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噴霧行業資訊

噴霧蒸發冷卻技術在燃氣輪機上的應用
作者:成人富二代app 發表時間: 瀏覽人氣:187

噴霧蒸發冷卻技術在燃氣輪機上的應用

 


眾所周知,大氣溫度對於燃氣輪機的工作性能有很大的影響。以MARS-100 燃氣輪機發電機組為例,15 ℃時機組在塔裏木油田輪南現場的出力為9040kW,熱耗率為11727 kJ/kW·h,排氣溫度為485 ℃;當氣溫升到40 ℃時,機組的出力為7630 kW,熱耗率為12314 kJ/kW·h,排氣溫度為507 ℃。這就是說,燃機的進氣溫度升高了25 ℃,機組的出力下降了15.37%,熱耗上升了 5%,排氣溫度升高了22 ℃。表1 和圖1 是MARS-100 燃氣輪機發電機組在輪南現場的溫度特性。

燃機的這種溫度特性常常與人們的需要相違背:大氣溫度越高,電網的電量需求越大,而燃機的實際出力又越小。為了提高燃機在高溫季節的實際出力,比較有效的辦法是降低燃機的進氣溫度。這對降低燃機的熱耗,延長機組的使用壽命,也是十分有益的。

降低燃機進氣溫度的方法主要有以下兩類:
⑴製冷(壓縮式、吸收式)降溫法(如無錫華達電廠的AMS 係統)
⑵蒸發冷卻法(濕膜、噴水霧化等)(美國Donaldson 公司、AAF 公司產品) 以上幾種方法都能夠有效地降低燃機的進氣溫度。但是,對於某些特定的地區、特定的用戶,究竟采用哪種進氣降溫方法最合適,仍有待於進一步研究。
1 兩種進氣冷卻方法比較
1.1 進氣冷卻的基本原理及設計依據
    空氣冷卻降溫的熱力計算基礎是濕空氣的焓-濕圖(h-ω圖)。圖2 是濕空氣在某大氣壓下的實際焓-濕圖。根據濕空氣在降溫過程中焓-濕的變化過程,降溫方法基本可以分成兩大類:一種是依靠冷凍熱交換來降溫的“等濕冷卻法”和“去濕冷卻法”。冷卻過程中濕空氣從“A”點先沿等濕線垂直向下移動,進行等濕冷卻;當達到露點溫度tDP 後,若溫度繼續降低,則工作點沿露點溫度線向偏左方向移動,進行去濕冷卻,直到設計的溫度點,整個過程中焓值都在變化,這類降溫方法可以統稱為“冷凍換熱法”。無錫華達電廠的AMS 空氣係統即屬於這一類。另一種是利用水的自然蒸發來實現空氣降溫的“蒸發冷卻法”。它是利用水在蒸發過程中吸收空氣中的顯熱來達到空氣降溫的目的:向空氣中不斷噴水加濕,水霧會自然蒸發。隨著濕空氣相對濕度的提高,濕空氣的幹球溫度會自然下降,當相對濕度達到100%時,這種蒸發降溫的過程即自然停止,這時濕空氣的幹球溫度達到或接近濕空氣在新的水蒸氣壓力條件下的露點溫度tDP。由於整個降溫過程是沿濕空氣的 “等焓線”向下偏右方向移動,所以這種方法被稱之為“等焓蒸發冷卻法”,簡稱“蒸發冷卻法”。
    美國Donalson 公司的Kool 係列濕膜蒸發冷卻器就是利用這種原理製成的燃機空氣蒸發冷卻器。
    分析圖2,富二代短视频app安卓安装豆奶不難發現:冷凍換熱降溫法要消耗一定的外功,但降溫幅度較大;蒸發冷卻法幾乎不消耗外功,但降溫幅度小,且降溫效果受空氣相對濕度的影響較大。 
    我國西部地區夏季幹燥炎熱,嚴重缺水。以塔裏木油田輪南地區為例,夏季氣溫常常高於40 ℃,相對濕度在10%左右。塔中、吐魯番等地的夏季最高氣溫在50 ℃以上,相對濕度接近0%。在這種大氣條件下采用哪種燃機進氣冷卻方式最合適?隻有通過定量的計算分析,才會有比較準確的認識。
    針對輪南燃機電站的具體條件,f2dgc富二代短视频抖音app的設計依據是:
⑴3×10.6 MW MARS-100 機組,在t1=20℃時燃機的空氣質量流速Gy=130 200 kg(幹)/h
⑵設計點A,空氣幹球溫度ta=40 ℃, φ1=10%~60%
⑶降溫幅度△t= tat1=20 ℃ (t1 為燃機入口溫度)
⑷當地大氣壓Pb=902×102 Pa
⑸燃機允許攜水率:廠商規定1.7gpm(368 kg/h)

 


1.2 冷凍換熱法基本設計參數 
    ta =40 ℃,相對濕度分別為10%、30%、60%,t1 分別為40 ℃、30 ℃、20 ℃時各種狀態下冷凍換熱時濕空氣主要熱力參數的計算結果如表2 所示。
    2 表明:當Pb=902×102 Pa、ta=40 ℃、相對濕度小於30%,tat1=20 ℃時,冷凍換熱法消耗的總焓H=Gy×△h=130 200 kg/h×(53.5 kJ/kg-33.5 kJ/kg)=130 200 kg/h×(80 kJ/kg-60 kJ/kg) =260.4×104 kJ/h=733 kW,此時燃機進氣不含水。 
    ta=40℃、φ1=60%,降溫幅度仍為20℃時,冷凍換熱法進入去濕冷卻過程,冷凍換熱消耗的總焓H=130 200 kg/h×(123 kJ/kg-62 kJ/kg)=794.2×104 kJ/h=2 200 kW,此時冷凍換熱不僅能耗急劇增加,而且燃機進氣攜帶冷凝水量為2 025 kg/h,是機組允許值的6倍,這是不允許的。 
    考慮一定的設計餘度,每台機組可選取314×104 kJ/h 溴化鋰製冷機一台,或兩台機組選擇628 ×104 kJ/h 溴化鋰製冷機一台。這時需冷卻水250~500 m3/h,燃機進氣壓力損失增加值約250 Pa,功率損失40~45 kW。但當φ1=60%時,降溫幅度隻能為10℃左右。 
1.3 蒸發冷卻法基本設計參數 
    Pb=902×102 Pa、ta=40℃、相對濕度φ1=10%~40%條件下,蒸發冷卻時濕空氣主要熱力參數的計算結果如表3 所示。

3表明:當Pb=902×102 Pa、ta=40 ℃、φ1=10%,采用蒸發冷卻技術,進氣濕度φ2 提高至90%~95%時,燃機進氣溫度可降低21.2~22 ℃,此時耗水1 107~1 146 kg/h,若其他條件不變,φ1=40%時,燃機進氣溫度可降低11.1~11.6 ℃,此時耗水586~612 kg/h。安裝濕膜式蒸發冷卻器後, 燃機的進氣壓力損失增加值約250 Pa,功率損失40~45 kW。整個進氣冷卻過程幾乎不消耗外功。 
2 噴霧蒸發冷卻的特點
2.1 噴霧蒸發冷卻係統 
    通過以上計算分析,成人富二代app不難發現:在幹旱炎熱的地區為燃機進氣係統選配蒸發冷卻器,不僅降溫顯著,能夠明顯地提高燃機出力、降低綜合能耗,而且投資省、運行維護簡單。但是,目前傳統的濕膜式蒸發冷卻器體積大,安裝空間常常受到限製;進氣損失較大,常年影響燃機的部分出力; 
    同時蒸發效率也較低。因此富二代在线根據蒸發冷卻的基本原理,設計了如圖3 所示的噴霧蒸發冷卻器。

水以水霧狀直接噴入燃機進氣道。在氣流的攪動下,一部分水霧直接蒸發,使進氣的相對濕度大幅度提高,濕空氣的溫度隨之降低。同時,有部分水霧由於相互碰撞等原因,又形成較大的水滴。
    為避免這部分水滴進入燃機,在水霧進氣方向設置一個結構特殊的濕膜式水霧分離器。水滴經水霧 分離器濾除,直接回流到給水係統。這時,濕空氣又經過濕膜的二次蒸發,進氣的濕度進一步提高, 其幹球溫度接近露點溫度,從而達到蒸發冷卻的目的。
2.2 噴霧蒸發冷卻技術要解決的技術難題 
    要達到工程實用的要求,該項技術需解決以下幾項技術關鍵:
⑴、在很短的時間內(小於1 秒)實現水的絕熱蒸發,並使進氣的相對濕度達到90%以上。為此,需設計性能優異的噴霧器(噴嘴)。
⑵、根據燃機的功率、進氣的溫度、濕度和大氣壓力適時調節噴水量。要既能最大限度提高進氣的相對濕度,又要嚴格控製進入燃機的含水量。
⑶、嚴格控製給水的水質,防止燃機葉片結垢。
⑷、噴霧蒸發冷卻器的測量、控製、保護係統必須可靠,結構必須合理,以確保燃機的安全。
2.3 噴霧蒸發冷卻器的技術特點 
⑴、與北京航空航天大學合作,研製成功2.0~2.5 MPa 的中壓噴嘴,當供水壓力為2.0 MPa 時, 單個噴嘴的額定流量是45 kg/h。
⑵、控製係統采用SIMENS S7-200 可編程控製器,可實現由一台可編程控製器分別或同時控製三台機組,畫麵顯示的操作平台使用GP570 觸摸屏,重要參數如溫度、濕度、給水量等用儀表顯示。整個控製係統具有相當的先進性。 
⑶、采用8 t/h 反滲透水處理裝置使給水達到或超過燃機廠商規定的給水標準,再經過一台2 t/h 混床水處理裝置可以同時提供燃機葉片清洗的用水。 
    為了取得一係列工程數據,並確保燃機安全,富二代色版首先針對塔中燃機電站TAURUS-60(ISO: 4 750 kW)燃氣輪機發電機組,按照進氣量1/11.7 的比例,等風速、等進氣道長度設計了一套模擬試驗裝置。該裝置於1999 年5月試驗,試驗結果如表4 所示。

從表中數據可以看到,試驗結果與理論計算結果十分接近。 
    裝於MARS-100 機組的噴霧蒸發冷卻器本體及控製屏實物圖片見圖4、圖5。整套裝置於2000 7月安裝完畢。
3 噴霧蒸發冷卻器的試驗及運行結果 
3.1 典型的試驗結果 
    2000 年8 月,我國首台噴霧蒸發冷卻器在輪南燃機電站MARS-100 燃氣輪機發電機組上進行聯 試驗和商業試運行,典型的試驗結果如下: 
⑴、在溫控線運行時測試結果使MARS-100 燃氣輪機發電機組維持在最大輸出功率條件下運行(即機組在溫控線下運行), 測量機組最大輸出功率提高值及熱效率提高值,結果見表5。

⑵、在等溫運行時測試結果 
    在蒸發冷卻器投運前使MARS-100 機組的輸出功率固定在6000 kW 左右,這時測量到t5 溫度683 ℃,然後使蒸發冷卻器投運並維持t5 溫度在683 ℃左右不變,測量機組輸出功率提高值和熱效率提高值,結果見表6。

3.2 相對濕度及攜水率有關分析 
典型的一組試驗結果如表7 所示。

    比較表1 及表7,f2dgc富二代短视频抖音app發現:在ta=t1=40 ℃時,合同規定燃機出力7630 kW,現場實測結果(機 組自動計算並顯示)為7366 kW,小於合同規定值264 kW;在t1=20 ℃時,合同規定值為8803kW, 現場實測結果為8985 kW,高於合同規定值182 kW。據此:合同規定值大氣溫度從40 ℃時降到 20 ℃時,機組功率增加15.37%,而實際試驗結果是燃機t1 溫度從39.7 ℃時降到20.1 ℃時,機組功率增加毛值22.91%,遠高於合同規定值。 
    成人富二代app分析產生這種現象的主要原因是:Solar 公司在理論計算燃機現場出力時,空氣相對濕度φ1 是按50%,而實際為11.4%,因此進氣質量流速相差2 550 kg/h,輸出功率由此而降低;同理,t1 溫度降至20.1 ℃,進氣的相對濕度升至91.84%,進氣質量流速比預計高1300 kg/h 左右,同 時,又有226.5 kg/h 的攜水進入壓氣機,在壓氣機內進一步氣化降溫。所有這些,都十分有利於燃 機實際出力的提高。 
    由此可見,在幹旱炎熱的地區,相對濕度的大幅度變化,對燃機的出力也會有較大的影響。 
3.3 噴霧蒸發冷卻的降溫、升溫曲線 
    燃機在運行中,向燃機進氣道噴入水霧,其降溫過程曲線如圖6 所示。停止噴水後,其升溫過程曲線如圖7 所示。

    試驗結果表明:在向進氣道噴水後進氣的相對濕度是緩慢上升,進氣溫度是同步緩慢下降,達到穩定狀態需要25~30 分鍾;同樣,停止噴水後,進氣相對濕度是緩慢下降,進氣溫度是同步緩慢上升,達到穩定狀態需要15~20 分鍾。f2dgc富二代短视频抖音app認為,這種溫度升降特性是有利於燃機平穩運行的,不會因為突然噴水或突然停止噴水而造成燃機許用功率的突然變化。
3.4 機組振動、葉片表麵等方麵檢查
    在噴霧蒸發冷卻器投運的過程中,富二代色版密切監視機組各級振動的變化情況。機組振動值的變化僅隨輸出功率的變化而變化,均在允許值範圍內。f2dgc富二代短视频抖音app在分析化驗中間水箱回水水質時發現,當噴霧蒸發冷卻器投入運行僅一小時左右,中間水 箱的給水水質的電導率由4.7 μs/cm 升高到8.9 μs/cm。電導率的提高顯然是來自進氣中殘留的鹽份。這說明噴霧蒸發冷卻器的投運也十分有利於燃機進氣的淨化。事後檢查壓氣機、渦輪葉片,所 有葉片十分光潔。
4 幾種進氣冷卻方案綜合比較及經濟效益分析 
    輪南3×10.6 MW 燃機電站噴霧蒸發冷卻器單台設備造價73 萬元,參考相關資料,富二代国产APP色版將幾種進氣冷卻方案的經濟技術指標綜合如表8 所示。

以輪南燃機電站為例:經測算,每年在5~9 月期間,若二台噴霧蒸發冷卻器每天平均使用8 小時,機組功率增加平均值為15.95%,效率增加平均值為4.07%,年運行840 小時;按照當地電價0.94 元/kW·h,天然氣價0.818 元/Nm3 計,年增加電費收入113.1 萬元,降低燃料費用40.6 萬元,二項合計增收節支153.7 萬元,當年即可收回設備投資。 
    目前我國新疆境內已建有燃氣輪機發電機組<

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