噴霧技術(shù)在燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣冷卻的應(yīng)用
時(shí)間：2023-03-08
燃?xì)廨啓C(jī)在高溫環(huán)境工作時(shí)，其輸出功率和效率都會(huì)有顯著的降低，其原因是燃?xì)廨啓C(jī)是一種恒定容量的機(jī)器，即在恒定的工作轉(zhuǎn)速下，沿進(jìn)氣系統(tǒng)吸入恒定體積流量的空氣(不考慮IGV的影響),但是燃?xì)廨啓C(jī)的出力和空氣質(zhì)量流量成正比，而非體積流量,因此只要把進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)的空氣溫度降下來(lái),進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)的空氣質(zhì)量流量就會(huì)增加，從而提高燃?xì)廨啓C(jī)出力和效率。
進(jìn)氣冷卻系統(tǒng)的基本原理就是通過(guò)降低燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣溫度,增大空氣的密度,提高進(jìn)氣的質(zhì)量流量，從而使燃?xì)廨啓C(jī)的出力增大;另一方面，隨著進(jìn)氣溫度的降低，壓氣機(jī)耗功也減少。圖 1 是某F級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣溫度與性能參數(shù)關(guān)系的參考曲線(xiàn)。燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)設(shè)置的進(jìn)氣冷卻系統(tǒng)必然會(huì)對(duì)整個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣增加一定量的壓降,這部分的壓降會(huì)降低燃?xì)廨啓C(jī)的出力和效率。而且一旦進(jìn)氣冷卻系統(tǒng)已經(jīng)配置，不管其是否投入使用這個(gè)出力和效率的降低是始終存在的，會(huì)對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生一定的影響。
噴霧式蒸發(fā)式進(jìn)氣冷卻是噴霧冷卻系統(tǒng)使用高壓水泵把除鹽水增壓到6.9~20.7MPa,水經(jīng)過(guò)不銹鋼管網(wǎng)到達(dá)安裝在進(jìn)氣系統(tǒng)中的噴嘴矩陣。這種冷卻器將水高細(xì)度霧化后,噴入空氣流中,利用水霧化后表面積急劇增大的特點(diǎn)來(lái)強(qiáng)化蒸發(fā)冷卻效果，可以將空氣冷卻至飽和點(diǎn)附近，具有很高的冷卻效率;并且阻力損失較小，經(jīng)過(guò)冷卻后的空氣，其相對(duì)濕度達(dá)到97%~100%。在進(jìn)氣系統(tǒng)內(nèi)，一般在濾芯之后消音器之前布置霧化噴嘴矩陣,通過(guò)噴霧泵組模塊,將除鹽水引人，并經(jīng)過(guò)過(guò)濾、加壓，通過(guò)噴嘴,產(chǎn)生霧化液滴,與入口空氣混合。噴霧量視自帶的濕度溫度監(jiān)測(cè)模塊、控制模塊調(diào)整泵組的開(kāi)啟情況予以控制，來(lái)滿(mǎn)足不同的冷卻溫度梯度要求。
噴霧蒸發(fā)冷卻一般安裝在進(jìn)氣道過(guò)濾后，不需要較多更改進(jìn)氣道，因設(shè)備啟?？斓葍?yōu)點(diǎn)而被廣泛用于要求高溫季節(jié)提高出力的燃?xì)廨啓C(jī)(乃至聯(lián)合循環(huán))進(jìn)氣冷卻系統(tǒng)中。噴霧蒸發(fā)冷卻的設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用較低，該冷卻方式對(duì)環(huán)境濕度的敏感度比蒸發(fā)式冷卻更低，壓降也非常小,但是其對(duì)水質(zhì)的要求比蒸發(fā)式的要高，同時(shí)，一旦發(fā)生噴嘴故障,可能對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的安全運(yùn)行形成一定的風(fēng)險(xiǎn)。其特點(diǎn)是安裝時(shí)無(wú)需對(duì)進(jìn)氣道進(jìn)行改造，停機(jī)時(shí)間短。
進(jìn)氣噴霧冷卻的優(yōu)勢(shì)是燃機(jī)進(jìn)氣噴霧冷卻系統(tǒng)無(wú)需對(duì)原有的進(jìn)氣室進(jìn)行大的改動(dòng)，安裝速度快、初始投資低、維護(hù)及保養(yǎng)簡(jiǎn)單、系統(tǒng)耗水量小;系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)制造，占地小，安裝位置靈活，相比較常規(guī)蒸發(fā)冷卻和制冷冷卻，對(duì)燃機(jī)進(jìn)氣道幾乎不產(chǎn)生壓力降，改造技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)小;噴霧冷卻是一種成熟先進(jìn)的技術(shù)產(chǎn)品，并且在全球有超過(guò)970套的成功應(yīng)用案例。
燃機(jī)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，環(huán)境溫度每升高1℃，燃機(jī)輸出功率就會(huì)相應(yīng)下降約0.54-0.90%，通過(guò)對(duì)進(jìn)氣進(jìn)行噴霧冷卻，可以有效降低壓氣機(jī)功耗、提高燃機(jī)輸出功。因而，合理組織燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣噴霧冷卻過(guò)程具有重要意義和價(jià)值。本課題組提出的噴霧冷卻技術(shù)是對(duì)噴霧冷卻過(guò)程的優(yōu)化組織，可以降低耗水量、減少液滴對(duì)壓氣機(jī)葉片的撞擊及水蝕現(xiàn)象，提升燃機(jī)工作穩(wěn)定性和輸出功率，經(jīng)濟(jì)效率顯著。
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