燃气轮机是燃烧涡轮机。它们能够在压缩空气存在的情况下在燃烧器中燃烧各种类型的燃料(例如燃料油、天然气)。
燃气轮机性能在炎热的夏天的一天
燃气轮机是体积恒定机器。这意味着在特定的轴速下,它们总是移动相同体积的空气。然而,燃气轮机的功率输出取决于通过燃气轮机的质量流量。因此,在炎热的夏季,当空气更轻,燃气轮机的功率输出下降。
另一个需要考虑的因素是燃气轮机的压缩机所消耗的功率。压缩空气所需的功与空气温度成正比,因此增加燃气轮机进口空气温度也增加了压缩功,因此涡轮输出轴的功更少。
因此,各种冷却技术被开发出来,以帮助最大限度地提高燃气轮机的功率输出,特别是在炎热的气候条件下(如中东)。通过增加流经涡轮的空气质量流量和通过冷却空气来减少压缩工作,进口空气冷却有助于弥补动力损失。
燃气轮机进口空气冷却的限制
然而,有一个限制,关于多少进口空气冷却可以安全地完成。如果空气网温度降得太低,就会在喇叭口或进口导叶处形成冰,这种冰有脱落的危险,对压缩机叶片造成严重损坏。这种现象甚至会发生在入口空气温度高于冰点,因为涡轮吸力入口在喇叭口创造了一个低压“冷区”。
燃气轮机进口空气冷却最常见技术的概要如下:
制冷式冷却器
采用了几种制冷剂型空气冷却系统。这些可以从压缩机型冷水机到吸收式冷水机:吸收式冷水机通常使用“废热”作为冷却过程的能源。还使用了热存储系统。它们通常由小的组成冷水机组在电价较低时运行的工厂(非高峰发动机),制造冰或盐水溶液,然后将其储存在一个适当绝缘的容器中,用于在高峰电力需求时冷却进入的空气。这类系统已被证明是一种成本效益高的方法,可以克服高峰需求期间的电力损失,同时最大限度地降低与冷水机组相关的高成本。
也许这些冷却器最重要的优势是,与其他竞争技术相比,它们可以产生更大的入口温度下降。它们也有缺点,包括初始投资成本高,以及运行和维护成本高。
蒸发式冷却器
蒸发是水由液体变为蒸汽的自然过程。当水发生相变时,它要么吸收热量,要么释放热量。蒸发的一个很好的例子就是夏日微风的冷却作用。即使空气温度比体温高,微风也会让人感觉凉爽,因为它有助于蒸发皮肤上的汗水。
蒸发式冷却器利用了这一原理,也许是目前最常用的冷却系统。它们通常由湿润的蜂窝状物质组成。当空气进入时,它使湿漉漉的材料的弯曲表面上的水蒸发,从而降低了进入空气的温度。
蒸发式冷却器通常受到空气中水分含量的限制。一旦达到饱和(100%相对湿度),蒸发冷却器不能蒸发更多的水。因此,不建议在炎热和潮湿的环境中使用蒸发冷却器。另一方面,制冷剂型冷却器不受高环境湿度的限制,因此在类似的气候条件下运行时,能够提供比蒸发式冷却器更大的功率输出。
高压成雾
高压雾化是一项相对较新的技术:雾化系统类似于蒸发冷却器,它们通过蒸发水来冷却。然而,不是使用蒸发介质,水被雾化成非常微小的雾滴。
雾系统通常使用高压水泵对脱盐水加压。然后,水流经不锈钢管网络,进入安装在气流中的雾嘴歧管。这些喷嘴帮助水雾化成微小的雾滴,并迅速蒸发。
由雾系统产生的液滴的大小是一个非常关键的因素。例如,由于球体的几何形状,一定数量的水被雾化成10微米的水滴,产生的表面积是相同数量的水被雾化成100微米水滴的表面积的10倍。因此,水滴的尺寸越小,蒸发率越高,输出功率增益越高。
雾化系统在炎热潮湿的环境中非常有效,与冷水机相比,它们的能源需求和维护成本要小得多
选择正确的系统
在考虑采用哪种冷却系统时,重要的是要研究现有的情况,审查气候条件,预算限制,电力输出预期以及项目经济。有时,系统的组合可能是最好的解决方案。





