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PCHE整体介绍基本已经完结，朋友说还缺了一些应用的介绍，所言极是，总结了一个成熟典型的燃气轮机联合循环应用，国内也有相关的应用案例（沈氏科技PCHE“电”靓浙能镇海联合发电公司燃机异地迁建改造项目），供老铁们一起探讨。
如何通过燃料气体加热来提高联合循环燃气轮机（CCGTs）效率
不断增加的电厂运营成本和竞争激烈的能源市场正迫使电厂所有者瞄准需要较少资本投资得以实现电厂效率的提升。实现增加电厂效率的典型方法，大家都比较熟知的如多级的HRSG（2级到3级）、再热系统、提高蒸汽温度/压力参数等，这类型的设计或改造都需要大量的资金投入，导致投资收益低于预期。还有提高电厂效率的其他方法，包括注汽、补燃HRSG、进口冷却、（旋转空冷）蒸汽发生器和燃气加热。
燃气加热由于投资较低，同时提供了效率的适度提高，正成为各种燃气轮机电厂技术共同关注的焦点。燃气加热是燃料进入燃烧室燃烧之前，使用节能器的高温给水对进口燃气进行预加热。通常使用中压(IP)给水将燃气温度提高185至200℃。通过使用高压(HP)给水，通过两级加热进一步将燃气温度提高到约350℃。HP进料压力可达255Bar，此处的应用更是高完整性、紧凑设计的PCHE的不二之选。在某些情况下，低压(LP)和中压（IP）给水可以组合使用，其中LP给水系统可以实现初始温度升高~100℃。
燃料成本是运行成本的主要部分，在不影响效率的情况下最大限度地减少燃料消耗是一种有吸引力的工厂性能增强选择。使用燃气加热可以提高效率，因为将燃料加热到燃烧温度所需的能量更少，从而减少了燃料消耗。
燃气轮机电厂常用于调峰发电或者热电连供。高峰时段(特别是夏季)较高的能源价格要求联合循环电厂提供快速响应的能力，并根据电网需求增加电力。在短时间内达到峰值功率的能力要求，同时保持电厂最大的可用性，意味着燃气轮机运营商寻找可靠和强大的解决方案。选择正确的技术来实现燃气加热对于发电厂的可靠性至关重要。为了最大限度地提高电厂的可用性，所选择的技术必须是强大的，并且能够响应不同的能源需求。
由于燃气加热系统的故障直接影响到电厂的可用性，因此该系统的适当设计和可靠运行至关重要。热扩焊接技术具有优越的性能和最低的维护要求，有助于整个工厂的可用性，特别是在要求苛刻的高峰运行模式下。
传统的热交换器容易因振动而发生故障，并且热响应时间较慢。扩散焊PCHE器以其高完整性和对温度斜坡率的快速响应时间而闻名。它们对快速瞬态运行引起的热应力的成熟弹性使其成为燃气轮机应用的理想选择。
如上图所示，采用单一压力(主要是IP给水)对燃料进行预热时，典型的紧凑PCHE布置。这种逆流布置允许深度的温度交叉热释放曲线，即热端端差HAT更接近的方法。PCHE交换器的效率达到99%，实现了更高的热回收。
扩散焊PCHE的高压性能很容易处理HP给水系统。虽然传统的热交换器(如管壳式)可以满足HP给水系统的高压要求，但深度的热量交换意味着它们需要串联几个外壳，这进一步增加了管道的复杂性，增加了资本和运行成本，特别是空间需要撬装模块化的系统。另一方面，PCHE不仅能够处理高压和严苛高温，而且还可以配置为单个芯体中配置处理多股流。因此，当需要使用LP和IP给水或IP和HP给水系统组合用于燃气加热时，两个压力系统可以合并在单个PCHE中。这将最大限度地减少压降以及对额外管道的需求，并易于模块化为撬/封装系统，如下图分体多个换热器和单个多股流换热器的对比。
使用热扩散焊PCHE提高效率的案例，以IP和HP给水为燃料燃气加热。初始选择使用55Bar240℃的中压给水，将燃气温度从15℃提高到220℃。然后利用HP给水(250Bar和355℃)将燃气温度进一步提高到300℃。两个压力级别的操作允许在部分负荷运行时所需的灵活性，其中IP给水有时不足以将燃气温度保持在所需的恒定值。
换热器效率对燃气加热负荷的影响，燃气出口温度是变化的。流动气体的流速考虑为15 kg/s，压力为50 bar。为了评估净LHV电效率的增加作为热交换器效率增加的函数，假设燃气具有50 MJ/kg的较低热值(LHV)，并且估计CCGT在没有燃气加热的情况下具有56%的净电效率，且该电厂的净输出功率估计为420 MWe。
曲线图1：描述了UA与添加到燃气中的热量(Q)的关系，从曲线上可以看出，随着热交换器效率的提高，加入燃料气体的热量稳步增加。虽然提高效率需要更高的UA值，从而增加资金成本，但随着交换器效率趋于统一，UA的增加也会越来越大。传统的热交换器很难达到与逆流紧凑型PCHE一样高的效率，因此只能提供有限的燃料气体温度增加。
tips：什么是UA？
UA即为换热系数，是换热过程中的一个重要参数，它描述了单位时间内单位面积上热量在换热器两侧传递的速率。通常情况下，热量传递速率与物体的温度差和流体的流速有关，换热系数与这些因素密切相关。
UA = h · A ·ΔT
UA是换热器的总换热系数,h是换热系数(W/m2·℃),A是交换面积(m2),ΔT是温度差(℃)。
曲线图2：通过从IP给水系统回收热量来提高燃气温度转化为LHV净电效率的提高。效率的提高是由于使燃料达到更高温度所花费的能量比加热给水所需的能量要少。分析表明，仅使用IP给水，当燃气温度从15℃提高到175℃至234℃时，效率提高了0.5%至0.7%。
曲线图3：显示了基于使用高压HP给水/燃气热交换器的类似分析的热负荷和UA与效率的关系。热负荷只是为了将燃气温度从IP给水/燃气段提高到更高的燃气出口温度而增加的额外热量。在非常高的效率下，随着效率的提高，UA值显著上升，热回收率急剧上升。
曲线图4：所示相应的电厂效率的额外增加。在温度从60℃进一步升高到115℃的情况下，通过IP给水/燃气交换器实现的电力效率的额外提高在0.27%至0.47%之间。整体燃气加热可以使净电效率提高0.7%(燃气出口温度为235℃，使用IP给水)至1.17%(燃气出口温度为350℃，使用高压HP给水)。
考虑到固定的交换器价格/UA以及燃料成本，由于效率提高而节省的燃料用于估计交换器资本投资回报所需的电厂运行时间。这是在IP和高压HP给水/燃气系统的不同换热器效率下进行的评估，分别显示在曲线图5和曲线图6中。由于高压和机械强度要求，HP给水/燃气交换器每单位UA价格相对较高，因此需要较长周期运行，以收回投资。
总结
综上可以表明，在燃气供热系统中采用高效紧凑型PCHE可以实现0.5至1.17%的LHV净电效率提高。除其他事项外，PCHE处理高压和多股流的能力是一个非常有吸引力的，可以用于最大限度地减少资本投资，同时很容易地将它们橇装模块化集成到燃气轮机系统。具有高完整性和灵活性能需求的PCHE技术是实现低运营成本，提高电厂可用性，提高性能和最大限度降低运营成本的解决方案的一部分。
