燃气轮机进气雾化式蒸发冷却控制技术研究

　　引　言

　　燃气轮机是调峰电厂的主要发电设备,机组性能受大气环境温度的影响较大。一个显著的特点是随着大气温度的升高,燃气轮机出力和空气流量都有所下降,热耗率升高,如图1所示。

　　目前,由于燃料价格等因素使得燃气轮机机组的运行经济性亟待提高,特别是当机组处于高温运行环境时,这种需求更为迫切。为了提高燃气轮机发电机组在高温季节的实际出力及热效率,采用燃气轮机进气雾化式蒸发冷却技术是一条有效且可行性强的途径。据不完全统计,目前仅北美地区已有700余台燃气轮机装置安装了进气雾化式蒸发冷却系统,而在我国,对该项目的研究起步较晚,目前也仅广东、福建等地区部分燃气轮机电厂采用了这种制冷系统,且几乎全部依赖进口技术和设备。本研究是针对某典型型号的燃气轮机加装进气冷却装置进行的控制技术研究,保证机组增加部分与原控制部分联锁兼容,协调安全,提高燃气轮机的出力和效率。与国外进口设备相比,该装置具有安装调试方便、控制灵活、性能稳定、投资成本低等优势。

　　1　雾化蒸发冷却系统的工作原理

　　雾化式蒸发冷却技术的原理是利用水在空气中蒸发时所吸收的潜热来降低空气温度。当未饱和空气与水接触时,两者之间便发生传热、传质的过程,空气的显热就转变为水蒸发时吸收的潜热,空气温度随之降低。

　　某电厂拥有一套燃—蒸联合循环发电机组,其中1台PG6551(B)型燃气轮机加装雾化式蒸发冷却系统降低机组进气温度。系统主要构成包括2台前置泵、2台5μm的精密水滤器、5台高压柱塞雾化泵、喷嘴组件、高压管线系统、控制系统的PLC控制箱和电动机控制箱,其结构如图2所示。除盐水经雾化撬体过滤加压后通过高压管道被输送至雾化喷嘴。雾化喷嘴分为若干组,安装在燃气轮机空气进气室,每组喷嘴的数量和冷却能力各不相同,可分别或同时投运。雾化喷嘴将水高细度雾化后,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,这种冷却方式可将空气冷却至饱和点附近,具有很高的冷却效率。机组要求雾化式蒸发冷却系统当大气温度高于10℃时投入,低于10℃时不投入。

　　2　控制系统

　　2.1　设计范围与组成

　　控制系统的设计范围:燃气轮机进气雾化式蒸发冷却控制和电气系统设计;PLC控制箱设计;电动机控制箱设计;设备选型与配套。控制系统的组成包括1台以带触摸屏的可编程控制器为核心的PLC控制箱;1台控制保护泵组的电动机控制箱;1台气象站、1套压力/流量等系统参数的测量仪表;电磁阀和自立式压力调节阀等设备。