De ce păstrarea la rece păstrează ingineria de putere mare la ieșire
De Pete McGuigan
Turbinele cu gaz (GT) funcționează la un volum constant de aer (sperăm) foarte curat. Cu toate acestea, densitatea acestui aer (greutatea pe unitate de volum) este cea care deține cheia dacă vrem să menținem nivelurile de putere de turbină cu gaz ridicate.
Într-o zi fierbinte de vară, aerul se extinde și este mai puțin dens (ocupă mai mult volum pentru aceeași greutate) decât într-o zi mai rece. Pentru turbinele cu gaz care funcționează la un volum constant de aer ingerat, acest lucru are ca rezultat un flux mai mic de masă de aer către compresor, ceea ce va reduce semnificativ performanța și puterea de ieșire.
Turbinele cu gaz sunt evaluate pentru performanță la 15 ° C (59 ° F), 60% umiditate relativă (RH) și la presiunea aerului la nivelul mării. Dacă GT-ul dvs. este localizat în și funcționează în principal în astfel de condiții, atunci eficiența și puterea pe care le vedeți promovate este ceea ce ar trebui să vă așteptați să generați. Cu toate acestea, dacă nu sunt îndeplinite condițiile de mai sus, atunci veți vedea o scădere semnificativă față de valorile nominale.
Toate GT-urile au niveluri de performanță reduse la temperaturi mai ridicate (și, de asemenea, la altitudini mai mari). Câteva reguli obișnuite pot fi folosite pentru a înțelege impactul.
Așteptați o reducere de aproximativ 0,4% a puterii, plus o creștere de 0,1% a ratei de căldură pentru fiecare creștere de 1 ° F (0,85 ° C) a temperaturii ambiante peste 15 ° C (59 ° F).
Așteptați o reducere de aproximativ 0,4% a puterii, plus o creștere de 0,1% a ratei de căldură pentru fiecare manometru de apă (250 Pa) de cădere de presiune.
Altitudinea are un efect minim asupra ratei de căldură, dar pentru fiecare creștere de 1000 de metri a înălțimii amplasamentului deasupra nivelului mării, există o pierdere de putere de aproximativ 3,5%.
Ca un exemplu, dacă temperatura aerului ambiant crește la 27 ° C (80 ° F), puterea poate scădea cu până la 3% pentru motoarele mai vechi cu „cadru” cu un raport de compresie de
10 și aproximativ 8% pentru motoarele aeroderivate cu rapoarte de compresie de
30. Aceasta crește la 7%, respectiv 17%, deoarece temperaturile ajung la 38 ° C (100 ° F). Când strângeți numerele, impactul financiar al acestui lucru poate fi enorm.
În zilele fierbinți, pierderile de producție ale turbinei sunt în continuare agravate, deoarece cererea pieței de energie crește și (de obicei) prețul crește. Consumatorii pornesc unitățile de aer condiționat în zilele fierbinți, ducând la creșterea prețurilor la energie. Într-adevăr, în perioadele de vârf, prețurile la energie se pot dubla
100 USD pe MWhr sau mai mult, ceea ce face din acest moment un moment în care companiile electrice doresc cu adevărat să maximizeze producția și să genereze profituri crescute. Cu toate acestea, în multe aplicații, se întâmplă opusul, iar performanța GT este redusă din cauza condițiilor de aer înconjurător și puterea de ieșire a mașinii scade de fapt.
Cel mai comun mod de a compensa această scădere a performanței este de a utiliza dispozitive suplimentare care funcționează pentru răcirea aerului de intrare, contracarând scăderea densității și recuperând o proporție din pierderile de putere.
O analiză a rambursării ar trebui efectuată cu asistența furnizorului de tehnologie pentru a înțelege beneficiile financiare care trebuie obținute prin introducerea tehnologiilor de răcire a aerului. Furnizorul de tehnologie poate ajuta, de asemenea, la definirea celor mai bune metode de răcire pentru orice aplicație GT dată și/și interval de timp operațional, pe baza datelor istorice ale temperaturii ambientale și umidității din zona locală. Pentru modernizări, aceștia pot oferi, de asemenea, detalii despre extinderea fundațiilor și adăugarea suportului la orice nouă structură de suport mai rece.
Sunt disponibile diferite tehnologii pentru realizarea răcirii cu admisie a aerului GT, cel mai frecvent bazată fie pe evaporarea apei în fluxul de aer, fie prin utilizarea schimbătorilor de căldură în stil tub și aripioare.
Evaporarea apei este una dintre cele mai simple și mai vechi metode de răcire a aerului. Chiar și cu toată tehnologia sofisticată disponibilă astăzi, inclusiv răcitoare mecanice, răcitoare de absorbție și sisteme de stocare a energiei termice, principiile simple ale răcirii prin evaporare rămân o metodă rentabilă pentru controlul temperaturii de admisie a aerului GT.
Performanța unui răcitor evaporativ se bazează pe raportul dintre numărul de grade pe care îl poate răci aerul în comparație cu depresiunea temperaturii becului umed. Această terminologie poate părea confuză, dar într-adevăr tot ceea ce înseamnă este diferența dintre becul uscat (care este doar un alt termen pentru temperatura aerului ambiant) și temperatura becului umed (care este temperatura pe care ar fi acest aer dacă ar fi 100% saturată, adică la 100% umiditate relativă (HR)).
Pe măsură ce aerul trece printr-un sistem de răcire prin evaporare, energia termică este transferată din aer în apă. Acest transfer de energie determină evaporarea apei, iar vaporii de apă se amestecă apoi cu aerul, manifestându-se ca umiditate crescută. Cu toate acestea, cantitatea totală de energie din aer rămâne constantă, astfel încât procesul poate fi considerat adiabatic.
Modelele bazate pe evaporarea apei utilizează ceea ce se numește transfer latent de căldură. Aceasta este atunci când căldura este transferată dintr-o substanță (aerul fierbinte) fără o creștere corespunzătoare a temperaturii în cealaltă substanță (apa introdusă). În această aplicație cealaltă substanță (apă) schimbă în schimb starea fizică din lichid în gaz pe măsură ce se evaporă, astfel terminologia „răcire prin evaporare”.
Cele mai frecvent utilizate sisteme de răcire prin evaporare utilizează un mediu „umed”. În acest tip de sistem, aerul de intrare GT trece printr-un banc de medii de răcire evaporative îmbibate cu apă. Evaporarea unei porțiuni de apă conținută în medii scade temperatura bulbului uscat al aerului. O etapă separatoare de umezeală este situată imediat în aval de banca media, a cărei funcție este de a îndepărta orice picături de apă lichidă care pot deveni re-antrenate în fluxul de aer. Mediul de răcire prin care trece aerul de intrare este de obicei situat între compartimentul filtrului de intrare și plenul de intrare, în amonte de amortizor. O patină suplimentară este utilizată pentru a adăposti rezervorul de apă de răcire, pompele, comenzile și sistemul de eșantionare a calității apei. Pentru sistemele mai mari, rezervorul de apă de alimentare (uneori numit bazin) poate fi amplasat direct sub seturile de bănci media.