提高燃气轮机机组功率的技术措施

伍赛特

对于正在运行的机组，出于某种需要，如要增加机组调峰功率等，是否可得以实现？国外早已着手寻求解决途径，并且已经运用了不少技术措施，确认为行之有效，正在逐步加以推广。甚至有的技术方案已成为成熟产品，可与相适合的老机组配套使用，国内也有购置的。也可以称之为挖潜改造工程，值得我们关注。下面列举几项技术措施，进行简要介绍。

1 燃机进气冷却技术

燃机的一个显著特点是对大气条件比较敏感，其中大气温度对燃机性能的影响最为明显。从气动热力学方面分析燃机性能关系式可以看出，大气温度升高时，致使燃机功率降低的主要原因是：

（1）机组增压比降低，致使透平发出的比功降低；

（2）压气机增压比下降，而压气机所消耗的比功略有增加；

（3）空气质量流量减少，机组有效功下降。

一般大气温度每升高1 K，其输出功率下降约1%。燃机进气质量流量及出力与压气机进气温度的关系如图1所示。

图1 燃气轮机性能曲线

因此，对于那些在冬夏季节温差大的地区工作的燃机，非常有必要在高温天气，而用电又处于高峰期，采取进气冷却措施。各种进气冷却技术原理，优、缺点及应用情况见表1。

表1 燃气轮机进气冷却技术类型

从表1可以看出：

（1）直接接触式虽然冷却能力较小，但是投资小、施工期短，其中喷雾冷却效果好，获得了广泛应用，并且有成熟的进气蒸发冷却装置出售。

（2）间接接触式的最大优点是冷却能力大，但是有的方案投资较大，很少采用。其中溴化锂吸收制冷可以充分利用电厂余热，冷却能力较大的优越性更具有广泛的适用性。

（3）如果将进气冷却与其他提高功率措施相结合，可以获得更大功率增量。如Frame7B尖峰发电装置，原机组燃机燃用蒸馏油，在38 ℃和34%相对湿度的设计条件下发电53 MW。先增添蒸发冷却系统，输出功率达到57 MW；后又应用进气冷却方法、改进压气机进口导叶、改烧天然气以及采用喷水等，输出功率提高到72 MW，功率增量达36%。

2 注水或蒸汽回注

这不仅是降低NO_x的技术措施，也是增加燃机功率的有效措施。如果对余热锅炉补燃，可增加回注蒸汽温度，功率增量会更大些，此方法也在验证之中。

3 提高燃烧温度

对于老机组，采取在涡轮冷却叶片上喷涂绝热涂层并提高t₄的措施具有相当大的潜力。该方法在FT4/CG4系列燃机上进行了验证：当叶片涂层厚度为0.178 mm时，燃烧温度增加17℃，功率增加6.5%；而涂层厚度为0.381 mm时，燃烧温度增加39 ℃，功率增加16%。

提高t₄对于老机组来说，可能会降低热端部件寿命。因此，有必要权衡得失，进行经济核算后再行决策。

4 多台燃机驱动一台大电机

目前，单台航机改型的燃机功率小于50 MW（早期小于36 MW），用于电站偏小，曾研究过多种方案设法增大功率。其中已付诸实施的方案是采用两台同型号的轻型燃机从发电机两端来驱动，使输出电功率增加1倍。采用此方案的好处是：

（1）地面燃机布置限制少，具有可行性；

（2）当负荷降至一半以下，可关闭一台燃机，以提高电站效率；

（3）改动量小，仅将其中一台动力涡轮的叶片反向制造，以及将滑动轴承和辅助传动等适当更改就能适应，而两台动力涡轮的机匣及转子等机件是一样的。

例如，英国罗·罗公司生产的SK60电站，用两台Olympus燃气发生器（单台功率为28.3MW）驱动一台发电机的输出电功率为56MW；美国UTC动力系统用两台FT4C—3F组成的电站，最大功率为64.7 MW等。

除了上述措施，还有水一燃料乳化（可降NO_x和稳定火焰）、进气增压（增大功率）、锅炉补燃再回注蒸汽等措施。

参考文献

[1] 李孝堂. 现代燃气轮机技术[M]. 北京：航空工业出版社, 2006.11.

[2] 伍赛特.航空发动机燃烧室设计研发过程研究综述[J].上海节能,2019(07):584-588.

[3] 伍赛特.航空发动机效率提升技术研究及展望[J].节能,2019(07):164-166.