立项背景:

燃气轮机进气温度控制技术目前在国内外有一定应用，但与本次研究的目前和应用条件均不相同。国外燃机机组一般采用单循环运行，并且相当数量的燃机机组承担的是电网的基本负荷，因此这类燃机机组主要面临夏季负荷低于机组设计值的问题。国外研究人员在燃机进气冷却方面有较为成熟的理论研究。国内上海交大、华北电力大学、国电燃机研究所等高校和机构均进行了深入研究。但是由于我国燃机机组运行调度方式与国外不同，一般均限制年利用小时数，即年发电量基本固定，因此燃机进气冷却技术应用不广泛。

该项目研究的燃机进气加热技术，目前主要应用在燃气轮机进气系统防冰除湿方面，常见技术路线有压气机抽气加热和翅片管换热器加热两种方式。国内外近年来关于燃机进气加热技术的研究均集中在进气系统防冰堵湿堵方面，对于燃气轮机部分负荷条件下通过进气加热提高机组效率的研究，目前国内其他科研机构和高校还未开展。因此，该科研项目的开展和技术的应用将极大的提高国内外燃机领域技术人员对于燃机进气加热技术的认识和理解，推动燃机厂家针对中国燃机的应用现状优化机组设计。

主要做（方）法、原理:

燃气轮机是一种以连续流动的气体作为工质、把热能转换为机械功的旋转式动力机械。由于其采用空气作为做功工质，因此燃气轮机的运行情况容易收到外部气温、湿度等的影响。同时，由于燃气轮机系统的精密性，燃气轮机的运行效率对于运行负荷十分敏感。当燃气轮机处于部分负荷时，热耗率相对设计满负荷时大大上升，尤其是在燃机负荷不足设计负荷70%时，热耗率上升7%以上。燃气轮机长期在部分负荷区间工作，大大降低了系统的运行效率，导致了能源的极大浪费。

燃机部分负荷提效技术主要是针对燃机以部分负荷定负荷运行而言。燃机以部分负荷定负荷运行时，压气机进气质量流量为定值，提升燃机进气温度会降低进气空气密度，从而提高进气体积流量，迫使压气机IGV角度开大，从而减少IGV内空气流动的节流损失，改善压气机运行状况。进针对我国燃机机组部分负荷运行的特点，该项目利用燃机电厂的余热，创新地采用低阻力模块式燃机进气专用换热器，根据天津华电福源热电9E燃机机组部分负荷工况特性对燃机入口空气进行加热，降低燃机机组部分负荷工况发电热耗，提高联合循环机组的整体运行经济性。项目利用天津华电福源热电有限公司1套机组余热锅炉尾部烟气余热利用换热器热水，根据9E机组燃机部分负荷工况特性对入口空气进行加热。本进气加热系统在冬季和春秋季可以采用并联、串联的方式灵活配置运行方式。同时，进气加热换热器进出口管路设置全流量旁路，可在夏季或机组涨负荷时切断进入进气加热换热器的热水。另外，为了保证系统安全性，本系统加热装置设置了紧急排水口，便于在冬季紧急停机排空用。

关键创新点和技术特点主要包括：

1、该项目完成了国内首个燃机部分负荷进气加热提效技术技术应用：利用1#机组余热锅炉尾部换热器热水对部分负荷工况下燃机进气进行加热，提高联合循环机组部分负荷工况下发电效率。

2、该项目利用机组余热对燃机过滤器前入口空气进行加热，在不降低燃机效率的情况下提高燃机进气系统在复杂气候条件下的安全裕度。

3、该项目创新性地设计了一种适合燃机电厂现场改造的燃机进气加热模块，大大降低了现场施工难度和工程量。

4、该项目依托燃机进气加热系统设计了一种灵活地燃机进气过滤器配置方式及配套装置，便于电厂在不同季节灵活配置过滤器组合。

实施应用前后效果（益）情况对比：

该项目在2018年10月由华北电力科学研究院完成燃机联合循环性能试验，主要系统技术指标测试如下：

（1）120MW 负荷工况，进气加热系统设计热负荷为6.6MW，实际热负荷为3.69MW，加热系统投入后，进气温升14.30℃，加热系统压损35Pa；130MW负荷工况，进气加热系统设计热负荷为6.9MW，实际热负荷为3.86MW，加热系统投入后，进气温升14.38℃，加热系统压损39.6Pa。

（2）120MW负荷加热系统切除工况，联合循环机组修正热耗为7932.80kJ/kWh，加热系统投入工况，联合循环机组修正热耗为7804.04kJ/kWh，联合循环机组热耗降低128.76 kJ/kWh；130MW 负荷加热系统切除工况，联合循环机组修正热耗为7712.72kJ/kWh，加热系统投入工况，联合循环机组修正热耗为7603.62kJ/kWh，联合循环机组热耗降低109.10 kJ/kWh。

该项目进气加热系统2018-2019年实际投运期为2018年10月至2019年4月15日，实际运行小时数4368h，其中联合循环120MW负荷以下运行时间为2421小时，联合循环120MW-130MW负荷运行时间326小时。根据改造后性能试验结果，本系统投入后发电热耗降低带来的燃料节省量约天然气122万Nm3/a，天然气价格2.3元/m3计算，每年可节省天然气费用约280万元。

采用该项目燃机进气加热技术后，提高了机组燃机进气系统抵抗高湿低温等复杂气候的能力，提升了燃机进气系统的安全裕度。通过该项目技术应用，1#燃机进气系统过滤器改用国产进气过滤器，年节省过滤器费用80万元。

可推广应用范围：

目前国内燃气轮机发电机组普遍存在运行负荷率低，实际运行效率与设计值偏差较大的问题。同时，随着机组本身运行水平的提升、机组设备性能的提升，通过运行优化和技术改造实现节能减排的空间越来越小。该项目通过对9E级燃机部分负荷进气加热技术的研究和国内首个示范应用，实现了机组尾部烟气余热的综合利用和部分负荷工况机组提效，具有极强的国内国外示范意义。该项目的研究与实施获得了国内外燃机厂家和研究单位的关注，国内主要燃机厂家也对本技术表示认可，并计划推出相应技术和产品。该项目研究目前在国内外已经具备先发优势，在技术不断完善的基础上，具有极大的推广应用价值。