专利名称：深制冷空气洗涤器的制作方法
技术领域：
本申请一般地涉及燃气涡轮发动机，并且更具体而言，涉及用于与燃气轮机一起使用的进口空气深制冷(de印chilling)和过滤系统。
背景技术：
空气制冷系统通常与燃气轮机一起使用以使进口空气温度达到要求。依赖于环境温度，与燃气涡轮发动机一起使用制冷系统可使总功率输出提高相当大的百分比。尤其地，在宽温度范围内，燃气轮机的功率输出与进口空气温度几乎成反比。例如，在约83华氏度(约28. 3摄氏度)的环境温度下已知的燃气轮机仅可产生约154兆瓦特的功率，但在约50华氏度(约10摄氏度)下可产生171.2兆瓦特的功率，提高了超过约百分之十一。同样地，可运行制冷系统以在更凉的环境温度下利用废热来调节冷的进口空气，以便为燃气轮机提供高效的部分负荷运行。 —种制冷进口空气以及移除空气流内的污染物的方法是通过使用制冷水空气洗涤器系统。利用制冷水空气洗涤器系统将进口空气冷却至约40华氏度(约4.4摄氏度)以下可能存在难度，因为这需要降低空气流的相对湿度和露点。进口空气的温度必须保持在空气流的露点以上以便避免空气中所含的水的冷凝或冻结。然而，传统的制冷方法可导致空气非常接近饱和，即，相对湿度可接近100%。在这种状况下，露点非常接近空气温度。因而，任何进一步的温度损失可导致压縮机进口内或周围的部件的结冰。因此，这些因素通常将传统的进口空气冷却限制到约38至约44华氏度(约3. 3至约6. 6摄氏度)。
因此，期望改进的燃气轮机进口空气制冷系统。这样的进口空气制冷系统应提供改进的燃气轮机进口空气的制冷，与此同时提高总系统输出和效率，且无需担忧冻结的冷凝物。
发明内容
因此，本申请提供一种用于燃气轮机压縮机的深制冷空气洗涤器。该深制冷空气洗涤器可包括一个或多个用于对进口空气流进行制冷的喷射阵列(spray array)以及一个或多个定位在喷射阵列的下游的漂浮物清除器。漂浮物清除器可在其中包括加热元件，以便再加热进口空气流。 本申请还提供一种对燃气轮机的进口空气进行制冷的方法。该方法可包括步骤使进口空气流动通过喷射的流体；降低进口空气流的温度；通过流体俘获进口空气流中的一定量的冷凝物；以及在进入燃气轮机之前加热进口空气。 本申请还提供一种用于燃气轮机压縮机的深制冷空气洗涤器。该深制冷空气洗涤器可包括一个或多个用于对进口空气流进行制冷的喷射阵列；与喷射阵列相连通以对进口空气流进行制冷的制冷器冷凝器；一个或多个在其中具有加热元件以便再加热进口空气流的漂浮物清除器；以及与加热元件相连通的制冷器蒸发器。 基于结合数个附图和所附权利要求来查阅下文详细的描述，对于本领域中的普通
3技术人员来说，本申请的这些和其它特征将变得显而易见。
图1是带有空气制冷系统的燃气涡
图2是如本文中所描述的燃气轮机
部件清单
10燃气涡轮发动机20压縮机30燃烧器40涡轮机50外负荷60进口空气加热和冷却系统100深冷却空气洗涤器110第一级喷射阵列120喷嘴对125喷射式样130第二级喷射阵列140漂浮物清除器150流体再循环系统155流体160中间溶液容器170容器泵180防冻溶液容器190浓縮器泵200溶液浓縮器210冷却和加热系统220制冷器230制冷器蒸发器240制冷器冷凝器245热水回路250漂浮物清除器泵
具体实施例方式
现参考附图(在其中，全部数个视图，相同的标号代表相同的元件)，图l显示了燃气涡轮发动机10的示意性视图。已知的是，燃气涡轮发动机10可包括压縮机20以压縮进入的空气流。压縮机20将压縮的空气流输送至燃烧器30。燃烧器30将压縮的空气流与燃料流相混合并点燃混合物。(虽然只显示了单个燃烧器30，但是燃气涡轮发动机10可包括任何数量的燃烧器30)。热燃烧气体顺次输送至涡轮机40。涡轮机40驱动压縮机20和例如发电机等的外负荷50。燃气涡轮发动机10可使用天然气、各种类型的合成气以及其它燃料。在本文中，燃气涡轮发动机10可使用其它的构造和部件。 在本示例中，燃气涡轮发动机10还包括燃气轮机进口空气冷却系统60。该燃气轮机进口空气冷却系统60可定位在压縮机20周围并将进入的空气流冷却至所期望的温度。燃气轮机进口空气冷却系统60可使用不同的冷却方法并可采用许多不同的构造。
图2显示了以本文中所描述的深制冷空气洗涤器100的形式的燃气轮机进口空气制冷系统60。如上文所描述，深制冷空气洗涤器100可定位在燃气涡轮发动机10的压縮机20的进口周围。深制冷空气洗涤器100冷却进口空气流并通过水洗涤移除其中的污染物。
深制冷空气洗涤器100可包括第一级喷射阵列110。第一级喷射阵列110可包括数个喷嘴对120。喷嘴对120可为传统的设计。在本文中，可使用任何数量的喷嘴对120。如所显示的，各喷嘴对120产生以倒转双圆锥形式的喷射式样125。在本文中，可使用其它类型的喷射式样125。总的来说，这些喷射式样125产生水幕效果以使进口空气通过其。在本文中，也可使用其它类型的水喷射系统。 深制冷空气洗涤器100还可包括第二级喷射阵列130。第二级喷射阵列130也可包括如上文所描述的多个喷嘴对120。在本文中，也可使用任何数量的喷嘴对120。喷嘴对120可提供倒转双圆锥喷射式样125或任何期望的喷射式样。在本文中，还可使用附加的喷射阵列110,130。可改变喷射阵列110,130的尺寸、间距以及定位。 数个漂浮物清除器140可定位在喷射阵列110， 130的下游。漂浮物清除器140通常阻止水携带物(water carryover)进入压縮机20和/或其它类型的涡轮机设备。在本文中，可使用任何数量的漂浮物清除器140。如将在下文详细描述的，在本示例中，漂浮物清除器140可为间接接触式空气再热器或其它类型的加热元件或热交换器的形式。在本文中，可使用其它构造。 深制冷空气洗涤器100可包括在其中带有流体155的流体再循环系统150。在本示例中，本文中所使用的流体155可为任何浓度的防冻溶液。尤其地，该溶液可基于丙二醇或相似类型的流体。丙二醇作为凝固点抑制剂。丙二醇还是无毒且环境友好的。在本文中，还可使用其它类型的凝固点抑制剂。 在第二级喷射阵列130中使用的流体155可收集并存储在中间溶液容器160或其它类型的贮存器中。然后可通过容器泵170将流体155泵送至第一级喷射阵列110。容器泵170可为传统设计。 一旦流体155使用在第一级喷射阵列110中，可再次将其收集在防冻溶液容器180或其它种类的贮存器中。在本文中，还可使用附加的制冷。
喷射阵列110， 130中使用的流体155的防冻溶液可由从空气中俘获的冷凝物所稀释。因此，通过浓縮器泵190将流体155从防冻溶液容器180泵送至溶液浓縮器200。溶液浓縮器200可将水从防冻溶液中分离以将流体155维持在期望的浓度水平下。溶液浓縮器200可通过隔膜或通过蒸发水的热力学装置来分离水。在本文中，可使用其它类型的浓縮器以维持流体155的浓度。 深制冷空气洗涤器100还可包括冷却和加热系统210。进口空气系统典型地使用制冷器以便对在其中流动的流体进行制冷。因此，冷却和加热系统210包括制冷器220。已知的是，制冷器220包括制冷器蒸发器230和制冷器冷凝器240。制冷器蒸发器230将其中的流体155在送至喷射阵列110，130之前制冷至期望的温度。通常，通过制冷器冷凝器240移除流体流中的热量。通常，制冷器冷凝器240与冷却塔(未显示)或者其它类型的散热器(heat sink)相连通。然而，在本示例中，制冷器冷凝器240可与漂浮物清除器140相连通。尤其地，漂浮物清除器140可在其中包括热水回路245以便空气流通过其时提供间接接触加热。可通过漂浮物清除器泵250泵送热水。漂浮物清除器140可在其中使用任何类型的加热元件、热交换器、或其它类型的器件。 在使用中，进口空气可以约50华氏度(约10摄氏度)进入深制冷空气洗涤器100。空气通过喷射阵列110，130，并且可被制冷至冰点以下。例如，可将进口空气流制冷至约18华氏度(约-7.8摄氏度)。当空气通过喷射阵列110,130时，空气中的冷凝物可由流体155所俘获。从而，空气可接近饱和点。为了避免在压縮机20周围结冰，当空气通过漂浮物清除器140和热水回路245时，可将空气再加热至露点以上约5至约8华氏度(约-15至约-13.3摄氏度)。 因此，深制冷空气洗涤器IOO通过冷凝至低于冰点来减少空气中的水含量，并且然后使用来自制冷器220的废热以在漂浮物清除器140中将空气再加热几度以为压縮机20提供防结冰余量(margin)。值得注意的是，废热的使用实际上不耗费总系统效率。然后，通过溶液浓縮器200从流体155中移除冷凝物并可重复该循环。 因此，深制冷空气洗涤器100可在所有天气状况中提高总系统输出和效率。尤其
地，可降低进口压降。此外，进口空气的净化可增加设备的寿命和可靠性。 应显而易见的是，前述内容只涉及本申请的某些实施例，并且在此可由本领域中
的普通技术人员进行大量的变化和改型，而不脱离如由所附权利要求及其等同物所限定的
本发明的一般的精神和范围。
权利要求
一种用于燃气轮机压缩机(20)的深制冷空气洗涤器(100)，包括一个或多个用于对进口空气流进行制冷的喷射阵列(110，130)；和一个或多个定位在所述一个或多个喷射阵列(110，130)的下游的漂浮物清除器(140)；所述一个或多个漂浮物清除器(140)在其中包括加热元件(245)，以便再加热所述进口空气流。
2. 根据权利要求1所述的深制冷空气洗涤器(100)，其特征在于，所述一个或多个喷射阵列(110,130)包括第一级喷射阵列(110)和第二级喷射阵列(130)。
3. 根据权利要求1所述的深制冷空气洗涤器(100)，其特征在于，所述一个或多个喷射阵列(110,130)包括多个喷嘴对(120)。
4. 根据权利要求1所述的深制冷空气洗涤器(100)，其特征在于，所述深制冷空气洗涤器(100)还包括流体再循环系统(150)。
5. 根据权利要求4所述的深制冷空气洗涤器(100)，其特征在于，所述流体再循环系统(150)在其中包括流体(155)。
6. 根据权利要求5所述的深制冷空气洗涤器(100)，其特征在于，所述流体(155)包括丙二醇流体。
7. 根据权利要求4所述的深制冷空气洗涤器(100)，其特征在于，所述流体再循环系统(150)包括与所述一个或多个喷射阵列(110,130)相连通的中间溶液容器(160)。
8. 根据权利要求4所述的深制冷空气洗涤器(100)，其特征在于，所述流体再循环系统包括与所述一个或多个喷射阵列(110,130)相连通的防冻溶液容器(180)。
9. 根据权利要求4中所述的深制冷空气洗涤器(100)，其特征在于，所述流体再循环系统(150)包括溶液浓縮器(200)。
10. —种制冷燃气轮机(10)的进口空气的方法，包括使所述进口空气流动通过喷射的流体；降低所述进口空气流的温度；通过所述流体俘获所述进口空气流中的一定量的冷凝物；以及在进入所述燃气轮机(10)之前加热所述进口空气。
全文摘要
本发明涉及一种深制冷空气洗涤器，具体而言，一种用于燃气轮机压缩机(20)的深制冷空气洗涤器(100)。该深制冷空气洗涤器(100)可包括一个或多个用于对进口空气流进行制冷的喷射阵列(110，130)和一个或多个定位在喷射阵列(110，130)的下游的漂浮物清除器(140)。漂浮物清除器(140)可在其中包括加热元件(245)，以便再加热进口空气流。
文档编号F02C7/04GK101749286SQ20091025859
公开日2010年6月23日 申请日期2009年12月11日 优先权日2008年12月11日
发明者P·费赫尔 申请人:通用电气公司