通過精確得濕度測量優化燃氣輪機性能

 　　背景：
　　確保燃氣輪機以高效率運轉是操作員的首要目標。在當前的經濟環境下，任何能提高生產率進而提高立潤的做法顯然都很受歡迎。從環境角度看，燃氣輪機盡量高效運轉和減少排放量也很重要。幸運的是，有幾種方法可以提高燃氣輪機的輸出功率。其中最重要的是，控制燃燒室入口空氣的濕度和溫度，因為這會直接影響燃氣輪機的效率、排放和運轉可靠性。

　　更冷、更密實的空氣可提高輸出和效率：
　　就燃氣輪機效率而言，空氣密度的影響是廣的：更密實的進氣增加了質量流速，因此提高了燃汽輪機的輸出和效率。空氣密度與溫度成反比，這意味著溫度升高會降低空氣密度，從而降低燃氣輪機的效率和功率。
　　進氣冷卻（特別是在溫暖和炎熱的環境中）通常用于補償由于空氣溫度高而造成的效率損失。即使空氣溫度有些許降低，也會引起功率輸出的顯著提高。空氣溫度每降低1°C，輸出功率可提高多達0.5%。
　　有幾種技術可用于冷卻進氣。一種常見的解決方案是噴霧器，該系統通過噴嘴將水噴到氣流中，從而隨著水滴的蒸發使空氣冷卻。
　　霧化的另一好處是空氣濕度的增加減少了燃燒過程中產生的NOx排放。
　　除了在溫暖或炎熱的條件下冷卻進氣外，濕度也是避免寒冷氣候下產生結冰現象的關鍵因素。如果濕空氣接近結冰，則需要防冰系統保護壓縮機免受快速移動的冰粒所造成的損害。

　　需要實現良好的控制，需要準確的濕度信息：
　　鑒于進氣系統內空氣的高速流動，必須防止水滴和冰粒進入壓縮機和渦輪機，以免造成代價高昂的損壞和腐蝕。實際上，這意味著空氣濕度需要保持在飽和水平以下。換句話說，為了避免冷凝，進入系統的空氣的露點溫度必須低于系統中的空氣和表面溫度。
　　考慮到測量的不確定性以及所測量空氣的波動和不規則特性，控制系統必須具有安全余量。但是，由于測量不確定性而需要的余量越寬，損失的效率潛能就越大。這是高水平的測量可靠性真正發揮作用的地方。準確地測量露點可以使冷卻和起霧（或甚至加熱）盡可能地接近系統內的冷凝或結冰極限。

　　表示濕度的不同方法：
　　在不同的應用場合，用于表示濕度的術語也不同，包括但不限于相對濕度、露點溫度和濕球溫度。
　　相對濕度(RH)是水蒸氣在特定溫度下的分壓與其飽和壓力之比。RH以百分比表示，通常用于描述環境空氣濕度。使用RH的缺點是它在很大程度上取決于溫度。例如，如果RH為85%，溫度為20°C，則空氣溫度僅降低2°C，RH就變為96%。如果使用RH來測量渦輪機進氣口中的空氣濕度，則必須牢記這種相關性，因為即使沒有冷卻或加熱，進氣口系統中的空氣溫度也會發生變化。這主要是由于壓縮機鐘形口處空氣的加速而引起冷卻，從而導致溫度下降若干攝氏度。受到這種冷卻效果的影響，即使環境溫度高于0°C，仍然存在結冰的風險。
　　露點溫度(Td)是指空氣在恒定壓力下冷卻時，空氣由于水蒸汽變得萬全飽和而導致形成液態水（稱為冷凝）的溫度。在RH為100%時，環境溫度與露點溫度相同，但當露點溫度低于環境溫度時，空氣變得更干燥，因此形成冷凝的風險較小。采用Td的兩個主要好處是：它與溫度無關，并且它直接為冷凝條件提供余量。
　　濕球溫度(Tw)是指包裹在濕護套中的溫度計指示的溫度。濕球溫度和環境溫度可用于計算相對濕度或露點。Tw是用于確定濕度的傳統方法，但由于準確度有限且該方法需要一定的使用和維護技能，因此在很大程度上已被直接測量所取代。
　　以上所有濕度參數均與壓力有關，但對于進氣應用，典型的壓降非常小，因此不會產生明顯的影響。例如，在20°C和1013 mbar下，壓力降低20 mbar導致RH降低1.7%或Td降低0.3°C。

　　影響準確度的因素：
　　影響濕度測量準確度的因素有很多，其中明顯的一個因素是基本傳感技術。然而，薄膜聚合物傳感器已被證明可以滿足進氣監測中最關鍵的需求：準確度、穩健性、長期穩定性和低維護要求。
　　由于進氣口中的空氣可能非常接近飽和，甚至可能形成冷凝，因此即使在這些條件下，傳感器也必須保持準確度。濕度傳感器在冷凝空氣中的一個挑戰是：如果傳感器變濕，則測量將持續顯示飽和狀態，直到傳感器變干-即使空氣本身不再飽和也是如此。為了解決這個問題，維薩拉開發了加熱探頭技術。這項技術可確保探頭的溫度始終高于周圍空氣溫度，以避免傳感器表面出現冷凝。
　　在發電廠和受污染的環境中，進氣中可能包含污染物，這會影響傳感器的長期準確度。為了應對這一挑戰，可以為先進的傳感器配置化學物質清除功能，該功能通過蒸發可能的污染物來自動清潔傳感器元件。

　　智能溫濕度探頭維薩拉HMP7適用于高濕環境：
　　Vaisala HUMICAP®智能溫濕度探頭HMP7專為持續高濕度或濕度快速變化的應用而設計，如干燥與測試箱、助燃空氣、其他加濕器以及氣象測量，在這些應用中測量性能和化學物質耐受性至關重要。HMP7是Indigo產品系列的組成部分，并與Indigo500,Indigo200系列主機設備和免費的Insight PC軟件兼容。
　　特點：
　　•相對濕度(RH)準確度最高達0.8%RH，溫度準確度最高達0.1°C(0.18°F)
　　•溫度測量范圍-70...+180°C(-94...+356°F)
　　•水氣密封和壓力密封結構
　　•探頭和傳感器加熱功能盡量減少探頭上的冷凝
　　•傳感器清除提供化學物質耐受性
　　•即插即用，與變送器的Indigo™系列兼容
　　•支持基于RS-485的Modbus RTU通訊協議
　　•可溯源的校準證書：6點濕度，1點溫度