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通过精确得湿度测量优化燃气轮机性能
更新时间:2025-09-26  |  点击率:48

   背景:
  确保燃气轮机以高效率运转是操作员的首要目标。在当前的经济环境下,任何能提高生产率进而提高立润的做法显然都很受欢迎。从环境角度看,燃气轮机尽量高效运转和减少排放量也很重要。幸运的是,有几种方法可以提高燃气轮机的输出功率。其中最重要的是,控制燃烧室入口空气的湿度和温度,因为这会直接影响燃气轮机的效率、排放和运转可靠性。


  更冷、更密实的空气可提高输出和效率:
  就燃气轮机效率而言,空气密度的影响是广的:更密实的进气增加了质量流速,因此提高了燃汽轮机的输出和效率。空气密度与温度成反比,这意味着温度升高会降低空气密度,从而降低燃气轮机的效率和功率。
  进气冷却(特别是在温暖和炎热的环境中)通常用于补偿由于空气温度高而造成的效率损失。即使空气温度有些许降低,也会引起功率输出的显著提高。空气温度每降低1°C,输出功率可提高多达0.5%。
  有几种技术可用于冷却进气。一种常见的解决方案是喷雾器,该系统通过喷嘴将水喷到气流中,从而随着水滴的蒸发使空气冷却。
  雾化的另一好处是空气湿度的增加减少了燃烧过程中产生的NOx排放。
  除了在温暖或炎热的条件下冷却进气外,湿度也是避免寒冷气候下产生结冰现象的关键因素。如果湿空气接近结冰,则需要防冰系统保护压缩机免受快速移动的冰粒所造成的损害。


  需要实现良好的控制,需要准确的湿度信息:
  鉴于进气系统内空气的高速流动,必须防止水滴和冰粒进入压缩机和涡轮机,以免造成代价高昂的损坏和腐蚀。实际上,这意味着空气湿度需要保持在饱和水平以下。换句话说,为了避免冷凝,进入系统的空气的露点温度必须低于系统中的空气和表面温度。
  考虑到测量的不确定性以及所测量空气的波动和不规则特性,控制系统必须具有安全余量。但是,由于测量不确定性而需要的余量越宽,损失的效率潜能就越大。这是高水平的测量可靠性真正发挥作用的地方。准确地测量露点可以使冷却和起雾(或甚至加热)尽可能地接近系统内的冷凝或结冰极限。


  表示湿度的不同方法:
  在不同的应用场合,用于表示湿度的术语也不同,包括但不限于相对湿度、露点温度和湿球温度。
  相对湿度(RH)是水蒸气在特定温度下的分压与其饱和压力之比。RH以百分比表示,通常用于描述环境空气湿度。使用RH的缺点是它在很大程度上取决于温度。例如,如果RH为85%,温度为20°C,则空气温度仅降低2°C,RH就变为96%。如果使用RH来测量涡轮机进气口中的空气湿度,则必须牢记这种相关性,因为即使没有冷却或加热,进气口系统中的空气温度也会发生变化。这主要是由于压缩机钟形口处空气的加速而引起冷却,从而导致温度下降若干摄氏度。受到这种冷却效果的影响,即使环境温度高于0°C,仍然存在结冰的风险。
  露点温度(Td)是指空气在恒定压力下冷却时,空气由于水蒸汽变得万全饱和而导致形成液态水(称为冷凝)的温度。在RH为100%时,环境温度与露点温度相同,但当露点温度低于环境温度时,空气变得更干燥,因此形成冷凝的风险较小。采用Td的两个主要好处是:它与温度无关,并且它直接为冷凝条件提供余量。
  湿球温度(Tw)是指包裹在湿护套中的温度计指示的温度。湿球温度和环境温度可用于计算相对湿度或露点。Tw是用于确定湿度的传统方法,但由于准确度有限且该方法需要一定的使用和维护技能,因此在很大程度上已被直接测量所取代。
  以上所有湿度参数均与压力有关,但对于进气应用,典型的压降非常小,因此不会产生明显的影响。例如,在20°C和1013 mbar下,压力降低20 mbar导致RH降低1.7%或Td降低0.3°C。


  影响准确度的因素:
  影响湿度测量准确度的因素有很多,其中明显的一个因素是基本传感技术。然而,薄膜聚合物传感器已被证明可以满足进气监测中最关键的需求:准确度、稳健性、长期稳定性和低维护要求。
  由于进气口中的空气可能非常接近饱和,甚至可能形成冷凝,因此即使在这些条件下,传感器也必须保持准确度。湿度传感器在冷凝空气中的一个挑战是:如果传感器变湿,则测量将持续显示饱和状态,直到传感器变干-即使空气本身不再饱和也是如此。为了解决这个问题,维萨拉开发了加热探头技术。这项技术可确保探头的温度始终高于周围空气温度,以避免传感器表面出现冷凝。
  在发电厂和受污染的环境中,进气中可能包含污染物,这会影响传感器的长期准确度。为了应对这一挑战,可以为先进的传感器配置化学物质清除功能,该功能通过蒸发可能的污染物来自动清洁传感器元件。


  智能温湿度探头维萨拉HMP7适用于高湿环境:
  Vaisala HUMICAP®智能温湿度探头HMP7专为持续高湿度或湿度快速变化的应用而设计,如干燥与测试箱、助燃空气、其他加湿器以及气象测量,在这些应用中测量性能和化学物质耐受性至关重要。HMP7是Indigo产品系列的组成部分,并与Indigo500,Indigo200系列主机设备和免费的Insight PC软件兼容。
  特点:
  •相对湿度(RH)准确度最高达0.8%RH,温度准确度最高达0.1°C(0.18°F)
  •温度测量范围-70...+180°C(-94...+356°F)
  •水气密封和压力密封结构
  •探头和传感器加热功能尽量减少探头上的冷凝
  •传感器清除提供化学物质耐受性
  •即插即用,与变送器的Indigo™系列兼容
  •支持基于RS-485的Modbus RTU通讯协议
  •可溯源的校准证书:6点湿度,1点温度

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