帶有濕度控制和能量回收的入口空氣致冷系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本申請涉及帶有濕度控制和能量回收的入口空氣致冷系統(tǒng)，提供了一種用于與燃氣渦輪發(fā)動機聯(lián)用的入口空氣致冷系統(tǒng)。該入口空氣致冷系統(tǒng)可包括入口空氣過濾部、定位在入口空氣過濾部內(nèi)的空氣致冷/加熱盤管、以及在入口空氣過濾部內(nèi)定位在空氣致冷/加熱盤管下游且與空氣致冷/加熱盤管連通的能量回收/加熱盤管。
【專利說明】帶有濕度控制和能量回收的入口空氣致冷系統(tǒng)
【技術(shù)領域】
[0001]本申請和所得專利大體涉及燃氣渦輪發(fā)動機，并且更特定地涉及一種用于與包括濕度控制和能量回收的燃氣渦輪發(fā)動機聯(lián)用的入口空氣(inlet air)致冷和加熱系統(tǒng)，以用于增加的總輸出和熱效率。
【背景技術(shù)】
[0002]燃氣渦輪發(fā)動機的功率輸出與離開壓縮機的壓縮空氣流的質(zhì)量流率成比例。在給定旋轉(zhuǎn)速度下，壓縮機具有固定能力以處理一定體積流率的空氣流?？諝饬鞯馁|(zhì)量流率隨周圍溫度的升高而降低，因為當溫度升高時，空氣的密度降低。燃氣渦輪發(fā)動機的效率和功率輸出因此隨周圍溫度的升高而降低。
[0003]增大功率輸出的已知技術(shù)之一包括降低入口空氣流的溫度。功率增大系統(tǒng)可包括致冷盤管(coil)和/或蒸發(fā)冷卻器，以便降低進入空氣流的溫度。然而，功率增大系統(tǒng)的使用可增加對進入壓縮機的空氣流的阻力。該阻力可被限定為入口空氣系統(tǒng)中的壓降。渦輪效率和功率輸出也是入口系統(tǒng)壓降的函數(shù)。入口系統(tǒng)壓降越高，渦輪的效率和總功率輸出便越低。此外，對現(xiàn)有燃氣渦輪添加功率增大系統(tǒng)通常涉及用于這一大規(guī)模改型的相當長停工期。
[0004]較高入口系統(tǒng)壓降的其它原因包括在非常潮濕的周圍狀況期間以及在成霧狀況期間入口過濾器的結(jié)塊?？墒褂萌肟诳諝饧訜嵋员憬档驮谀切顩r期間的入口空氣的濕度比。然而如上，升高入口空氣溫度通常導致功率產(chǎn)生能力的降低，特別是在基本負載狀況下。而且，當入口致冷/加熱盤管位于空氣過濾器元件的上游以降低成本和消除對渦輪停工期的需求時，在入口空氣致冷運行期間，當水聚結(jié)且入口空氣濕度比接近百分之百(100%)時，結(jié)塊可產(chǎn)生在過濾器元件上。為避免可導致更高入口壓降和燃氣渦輪關(guān)閉的這種結(jié)塊，入口空氣致冷/加熱盤管通常安裝在終濾器的下游。
[0005]因此，存在對改進的入口空氣致冷系統(tǒng)的需求。這種改進的入口空氣致冷系統(tǒng)可提供入口空氣溫度和濕度控制兩者，且因此避免結(jié)塊等，同時提供總體增加的效率和功率輸出。此外，這種改進的系統(tǒng)可為不需要大規(guī)模停工期和費用的改型。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本申請和所得專利因而提供一種用于與燃氣渦輪發(fā)動機聯(lián)用的入口空氣致冷系統(tǒng)。該入口空氣致冷系統(tǒng)可包括入口空氣過濾部(filter house)、定位在入口空氣過濾部內(nèi)的空氣致冷/加熱盤管、以及在入口空氣過濾部內(nèi)定位在空氣致冷/加熱盤管下游且與空氣致冷/加熱盤管連通的能量回收/加熱盤管。
[0007]本申請和所得專利還提供一種調(diào)節(jié)用于燃氣渦輪發(fā)動機的入口空氣流的方法。該方法可包括以下步驟:使水流流過致冷/加熱盤管；利用致冷/加熱盤管中的經(jīng)致冷水流將空氣流冷卻至露點以下；使用過的溫水流流過能量回收/加熱盤管；以及利用能量回收/加熱盤管中的水流來加熱空氣流，以降低其中的濕度水平。[0008]本申請和所得專利還提供一種用于與燃氣渦輪發(fā)動機聯(lián)用的入口空氣致冷系統(tǒng)。該入口空氣致冷系統(tǒng)可包括入口空氣過濾部、定位在入口空氣過濾部內(nèi)的多程空氣致冷/加熱盤管、在入口過濾部內(nèi)定位在多程空氣致冷盤管下游的除霧器、以及在入口空氣過濾部內(nèi)定位在除霧器下游且與多程空氣致冷/加熱盤管連通的能量回收/加熱盤管。
[0009]在一方面，提供了一種用于與燃氣渦輪發(fā)動機聯(lián)用的入口空氣致冷系統(tǒng)，其包括:入口空氣過濾部；空氣致冷/加熱盤管，其定位在入口空氣過濾部內(nèi)；以及能量回收/加熱盤管，其在入口空氣過濾部內(nèi)定位在空氣致冷/加熱盤管下游且與空氣致冷/加熱盤管連通。
[0010]優(yōu)選地，入口空氣過濾部包括入口空氣過濾部延伸件。
[0011 ] 優(yōu)選地，A 口空氣致冷系統(tǒng)還包括在入口過濾部延伸件下游的現(xiàn)有空氣過濾部。
[0012]優(yōu)選地，A 口空氣致冷系統(tǒng)還包括定位在入口過濾部延伸件和現(xiàn)有入口過濾部之間的旁路氣窗。
[0013]優(yōu)選地，空氣致冷/加熱盤管包括多程盤管。
[0014]優(yōu)選地，入口空氣致冷系統(tǒng)還包括定位在空氣致冷/加熱盤管和能量回收/加熱盤管之間的除霧器。
[0015]優(yōu)選地，入口空氣致冷系統(tǒng)還包括與空氣致冷/加熱盤管連通的給水。
[0016]優(yōu)選地，給水包括水/防凍劑混合物。
[0017]優(yōu)選地，入口空氣致冷系統(tǒng)還包括定位在空氣致冷/加熱盤管和能量回收/加熱盤管之間的能量回收/加熱盤管泵。
[0018]優(yōu)選地，入口空氣致冷系統(tǒng)還包括與能量回收/加熱盤管連通的回水。
[0019]優(yōu)選地，空氣致冷/加熱盤管和能量回收/加熱盤管包括功率增大系統(tǒng)。
[0020]優(yōu)選地，入口過濾部包括定位在空氣致冷/加熱盤管上游的一個或多個預濾器。
[0021]優(yōu)選地，入口過濾部包括在空氣致冷/加熱盤管下游的一個或多個終濾器。
[0022]優(yōu)選地，入口過濾部包括一個或多個溫度傳感器和/或濕度傳感器。
[0023]在另一方面，提供了一種調(diào)節(jié)用于燃氣渦輪發(fā)動機的入口空氣流的方法，其包括:使水流流過致冷/加熱盤管；利用致冷/加熱盤管中的水流將空氣流冷卻至露點以下；使水流流過能量回收/加熱盤管；以及利用能量回收/加熱盤管中的水流來加熱空氣流以降低其中的濕度水平。
[0024]在又一方面，提供了一種用于與燃氣渦輪發(fā)動機聯(lián)用的入口空氣致冷系統(tǒng)，其包括:入口空氣過濾部；多程空氣致冷/加熱盤管，其定位在入口空氣過濾部內(nèi)；除霧器，其在入口過濾部內(nèi)定位在多程空氣致冷/加熱盤管的下游；以及能量回收/加熱盤管，其在入口空氣過濾部內(nèi)定位在除霧器下游且與多程空氣致冷/加熱盤管連通。
[0025]優(yōu)選地，入口空氣過濾部包括入口空氣過濾部延伸件。
[0026]優(yōu)選地，入口空氣致冷系統(tǒng)還包括在入口過濾部延伸件下游的現(xiàn)有空氣過濾部。
[0027]優(yōu)選地，A 口空氣致冷系統(tǒng)還包括定位在入口過濾部延伸件和現(xiàn)有入口過濾部之間的旁路氣窗。
[0028]優(yōu)選地，入口空氣致冷系統(tǒng)還包括定位在空氣致冷/加熱盤管和能量回收/加熱盤管之間的能量回收/加熱盤管泵。
[0029]在結(jié)合若干附圖和所附權(quán)利要求回顧以下詳細描述后，本申請和所得專利的這些和其它特征及改進對于本領域普通技術(shù)人員將變得顯而易見。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1是燃氣渦輪發(fā)動機的示意圖，示出了壓縮機、燃燒器和渦輪。
[0031]圖2是帶有空氣入口系統(tǒng)的燃氣渦輪發(fā)動機的示意圖。
[0032]圖3是如本文中可能描述的空氣入口致冷系統(tǒng)的示意圖。
[0033]部件列表: [0034]10燃氣渦輪發(fā)動機
[0035]15壓縮機
[0036]20空氣
[0037]25燃燒器
[0038]30燃料
[0039]35燃燒氣體
[0040]40渦輪
[0041]45軸
[0042]50負載
[0043]55入口空氣系統(tǒng)
[0044]60天氣罩(weather hood)
[0045]65入口過濾部
[0046]70聚結(jié)墊
[0047]75功率增大系統(tǒng)
[0048]80致冷盤管
[0049]85過渡件
[0050]90入口導管
[0051]95消音器
[0052]96入口抽汽加熱
[0053]100入口空氣致冷系統(tǒng)
[0054]110入口過濾部
[0055]120入口過濾部延伸件
[0056]130天氣罩
[0057]140聚結(jié)墊
[0058]150預濾器
[0059]160旁路氣窗
[0060]165終濾器
[0061]170功率增大系統(tǒng)
[0062]180空氣致冷/加熱盤管
[0063]190多程盤管
[0064]200給水
[0065]205水流[0066]210漂浮物消除器
[0067]220能量回收/加熱盤管
[0068]230溫度控制閥
[0069]240泵
[0070]250回水
[0071]260濕度控制閥
[0072]270溫度傳感器
[0073]280濕度傳感器。
【具體實施方式】
[0074]現(xiàn)在參考附圖，在若干附圖中相同標號代表相同元件。圖1示出了如本文中可能使用的燃氣渦輪發(fā)動機10的示意圖。燃氣渦輪發(fā)動機10可包括壓縮機15。壓縮機15壓縮進入空氣流20。壓縮機15傳輸壓縮空氣流20至燃燒器25。燃燒器25將壓縮空氣流20與加壓燃料流30混合并點燃混合物以形成燃燒氣體流35。雖然僅示出單個燃燒器25，但是燃氣渦輪發(fā)動機10可包括任何數(shù)量的燃燒器25。燃燒氣體流35繼而被傳輸至渦輪40。燃燒氣體流35驅(qū)動渦輪40以便產(chǎn)生機械功。在渦輪40中產(chǎn)生的機械功經(jīng)由軸45驅(qū)動壓縮機15和諸如發(fā)電機的外部負載50等。
[0075]燃氣渦輪發(fā)動機10可使用天然氣、各種類型的燃油、各種類型的合成氣和/或其它類型的燃料。燃氣渦輪發(fā)動機10可為由紐約州斯卡奈塔第市的GE公司提供的許多不同燃氣渦輪發(fā)動機中的任一種，包括但不限于諸如7系或9系重型燃氣渦輪發(fā)動機等的那些。燃氣渦輪發(fā)動機10可具有不同構(gòu)型且可使用其它類型的部件。此處還可使用其它類型的燃氣渦輪發(fā)動機。此處還可聯(lián)用多個燃氣渦輪發(fā)動機、其它類型的渦輪和其它類型的功率產(chǎn)生設備。
[0076]圖2示出了可與燃氣渦輪發(fā)動機10等聯(lián)用的入口空氣系統(tǒng)55。入口空氣系統(tǒng)55可包括安裝在入口過濾部65上的天氣罩60，以便進入空氣流20穿過。天氣罩60可防止諸如雨、雪等的天氣要素進入其中。入口過濾部65可從空氣流20移除異物和碎片。天氣罩60可包括許多漂浮物消除器和/或聚結(jié)墊70。聚結(jié)墊70可降低空氣流20內(nèi)的液體含量。在過濾部65中，諸如脈沖空氣過濾器等的許多過濾器68還可用于天氣罩60的下游。
[0077]空氣流20隨后可穿過功率增大系統(tǒng)75。功率增大系統(tǒng)75可包括定位在入口過濾部65內(nèi)的致冷盤管80和/或其它類型的致冷裝置，以致冷進入空氣流20。入口過濾部65還可具有帶有減小截面的過渡件85。過渡件85可通向朝壓縮機15延伸的入口導管90。還可使用諸如消音器95和入口抽汽加熱系統(tǒng)97的其它部件。此處描述的渦輪入口空氣過濾器系統(tǒng)55和部件僅為舉例目的。此處可使用帶有其它部件和其它構(gòu)型的其它類型的入口空氣系統(tǒng)。
[0078]圖3示出如本文中可能描述的入口空氣致冷系統(tǒng)100的示例。入口空氣致冷系統(tǒng)100可包括入口過濾部110。入口過濾部110可為以類似以上描述的方式與燃氣渦輪發(fā)動機10的壓縮機15連通的完整部件，或者入口過濾部110可為入口過濾部延伸件120。具體而言，入口過濾部延伸件1·20可直接連接至現(xiàn)有入口過濾部65。入口過濾部延伸件120的使用允許容易的改型，而不需要昂貴的燃氣渦輪停機和拆卸現(xiàn)有入口過濾部65。當燃氣渦輪發(fā)動機10在運行中時，可構(gòu)建入口過濾部延伸件120。入口過濾部110可具有任何尺寸、形狀或構(gòu)型。
[0079]入口過濾部110可包括帶有定位在其前端周圍的許多漂浮物消除器和/或聚結(jié)墊140的天氣罩130。入口過濾部110可包括定位在聚結(jié)墊140周圍或別處的一個或多個預濾器150以過濾空氣流20。入口過濾部110還可包括安裝在入口過濾部110的現(xiàn)有區(qū)段和延伸區(qū)段之間的旁路氣窗160。當文中描述的入口過濾部110的部件不運行時，旁路氣窗160可將空氣流20直接提供至現(xiàn)有入口過濾部65以便降低內(nèi)部壓力損失。入口過濾部110內(nèi)的任何壓力損失可不利地影響燃氣渦輪發(fā)動機10的功率輸出和效率。許多終濾器165可定位在旁路氣窗160的下游或別處。入口過濾部110及其部件可具有任何尺寸、形狀或構(gòu)型。此處可使用其它部件和其它構(gòu)型。
[0080]入口空氣致冷系統(tǒng)100還可包括定位在入口過濾部110內(nèi)的功率增大系統(tǒng)170。功率增大系統(tǒng)170可包括空氣致冷/加熱盤管180?？諝庵吕?加熱盤管180可為多程盤管190或任何類型的傳熱裝置。此處可使用其它類型的致冷系統(tǒng)，以在進入空氣流20穿過其中時將它致冷?？諝庵吕?加熱盤管180可具有任何尺寸、形狀或構(gòu)型。還可使用任何構(gòu)造材料。
[0081]空氣致冷/加熱盤管180可與給水200連通。給水200可在其中包括水流205。如可能需要的，給水200可供給經(jīng)致冷的或熱的水205。給水200可包括乙二醇/水混合物或其它類型的制冷劑/防凍劑流體。此處還可使用其它類型的流體。入口空氣系統(tǒng)100可包括定位在空氣致冷/加熱盤管180下游的一個或多個除霧器210，以在入口空氣致冷模式期間當空氣濕氣聚結(jié)在盤管180上時從空氣流中去除水滴。除霧器210可具有常規(guī)設計且可具有任何尺寸、形狀或構(gòu)型。此處可使用其它部件和其它構(gòu)型。
[0082]功率增大系統(tǒng)170還可包括在入口過濾部110內(nèi)定位在除霧器210下游的能量回收/加熱盤管220。能量回收/加熱盤管220可具有任何尺寸、形狀、材料或構(gòu)型。能量回收/加熱盤管220可經(jīng)由溫度控制閥230和能量回收/加熱盤管泵240與空氣致冷/加熱盤管180連通。能量回收/加熱盤管泵240可具有常規(guī)設計。能量回收/加熱盤管220因而可利用由離開空氣致冷/加熱盤管180的水流205去除的熱量來加熱離開空氣致冷/加熱盤管180的空氣流20。能量回收/加熱盤管220可經(jīng)由濕度控制閥260與回水250連通。此處還可使用一個或多個溫度傳感器270和濕度傳感器280。此處可使用其它部件和其它構(gòu)型。
[0083]一般而言，在引入現(xiàn)有入口過濾部65和壓縮機15中之前，潮濕熱空氣20流過天氣罩130、預濾器150、空氣致冷/加熱盤管180、除霧器210和能量回收/加熱盤管220以被冷卻和干燥。具體而言，當穿過空氣致冷/加熱盤管180時，空氣流20可被冷卻至其露點以下。考慮到隨后的加熱和除濕步驟，空氣流20可被冷卻至目前的入口空氣溫度限制以下而不擔心壓縮機結(jié)冰?？諝饬?0可能飽和，使得空氣流中的一些濕氣可聚結(jié)在空氣致冷/加熱盤管180上。聚結(jié)物可被收集和/或處置，同時除霧器210防止任何聚結(jié)物帶過。從空氣流20吸收的熱量因而可升高循環(huán)通過空氣致冷/加熱盤管180的水流205的溫度。溫度控制閥230可調(diào)節(jié)通過空氣致冷/加熱盤管180的水流205，以便維持離開盤管的空氣流的溫度處于期望的設定點。
[0084]至少部分用過的經(jīng)加熱水流205可經(jīng)由能量回收/加熱盤管泵240被泵送至能量回收/加熱盤管220。備選地，熱水可從二級源供給。離開空氣致冷/加熱盤管180的冷飽和空氣因此可在能量回收/加熱盤管220中被加熱以便降低其中的濕度水平。離開能量回收/加熱盤管220的水流205隨后可被引至回水250。濕度控制閥260調(diào)節(jié)通過能量回收/加熱盤管220的水流205，以便維持離開盤管的空氣流20的期望濕度水平。維持期望濕度水平將保證在終濾器中不產(chǎn)生結(jié)塊。離開功率增大系統(tǒng)170的空氣流20因此具有低溫和低濕度兩者。
[0085]A 口空氣致冷系統(tǒng)100調(diào)節(jié)進入燃氣渦輪發(fā)動機10的壓縮機15的空氣流20的溫度和濕度比兩者。將入口空氣濕度從空氣致冷/加熱盤管180下游的飽和(100%)降低至能量回收/加熱盤管220處的小于約百分之八十五(85%)減輕了壓縮機葉片腐蝕和侵蝕的問題?？紤]到濕度水平的降低，空氣流20還可被冷卻而不擔心壓縮機結(jié)冰。這樣，入口空氣系統(tǒng)100相比現(xiàn)有的入口空氣致冷/加熱系統(tǒng)可提供更高水平的功率增大，因為即使使用能量回收/加熱盤管220，空氣流20仍然具有總體較低的溫度。
[0086]整個入口空氣致冷系統(tǒng)100可安裝在現(xiàn)有過濾部65前方以便避免目前所需用于入口致冷/加熱盤管安裝的長停機。具體而言，入口空氣致冷系統(tǒng)100可為燃氣渦輪發(fā)動機10的總體改型的部分，具有降低的停工期和費用。入口過濾部延伸件120可為現(xiàn)有過濾部的預先設計的獨立延伸件。當現(xiàn)有燃氣渦輪10運行時，可安裝入口空氣致冷系統(tǒng)100。
[0087]入口空氣致冷系統(tǒng)100因此提供改進的功率增大，其具有溫度控制以在熱和潮濕的周圍狀況期間避免結(jié)塊等。此外，在總體簡化設計中，入口空氣致冷系統(tǒng)100的空氣致冷/加熱盤管180和能量回收/加熱盤管220還提供入口加熱、除霧和防凍。入口加熱和防凍過程兩者需要水源200以在比入口空氣20的溫度更高的溫度下將熱水205供給至入口空氣致冷/加熱盤管180。入口加熱改進了處于部分負載運行狀況下的渦輪和聯(lián)合循環(huán)功率設備的熱效率。防凍過程加熱非常冷的周圍空氣以將溫度升高至露點以上，以防止在過濾部110表面和元件上的結(jié)冰。同樣，通過最初將空氣冷卻至遠低于露點以聚結(jié)濕氣含量且隨后加熱空氣以降低濕度水平，可提供入口空氣的除霧而沒有功率輸出損失。
[0088]應當顯而易見的是，前述內(nèi)容僅涉及本申請和所得專利的某些實施例。本領域普通技術(shù)人員可在文中做出眾多改變和修改而不偏離如由所附權(quán)利要求及其等同物限定的本發(fā)明的一般精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于與燃氣渦輪發(fā)動機聯(lián)用的入口空氣致冷系統(tǒng)，包括: 入口空氣過濾部； 空氣致冷/加熱盤管，其定位在所述入口空氣過濾部內(nèi)；以及 能量回收/加熱盤管，其在所述入口空氣過濾部內(nèi)定位在所述空氣致冷/加熱盤管下游且與所述空氣致冷/加熱盤管連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的入口空氣致冷系統(tǒng)，其特征在于，所述入口空氣過濾部包括入口空氣過濾部延伸件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的入口空氣致冷系統(tǒng)，其特征在于，還包括在所述入口過濾部延伸件下游的現(xiàn)有空氣過濾部。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的入口空氣致冷系統(tǒng)，其特征在于，還包括定位在所述入口過濾部延伸件和所述現(xiàn)有入口過濾部之間的旁路氣窗。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的入口空氣致冷系統(tǒng)，其特征在于，所述空氣致冷/加熱盤管包括多程盤管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的入口空氣致冷系統(tǒng)，其特征在于，還包括定位在所述空氣致冷/加熱盤管和所述能量回收/加熱盤管之間的除霧器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的入口空氣致冷系統(tǒng)，其特征在于，還包括與所述空氣致冷/加熱盤管連通的給水。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的入口空氣致冷系統(tǒng)，其特征在于，所述給水包括水/防凍劑混合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的入口空氣致冷系統(tǒng)，其特征在于，還包括定位在所述空氣致冷/加熱盤管和所述能量回收/加熱盤管之間的能量回收/加熱盤管泵。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的入口空氣致冷系統(tǒng)，其特征在于，還包括與所述能量回收/加熱盤管連通的回水。
【文檔編號】F02M31/20GK103670824SQ201310469455
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月4日
【發(fā)明者】A·莫塔克夫, B·A·德賽 申請人:通用電氣公司