燃气轮机进气防冰除湿装置制造方法
【专利摘要】本实用新型设计一种能够减小空气湿度，防止冬季压气机入口及滤芯结冰，同时不影响燃气轮机本身效率的新型节能燃机进气防冰除湿装置。该装置包括设在燃机TCA冷却风出口处的罩壳、引风管路、控制阀、加压风机和设在燃机滤芯进口前部机壳内的混合换热器，高温空气经过罩壳汇集后通过引风管路引出，经过加压风机加压后高温空气进入混合换热器，混合换热器的出气进入燃机滤芯。本实用新型将TCA（透平冷却空气）冷却器冷却风扇排出的热空气，通过引出管路引至风机处进行增压，其中控制阀用于控制热空气的流量。经过风机加压后的热空气被管路输送至混合换热器中，热空气从换热管侧面喷嘴喷出，与燃机进气充分混合后通过滤芯进入到压气机内部。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型是一种燃气轮机进气防冰除湿装置，是针对三菱燃机系统设计的节能 改造，涉及了燃气轮机、管道系统、除湿防冰和节能等领域。 燃气轮机进气防冰除湿装置
【背景技术】
[0002] M701F机组是东方汽轮机有限公司和日本三菱公司合作生产的一款9F级重型燃 机。截止2012年底，国内共有16台M701F机组投入运行，占中国9F级投运机组的27%。它 与GE、西门子公司的9F燃机在叶片冷却系统设计上有所不同，即M701F采用了 TCA冷却器。 图4 M701F叶片冷却系统示意图。
[0003] TCA即透平冷却空气冷却器，其构造如图5所示。它通过三组风扇鼓风将压气机排 气冷却到200°C。经过TCA冷却后的冷却空气分成两股，一股经第一级轮盘上的径向孔引至 第一级动叶根部，再流入第一级空心动叶内部冷却通道进行冷却后，从叶顶和叶片出气边 小孔排至主燃气流中；另一股空气经第一级轮盘上的轴向孔流至第二、三、四级轮盘之间的 空腔，经叶根槽底部的径向孔去冷却第二、三、四级轮缘及叶根。这样，使每级叶轮的进气侧 和出气侧都有冷却空气流过，燃气透平各级叶轮的表面全部被冷却空气所包围，与燃气完 全隔开，冷却效果很好，燃气轮机进口初温在1400°C的情况下，保证了透平能够长期安全运 行。
[0004] 三菱燃气轮机这种独特的冷却系统设计有效的保护了燃气轮机透平叶片和主轴 的安全稳定工作，但是其TCA冷却器风扇的废热并没有能够有效利用，并对外造成了一定 的热污染。
【发明内容】
[0005] 本实用新型的设计思想是利用三菱燃机独特的冷却空气系统排出的废热，设计一 种能够减小空气湿度，防止冬季压气机入口及滤芯结冰，同时不影响燃气轮机本身效率的 新型节能燃机进气防冰除湿装置。
[0006] 本实用新型的目的是通过以下措施实现的：
[0007] -种燃气轮机进气防冰除湿装置，包括设在燃机TCA冷却风出口处的罩壳、引风 管路、控制阀、加压风机和设在燃机滤芯进口前部机壳内的混合换热器，高温空气经过罩壳 汇集后通过引风管路引出，经过加压风机加压后高温空气进入混合换热器，混合换热器的 出气进入燃机滤芯。
[0008] 本实用新型的进一步设计在于，所述混合换热器上、下两端为联箱管，两联箱管之 间排列多根混合换热管，每个混合换热管垂直于燃气轮机进气系统的进气方向布置，同时 每个混合换热管侧面安装有若干换热喷嘴，热空气从换热喷嘴中流出与冷空气混合，加热 的空气进入燃机滤芯。
[0009] 加压风机的出风管分别经接口法兰管与上、下两端的联箱管连通。
[0010] 本实用新型具有如下优点：
[0011] 本实用新型针对三菱燃机特有的TCA(转子冷却空气冷却器)系统的余热利用。TCA 系统是三菱燃机用于冷却转子及动叶冷却空气的冷却器。它通过换热器将压气机排气热量 传递给天然气，同时在换热器下部设置有三台冷却风扇。冷却风扇将大量空气送入换热器 中，带走压气机排气的多余热量。
[0012] 通过系统分析和热力计算，利用TCA排出的热空气能够将燃机入口气温提高4°C 左右，提高了入口空气相对湿度，防止滤芯和压气机进口导叶（IGV)结冰。该进气防冰除湿 装置与常规燃机厂商配备的进气防冰装置不同。它布置在进气滤芯的前部，不仅仅能够防 止IGV结冰，而且能够保护滤芯，防止滤芯结冰和湿堵现象的发生。
[0013] 主要有以下几个特点：
[0014] (1)节能环保。在充分利用系统自身能源的同时，减小了燃机电厂的热污染。
[0015] (2)安全可靠。本实用新型热源采用TCA排放的废热，不涉及燃机本体的能量输 送，因此不会影响到燃机自身的运行安全。同时，本发明系统简单，控制逻辑清晰，运行维护 简便，可靠性高。
[0016] (3)提高燃机效率。由于本系统不从燃机本体抽取热空气或者蒸汽作为加热源，因 此不会影响燃机效率。同时，进气加热能够减小进气系统在雨雪等高湿天气下的滤网阻力， 减小压气机耗功，从而提高燃气轮机整个系统的效率。
[0017] (4)投资较少。本实用新型结构简单，主要装置为引风管路及混合换热器，并且在 有条件的燃机系统中可以省掉引风风机。因此本发明具有较高的投资回报比。
[0018] 本实用新型适用于三菱燃机TCA系统的改造，尤其是在我国北部雨雪天气较多以 及常年湿度大的地区。由于本系统不对燃机本体进行作业，因此不涉及到燃机本体安全问 题，具有很强的可实施性。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图1燃气轮机进气防冰除湿装置示意图；
[0020] 图2混合换热器正视图；
[0021] 图3换热管示意图；
[0022] 图4 M701F叶片冷却系统示意图；
[0023] 图5 TCA工作原理示意图。
[0024] 其中，图1、图2中：1一燃气轮机压气机，2-燃气轮机进气系统，3-混合换热器， 4一燃机滤芯，5-加压风机，6-控制阀，7-引风管路，8-TCA冷却器，9一混合换热管，10- 换热喷嘴，11 一联箱管，12-接口法兰管，13-换热管开孔
[0025] 图4、图5中：14一燃气轮机压气机，15-燃气轮机燃烧室，16-燃气轮机燃气透 平，17-燃气透平静叶冷却空气，18-透平转子冷却空气冷却器（TCA)，19-TCA冷却风扇， 20-空气冷却换热器，21-天然气加热换热器。
【具体实施方式】
[0026] 目前燃气轮机自带进气防冰装置一般布置在进气系统精滤后部，主要用于防止压 气机进口导叶进气结冰，无法解决滤芯结冰和湿堵的问题，而本实用新型解决了。本实用新 型的原理分析如下：
[0027] 如图1所示，将TCA (透平冷却空气）冷却器8冷却风扇排出的热空气，通过引出 管路7引至风机5处进行增压，其中控制阀6用于控制热空气的流量。经过风机5加压后 的热空气被管路输送至混合换热器3中，热空气从换热管侧面喷嘴喷出，与燃机进气充分 混合后通过滤芯进入到压气机内部。
[0028] 本实用新型进气防冰除湿装置所用混合换热器3如图2所示，热空气通过上下两 个联箱管11上的接口法兰管12进入换热器内部。联箱管之间布置有多根混合换热管9,热 空气从联箱管内进入换热管中，再通过换热管两侧的喷嘴喷出。
[0029] 本实用新型燃气轮机进气防冰除湿装置所用热源为三菱燃机TCA冷却器冷却风 扇所排热风，其相关参数如下：
[0030] 单台风机_14. Im3/s_ 两台风机_28. 2m3/s (冬季)_ 三台风机_39. 5m3/s (夏季)_ 风机出口空气温度 |llO°C-130°C (冬季）
[0031] M701F型燃机额定进气量为一般为684 kg/s，TCA风机在120°C定性温度下(空气 密度0.898 kg/m3)的流量为：单台12.7 kg/s，两台风机25.3 kg/s，三台风机35.5 kg/ s。在此条件下可以根据热力学原理计算其冬季工况下的最大加热能力。
[0032] 冬-:- --4.8TL 684kg^
[0033] 上式计算说明，在冬季工况下，TCA两台风机运行的风量最大能够将0°C的燃机进 气加热到4. 8°C。由于在温度较低时，空气的比热变化较小，因此可以近似认为该加热系统 能够将燃气轮机的进气加热4. 8°C，从而保证燃机进气干湿球温差处于安全范围以内并降 低进气相对湿度，防止进气结冰及湿堵现象的发生。
[0034] 实施例二
[0035] 本例以三菱M701F3机组为例，其进气防冰除湿装置系统结构如图1所示。本实用 新型的燃气轮机进气防冰除湿装置包括设在燃机TCA冷却风出口处的罩壳、引风管路7、控 制阀6、加压风机5和设在燃机滤芯进口前部机壳内的混合换热器3,高温空气经过罩壳汇 集后通过引风管路7引出，经过加压风机5加压后高温空气进入混合换热器3,混合换热器 3的出气进入燃机滤芯4。
[0036] 混合换热器上、下两端为联箱管，两联箱管之间排列多根混合换热管9,每个混合 换热管9垂直于燃气轮机进气系统的进气方向布置，同时每个混合换热管9侧面安装有若 干换热喷嘴10,热空气从换热喷嘴10中流出与冷空气混合，加热的空气进入燃机滤芯4。加 压风机5的出风管分别经接口法兰管12与上、下两端的联箱管11连通。
[0037] 工作时，TCA (透平冷却空气）冷却器8冷却风扇排出的热空气，通过引出管路7 引至风机5处进行增压，其中控制阀6用于控制热空气的流量。经过加压风机5加压后的 热空气被管路输送至混合换热器3中。本实用新型中混合换热器3布置在燃机滤芯前部， 能够有效防止因进气压损导致的滤芯结冰现象。
[0038] 热空气通过上下两个联箱管11上的接口法兰管12进入换热器内部。联箱管之间 布置有多根混合换热管9。热空气从联箱管11内进入换热管9中，再通过换热管两侧的喷 嘴喷出。换热喷嘴10主要作用是使热空气充分混合在燃机进气中，同时燃机进气在流过换 热喷嘴10时产生湍动，强化混合换热效果。
[0039] 本实用新型中的引风机5在管路条件较好，引风阻力较小的燃机电厂中可以取 消，进一步减小进气防冰除湿系统的工程造价，同时减小日常维护的工作量。对于引风管路 布置复杂，管线较长的燃机电厂，可以在使用引风机5的同时采用图3所示换热管形式，以 减小整个系统的流动阻力和能耗。
[0040] 本实用新型是一种节能可靠的燃气轮机进气防冰除湿装置，其具有系统简单，维 护方便，投资费用省的特点，能够很好的保障燃气轮机进气系统的安全稳定并减小雨雪、高 湿天气时燃气轮机进气滤网压差，提高燃机系统运行效率。
【权利要求】
1. 一种燃气轮机进气防冰除湿装置，其特征是：包括设在燃机透平冷却空气冷却器冷 却风出口处的罩壳、引风管路、控制阀、加压风机和设在燃机滤芯进口前部机壳内的混合换 热器，高温空气经过罩壳汇集后通过引风管路引出，经过加压风机加压后高温空气进入混 合换热器，混合换热器的出气进入燃机滤芯。
2. 根据权利要求1所述燃气轮机进气防冰除湿装置，其特征是：所述混合换热器上、下 两端为联箱管，两联箱管之间排列多根混合换热管，每个混合换热管垂直于燃气轮机进气 系统的进气方向布置，同时每个混合换热管侧面安装有若干换热喷嘴，热空气从换热喷嘴 中流出与冷空气混合，加热的空气进入燃机滤芯。
3. 根据权利要求1或2所述燃气轮机进气防冰除湿装置，其特征是：加压风机的出风 管分别经接口法兰管与上、下两端的联箱管连通。
【文档编号】F02C7/047GK203892024SQ201420292722
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年6月4日 优先权日:2014年6月4日
【发明者】刘志坦, 郝洪亮, 朱鸿飞, 王文飞, 常连成, 张涛 申请人:国电科学技术研究院