导读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，沿进气系统吸人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。本文针对现有的几种成熟的进气冷却系统进行介绍。进气冷却的原理

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。

燃气轮机进气温度与性能的关系

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。图2是某F级燃气轮机进气压损与性能参数关系的参考曲线。

进气压损和性能之间的关系

从图l曲线中可以读出，随着进气温度的提高，燃气轮机的出力和效率均出现明显的降低。这可以解释为压气机的耗功量Wc随吸入空气的热力学温度T1成正比变化，即大气温度升高时，燃气轮机的净出力减小。

当大气温度升高时，即使机组的转速和燃气透平前的燃气初温保持恒定，压气机的压缩比也会有所下降，这将导致燃气透平做功量减少，而燃气透平的排气温度却有所增高。

从图1的曲线可以看出，进气温度在2O℃以上时，大气温度每提升1℃，出力降低0．75%左右，这对电厂效益存在非常不利的影响。在南方炎热的夏季，高温时段正是电网需要燃气轮机发挥其调峰性能、增加出力的时候，引入进气冷却系统，降低进气温度，有利于燃气轮机机组的运行。

蒸发冷却系统

燃气轮机进气蒸发冷却系统是利用水在空气中蒸发时吸收潜热来降低空气温度的，在焓湿图上表示为等焓加湿过程，在理想状态下，空气在等焓加湿后可达到湿球温度。当未饱和空气与水接触时，二者之间会发生传热、传质过程，空气的显热转化为水蒸发时所吸收的潜热，起到降低空气温度的作用。

介质式蒸发冷却

介质式蒸发冷却又称为水膜式冷却，即将水膜式蒸发冷却器置于空气过滤器后，燃气轮机进气与水膜接触从而达到降温加湿的目的。冷却装置与带填料层的喷水室结构相似，主要由冷却水泵、喷嘴、用以形成水膜的介质(湿润的蜂巢状纤维)、除水板、水箱等组成。

介质式蒸发冷却器的冷却效果受当地空气湿度影响较大，设备成本较低，但是安装和运行成本较高，同时对燃气轮机进气造成一定的压损。

喷雾式蒸发冷却

喷雾冷却系统使用高压水泵把除盐水增压到6.9～2O.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，喷人空气流中，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%～%。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，将除盐水引入，并经过过滤、加压，通过喷嘴，产生雾化液滴，与人口空气混合。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。

制冷式冷却系统

制冷式冷却系统是进气与制冷剂不直接接触的一种冷却方式，空气在管外翅片侧流动，冷源在管内循环，通过对流换热对空气进行冷却。根据冷源获取方式的不同可分为以下几种冷却方式。

压缩式制冷冷却

压缩式制冷采用压缩制冷循环，向盘管冷却器提供冷源，冷源的获得以消耗机械功(电力)为代价，燃气轮机压气机进气在换热器内被冷却水或吸收剂冷却。压缩制冷系统简单，可以获得较低的制冷温度；但最大的缺点是需要消耗电力，燃气轮机进气冷却多发电的25%～3O%要用于驱动该系统，这达不到增加出力的目的，所以该系统应用较少。

压缩式制冷冷却系统的特点是对环境湿度的敏感性较低，可获得较低的制冷温度。但是其初期投资费用和运行维护费用都比较高，设备交付周期及安装时间较长，压降大约在Pa到

Pa之间。

吸收式制冷冷却

吸收式制冷是利用电厂余热驱动制冷机，向燃气轮机进气提供冷源，通过表面式热交换器来降低燃气轮机进气温度，以达到增加出力、提高效率的目的。由于该冷却方式可以充分利用电站余热，且利用的是低品位的热能，因此发展较快，应用较多。目前普遍使用LiBr作为制冷剂。

吸收式制冷系统的特点和压缩式制冷系统的特点相似，对环境湿度的敏感性较低，但是初期投资较高。

蓄冷式制冷冷却

蓄冷冷却在本质上也属于压缩制冷冷却，蓄冷冷却技术的出现正是基于压缩制冷耗费机械功(电能)的原因发展起来的。其主要是充分利用电网的峰谷差电价，即在电网低谷时期，利用低价电驱动压缩制冷机制冷，把获得的冷量储藏在蓄冷装置；到电网高峰期，制冷装置停止运行，再把蓄冷装置储藏的冷量释放出来，用以冷却燃气轮机进气，降低进气温度，来达到增加出力、提高效率的目的。该方式一方面可以增加低谷期用电量、扩大高峰期发电，起到调整电网负荷的作用；另一方面，蓄冷用的是低价电，电网高峰期发电是高价电，从中可以取得电的差价利润，达到双重效果。

在这种冷却方式中，燃气轮机的进气与冷却介质不直接接触，不与制冷剂接触，而与载冷剂通过换热器进行热交换。冰、水或其它传热流体可用作为蓄冷介质。

综上所述，进气冷却系统的选用原则需要考虑以下几点：

1)进气冷却技术需成熟，设备可靠性要高，系统运行稳定性要强；

2)适合项目当地气候条件，不同的气候环境宜选用不同的进气冷却方式；

3)系统设计要符合机组的主机设计特点、运行模式，对机组热力系统的影响小，改造风险小。

来源：热力透平

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