷却系统的性能、燃料、电价及联合循环布置等有关。对由3台52.8MW燃气轮机与1台67.4MW汽轮机组成的联合循环系统进行优化计算的结果表明,为使联合循环出力达到最大,当进气从35℃冷却至5℃时(相对湿度保持60%不变),制冷机容量高达38MW,实现这一目标的可行性较小,而且,与环境温度5℃时比较,虽然联合循环出力大幅度提高29392kW,但循环效率有所降低(绝对值降低3%)。若按联合循环效率最高为优化目标,则制冷机容量可选得小些。如燃气轮机进气从35℃冷却至26.1℃,联合循环效率达42.13%,制冷机容量只需4808kW。因此,按冷却系统效益达到最大为优化目标,联合循环效率可接近最佳,冷却系统容量选择适中,冷却系统效益达到最大。综上所述,经济分析和理论研究以及应用实践都表明,联合循环余热制冷进气冷却技术能有效减轻环境温度升高对燃气轮机性能的不利影响,是一项切实可行的成熟技术。燃气轮机进气冷却技术的应用及设计须解决2个问题:(1)燃气轮机进气冷却时的变工况性能(特性),尤其随环境参数变化的典型特性,若能得到其解析解