喷雾技术在燃气轮机进气冷却的应用
时间：2023-03-08
燃气轮机在高温环境工作时，其输出功率和效率都会有显著的降低，其原因是燃气轮机是一种恒定容量的机器，即在恒定的工作转速下，沿进气系统吸入恒定体积流量的空气(不考虑IGV的影响),但是燃气轮机的出力和空气质量流量成正比，而非体积流量,因此只要把进入燃气轮机的空气温度降下来,进入燃气轮机的空气质量流量就会增加，从而提高燃气轮机出力和效率。
进气冷却系统的基本原理就是通过降低燃气轮机进气温度,增大空气的密度,提高进气的质量流量，从而使燃气轮机的出力增大;另一方面，随着进气温度的降低，压气机耗功也减少。图 1 是某F级燃气轮机进气温度与性能参数关系的参考曲线。燃气轮机进气系统设置的进气冷却系统必然会对整个燃气轮机进气增加一定量的压降,这部分的压降会降低燃气轮机的出力和效率。而且一旦进气冷却系统已经配置，不管其是否投入使用这个出力和效率的降低是始终存在的，会对燃气轮机运行的经济性产生一定的影响。
喷雾式蒸发式进气冷却是喷雾冷却系统使用高压水泵把除盐水增压到6.9~20.7MPa,水经过不锈钢管网到达安装在进气系统中的喷嘴矩阵。这种冷却器将水高细度雾化后,喷入空气流中,利用水雾化后表面积急剧增大的特点来强化蒸发冷却效果，可以将空气冷却至饱和点附近，具有很高的冷却效率;并且阻力损失较小，经过冷却后的空气，其相对湿度达到97%~100%。在进气系统内，一般在滤芯之后消音器之前布置雾化喷嘴矩阵,通过喷雾泵组模块,将除盐水引人，并经过过滤、加压，通过喷嘴,产生雾化液滴,与入口空气混合。喷雾量视自带的湿度温度监测模块、控制模块调整泵组的开启情况予以控制，来满足不同的冷却温度梯度要求。
喷雾蒸发冷却一般安装在进气道过滤后，不需要较多更改进气道，因设备启停快等优点而被广泛用于要求高温季节提高出力的燃气轮机(乃至联合循环)进气冷却系统中。喷雾蒸发冷却的设备投资和运行费用较低，该冷却方式对环境湿度的敏感度比蒸发式冷却更低，压降也非常小,但是其对水质的要求比蒸发式的要高，同时，一旦发生喷嘴故障,可能对燃气轮机的安全运行形成一定的风险。其特点是安装时无需对进气道进行改造，停机时间短。
进气喷雾冷却的优势是燃机进气喷雾冷却系统无需对原有的进气室进行大的改动，安装速度快、初始投资低、维护及保养简单、系统耗水量小;系统采用模块化设计制造，占地小，安装位置灵活，相比较常规蒸发冷却和制冷冷却，对燃机进气道几乎不产生压力降，改造技术风险小;喷雾冷却是一种成熟先进的技术产品，并且在全球有超过970套的成功应用案例。
燃机实际运行经验表明，环境温度每升高1℃，燃机输出功率就会相应下降约0.54-0.90%，通过对进气进行喷雾冷却，可以有效降低压气机功耗、提高燃机输出功。因而，合理组织燃气轮机进气喷雾冷却过程具有重要意义和价值。本课题组提出的喷雾冷却技术是对喷雾冷却过程的优化组织，可以降低耗水量、减少液滴对压气机叶片的撞击及水蚀现象，提升燃机工作稳定性和输出功率，经济效率显著。
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