用于冷却燃气涡轮进口空气的系统的制作方法

专利名称：用于冷却燃气涡轮进口空气的系统的制作方法
技术领域：
本文所公开的主题涉及用于冷却燃气涡轮进口空气的系统和方法。
背景技术：
燃气涡轮发动机燃烧燃料与空气的混合物以驱动一个或多个涡轮级。应了解，燃 气涡轮发动机通常将环境空气引入到压缩机内，压缩机压缩空气至合适压力用于在燃烧器 中最佳地燃烧燃料。令人遗憾的是，由于地理位置、季节等原因，环境空气的温度和湿度可 能显著不同。空气中的湿气可能不利于燃气涡轮发动机的构件。例如，湿气可增加燃气涡 轮压缩机中的腐蚀和结冰。此外，环境空气的温度可降低燃气涡轮发动机的性能。因此，控 制到燃气涡轮发动机内的空气的温度和湿度可大大地改进燃气涡轮发动机的性能和寿命。

发明内容
在下文中总结了在范围上与原始要求保护的本发明相应的某些实施例。这些实施 例并不预期限制所要求保护的本发明的范围，相反这些实施例预期仅仅提供本发明的可能 形式的简要总结。实际上，本发明可涵盖可类似于或不同于下文所陈述的实施例的多种形 式。在第一实施例中，系统包括涡轮空气品质装置，其包括液体干燥剂(liquid desiccant)路径和安置于液体干燥剂路径中的多孔介质，液体干燥剂路径构造成循环液 体干燥剂通过导向至涡轮进口的气流，其中多孔介质构造成传递气流与液体干燥剂直接接 触。在第二实施例中，系统包括空气冷却器，其包括空气路径；热交换器，其构造成冷 却液体干燥剂；和激冷器(chiller)，其构造成接收液体干燥剂并且使液体干燥剂流动成 与空气路径直接接触，其中液体干燥剂构造成冷却空气路径中的空气并从空气移除水分。在第三实施例中，系统包括介质激冷器，其包括空气路径；液体干燥剂路径；和安 置于介质激冷器中、空气路径和液体干燥剂路径中的多孔介质，其中多孔介质构造成能使 空气路径中的空气与液体干燥剂路径中的液体干燥剂直接接触。


当参看附图来阅读下文的具体描述时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将 会变得更好理解，在所有附图中，相似附图标记表示相似部件，在附图中图1是根据实施例的带有空气冷却单元的整体煤气化联合循环(IGCC)发电厂的 实施例的示意方块图；图2是根据实施例的如图1所示的空气冷却单元和燃气涡轮发动机的方块图；图3是根据实施例的如图2所示的空气冷却单元的激冷器的图解；以及图4是根据实施例的如图1所示的空气冷却单元的操作的图示。元件列表
100整体煤气化联合循环(IGCC)系统102燃料源104进料制备单元106气化器108 炉·110气体清洁单元111 硫112硫处理器113 盐114水处理单元116气体处理器117残余气体组分118燃气涡轮发动机120燃烧器122空气分离单元123空气压缩机124稀释气态氮气(DGAN)压缩机130 涡轮131驱动轴132压缩机133空气冷却单元134 负载136蒸汽涡轮发动机138热回收蒸汽发生(HRSG)系统140 负载142冷凝器143联合循环发动机144 路径146介质激冷器148 路径150 介质152过滤器154 忙槽156 泵158 管线160旁通阀162 管线164 管线166再生单元
4
168热交换器
170热流
172方向箭头
174热交换器
176歧管
178喷射单元
180芯部
182接触器表
184环境空气
186导叶通路
188贮槽
190管线
192管线
194冷却器
196歧管
198喷射单元
199内部
200方向线
202分段
204分段
206分段
208管线
210管线
212喷射端口
213进口侧
214汇集区域
216管线
218方向箭头
220除雾器
222曲线
224曲线
226曲线
228起点
具体实施例方式
将在下文中描述本发明的一个或多个具体实施例。为了提供这些实施例的简洁描 述，在说明书中可能不描述实际实施方式的所有特征。应了解，在任何这些实际实施方式的 改进中，如在任何工程或设计项目中，必须做出多种具体实施方式
的决策来实现开发者的 具体目的，诸如符合系统相关和商业相关的约束，这些约束在不同实施方式之间可能不同。此外，应了解，这些开发工作可为复杂且耗时的，但仍是受益于本公开内容的本领域技术人 员设计、制作和制造的常规任务。当介绍本发明的各种实施例的元件时，冠词“一 ”、“ 一个”、“该，，和“所述，，预期表
示存在这些元件中的一个或多个。术语“包括”、“包含”和“具有”预期是包括性的并且表 示可存在除了所列出元件之外的额外元件。如下文详细地讨论，所公开的实施例涉及利用液体干燥剂循环来激冷燃气涡轮进 口空气的系统和方法。特别地，所公开的实施例可采用使用液体干燥剂循环的直接接触介 质式水分吸收器/激冷器，而不是间接接触式热交换器(例如，在盘管内隔离的工作流体)、 蒸发式冷却器、机械式激冷器、吸收式激冷器和热能存储系统。该系统具有用于激冷液体干 燥剂的至少一个回路以从燃气涡轮进口气流吸收热和水分，从而导致显著地低于环境的干 球温度和明显地小于100%的相对湿度的空气条件。当进口空气透过直接接触式激冷器时， 发生热和质量转移过程，该直接接触式激冷器可安装于一个或多个涡轮进口空气过滤器的 下游。激冷液体干燥剂与通过激冷器中的空气路径移动的空气直接接触。这使得液体干 燥剂从空气吸收水且变得被水稀释。此外，激冷液体干燥剂与空气的直接接触造成冷却空 气并且加热液体干燥剂的传热。干燥剂和水经由介质(诸如多孔介质)与空气分开，并且 干燥剂和水积聚于激冷器的贮槽中。在稀释的且加热的液体干燥剂到达贮槽之后，它被泵 送到至少一个冷却热交换器以排放所吸收的热，从而将液体干燥剂的温度降回到其预设水 平以再循环到进口空气激冷器。为了维持所希望的干燥剂浓度，系统配备至少一个再生回 路，其接收稀释的且加热的液体干燥剂的旁通流动，通过至少一个加热器升高其温度，并且 然后使用蒸发器迫使液体干燥剂释放所捕获的水分。再生的液体干燥剂被供给回至激冷器 贮槽。为了节能，加热器可使用从燃气涡轮排气或其它可用热源(诸如涡轮封壳通风排放) 回收的热。图1是整体煤气化联合循环(IGCC)系统100的实施例的图解，系统100可产生和 燃烧合成气体，即合成气。如下文所讨论，系统100可采用一个或多个空气冷却单元(例 如，133)，其利用具有液体干燥剂循环的直接接触介质式水分吸收器/激冷器，其中每个空 气冷却单元可构造成同时降低空气的温度和湿度。下文的讨论预期提供所公开的空气冷却 单元的可能应用情形。IGCC系统100的元件可包括燃料源102，诸如固体进料，其可用作用 于IGCC的能源。燃料源102可包括煤、石油焦炭、生物量、木基材料、农业废料、焦油、焦炉 煤气和浙青或者其它含碳物质。燃料源102的固体燃料可传递到进料制备单元104。进料制备单元104例如可通 过切碎、铣削、粉碎、磨碎、压块或堆积燃料源102而使燃料源102改变大小或改变形状以生 成进料。此外，水或其它合适液体可在进料制备单元104中添加到燃料源102以形成浆状 进料。在其它实施例中，不向燃料源添加液体，从而得到干进料。进料可从进料制备单元104传递到气化器106。气化器106可将进料转变成合成 气，例如一氧化碳与氢气的组合。取决于所用的气化器106的类型，这种转化可通过使进料 经受高压(例如，大约20巴至85巴)和高温(例如大约700摄氏度至1600摄氏度)的受 控量的蒸汽和氧气而实现。气化过程可包括使进料经历热解过程，由此进料被加热。取决于 用于生成进料的燃料源102，在热解过程期间，在气化器106内的温度的范围可为大约150
6摄氏度至700摄氏度。在热解过程期间对进料的加热可生成固体(例如，木炭)和残余气 体(例如，一氧化碳、氢气和氮气)。从热解过程来自进料的剩余木炭可仅在重量方面高达 原始进料重量的大约30%。然后燃烧过程可在气化器106中发生。燃烧可包括将氧气引入到木炭和残余气 体。木炭和残余气体可与氧气反应以形成二氧化碳和一氧化碳，这向随后的气化反应提供 热。燃烧过程期间的温度的范围可为大约700摄氏度至1600摄氏度。之后，可在气化步骤 期间，将蒸汽引入到气化器106内。木炭可与二氧化碳和蒸汽反应以在范围为大约800摄 氏度至1100摄氏度的温度下产生一氧化碳和氢气。实质上，气化器利用蒸汽和氧气以允许 某些进料“燃烧”以产生一氧化碳并释放能量，其驱动将另外的进料转变成氢气和额外二氧 化碳的第二反应。这样，生成气体由气化器106制造。这种生成气体可包括大约85%的等比例的一 氧化碳和氢气，以及CH4、HCl、HF、COS、NH3> HCN和H2S (基于进料的硫含量)。这种生成气 体可被称作脏合成气，这是因为它包含例如H2S。气化器106也可生成废料，诸如炉渣108， 其可为湿灰材料。这种炉渣108可从气化器106移除并且例如作为路基或另外的建筑材料 而处置。为了清洁脏合成气，可利用气体清洁单元110。气体清洁单元110可净化脏合成气 以从脏合成气移除HCl、HF、COS、HCN和H2S,该脏合成气可包括例如通过硫处理器112中的 酸气移除过程而在硫处理器112中分离硫111。而且，气体清洁单元110可经由水处理单元 114从脏合成气体分离盐113，水处理单元114可利用水净化技术来从脏合成气生成可用盐 113。随后，来自气体清洁单元110的气体可包括清洁合成气(例如，硫111已从合成气移 除)，其带有痕量的其它化学品，例如NH3(氨)和CH4 (甲烷)。气体处理器116可用于从清洁合成气移除残余气体组分117，诸如氨和甲烷，以及 甲醇或任何残余化学品。但是，从清洁合成气移除残余气体组分117是可选的，这是因为清 洁合成气可用作燃料，甚至在包含残余气体组分117(例如，尾气)时。在这点，清洁合成气 可包括大约3%的C0，大约55%的H2,以及大约40%的CO2,并且显著地剥离H2S。这种清洁 合成气可作为可燃的燃料传输至燃气涡轮发动机118的燃烧器120，例如燃烧室。或者，CO2 可在传输到燃气涡轮发动机之前从清洁合成气移除。IGCC系统100还包括空气分离单元(ASU) 122。ASU 122可操作以例如通过蒸馏技 术将空气分成组分气体。ASU 122可从空气分离氧气，该空气从补充空气压缩机123供应到 ASU 122，并且ASU 122可将分离的氧气转移至气化器106。此外，ASU 122可将分离的氮气 传输到稀释氮气(DGAN)压缩机124。DGAN压缩机124可将从ASU 122接收的氮气至少压缩到等于燃烧器120中压力的 压力水平，以便不干扰合成气的适当燃烧。因此，一旦DGAN压缩机124将氮气充分地压缩 到适当水平，DGAN压缩机124可将压缩氮气传输到燃气涡轮发动机118的燃烧器120。氮 气可用作稀释剂以例如便于控制排放。如先前所述，压缩氮气可从DGAN压缩机124传输至燃气涡轮发动机118的燃烧器 120。燃气涡轮发动机118可包括涡轮130、驱动轴131和压缩机132，以及燃烧器120。燃 烧器120可接收燃料，诸如合成气，其可在压力下从燃料喷嘴喷射。这些燃料可与压缩空气 以及来自DGAN压缩机124的压缩氮气混合，并且在燃烧器120内燃烧。这种燃烧可形成热 加压排气。
燃烧器120可将排气引向涡轮130的排气出口。由于来自燃烧器120的排气通过 涡轮130，排气迫使涡轮130中的涡轮叶片使驱动轴131沿着燃气涡轮发动机118的轴线旋 转。如图所示，驱动轴131连接到燃气涡轮发动机118的各种构件，包括压缩机132。驱动轴131可将涡轮130连接到压缩机132以形成转子。压缩机132可包括联接 到驱动轴131的叶片。因此，涡轮130中的涡轮叶片的旋转可使将涡轮130连接到压缩机 132的驱动轴131旋转压缩机132内的叶片。压缩机132中的叶片的这种旋转使压缩机132 压缩经由压缩机132中的空气进口接收的空气。经由压缩机132的空气进口接收的压缩空 气可从空气冷却单元133 (例如，空气冷却器)接收。然后冷却空气可由压缩机132压缩， 并且压缩空气可供给到燃烧器120且与燃料和压缩氮气混合以允许更高效率燃烧。驱动轴 131也可连接到负载134，其可为固定负载，诸如例如在电厂中用于发电的发电机。实际上， 负载134可为由燃气涡轮发动机118的旋转输出提供功率的任何合适装置。如下文详细地讨论，空气冷却单元133的实施例(即，涡轮空气品质单元)包括带 有液体干燥剂循环的直接接触介质式水分吸收器/激冷器，其中空气冷却单元133构造成 同时降低空气的温度和湿度。空气的降低的温度和降低的湿度可改进燃气涡轮发动机118 的性能和寿命。例如，降低的温度可增加燃气涡轮发动机118的轴功率输出，并且降低的湿 度可减轻发动机118的构件由于空气中的水分而腐蚀的趋势。使用带有液体干燥剂循环的 直接接触介质式水分吸收器/激冷器的空气冷却单元133在低湿度气候和高湿度气候下良 好地冷却，而不是类似于蒸发式冷却器地限于低湿度气候。作为另一实例，使用带有液体干 燥剂循环的直接接触介质式水分吸收器/激冷器的空气冷却单元133的实施例利用简单介 质和与液体干燥剂的直接接触而良好地冷却，而不是在可较为昂贵且占据大量空间的热交 换器的较大盘管中隔离冷却剂。IGCC系统100还可包括蒸汽涡轮发动机136和热回收蒸汽发生(HRSG)系统138。 蒸汽涡轮发动机136可驱动第二负载140。第二负载140也可为用于发电的发电机。然而， 第一负载134和第二负载140都可为能由燃气涡轮发动机118和蒸汽涡轮发动机136驱动 的其它类型的负载。此外，尽管燃气涡轮发动机118和蒸汽涡轮发动机136可驱动单独的 负载134和140，但是如图示实施例所示，燃气涡轮发动机118和蒸汽涡轮发动机136也可 串联地用于经由单个轴驱动单个负载。蒸汽涡轮发动机136以及燃气涡轮发动机118的具 体构造可视具体实施方式
而定并且可包括分段的任何组合。系统100还可包括HRSG 138。来自燃气涡轮发动机118的热排气可输送到HRSG 138内并且用于加热水和产生用于向蒸汽涡轮发动机136提供功率的蒸汽。例如来自蒸汽 涡轮发动机136的低压分段的排气可被导向至冷凝器142内。冷凝器142可利用冷却塔128 来用激冷水交换热水。冷却塔128用于向冷凝器142提供冷水以辅助使从蒸汽涡轮发动机 136传输至冷凝器142的蒸汽冷凝。而来自冷凝器142的冷凝液可被导向至HRSG 138内。 同样，来自燃气涡轮发动机118的排气也可被导向至HRSG 138内以加热来自冷凝器142的 水并产生蒸汽。在诸如IGCC系统100的联合循环系统中，热排气可从燃气涡轮发动机118流动且 传递到HRSG 138，其中，该热排气可用于生成高压高温蒸汽。然后由HRSG 138产生的蒸汽 可通过蒸汽涡轮发动机136用于产生功率。此外，所产生的蒸汽也可被供应到可使用蒸汽 的任何其它过程，诸如供应到气化器106。燃气涡轮发动机118发生循环常常被称作“顶循环”，而蒸汽涡轮发动机136发生循环常常被称作“底循环”。这些发动机的组合可为联合循 环发动机143。通过联合如图1所示的这两个循环，IGCC系统100可导致两个循环中更大 的效率。特别地，来自顶循环的排气热可被捕获并用于生成在底循环中使用的蒸汽。来自 燃气涡轮发动机的排气也可结合空气冷却单元133使用，如下文所讨论。图2是燃气涡轮发动机118和空气冷却单元133的实施例的示意图。虽然仅简单 循环燃气涡轮发动机118在图2中示出和在下文描述，但是应当指出的是，空气冷却单元 133可与结合IGCC系统100或者独立于IGCC系统100的简单循环发动机一起使用。同样， 空气冷却单元133可应用于在IGCC系统100中或独立于IGCC系统100的简单循环发动机 或者联合循环发动机143。实际上，如下文所陈述的空气冷却单元133的应用可大体上应用 于任何涡轮系统。如先前所讨论，燃气涡轮发动机18包括燃烧器120、涡轮130和沿着燃气涡轮发动 机118的轴线的驱动轴131、负载134和压缩机132。压缩机132从空气冷却单元133沿着 路径144接收激冷空气。这种空气的冷却可经由在下文中关于空气冷却单元133描述的激 冷和除湿过程来实现。如上文所述，空气冷却单元133可操作以冷却用于传输到压缩机132的空气。空 气冷却单元133可通过沿着路径144传递空气通过介质激冷器146而实现这个冷却过程。 介质激冷器146可为热交换器，其从沿着路径144传递以引入到压缩机132的空气移除热。 在图示实施例中，介质激冷器146允许液体干燥剂沿着一个或多个路径148通过介质150 和/或沿着介质150的表面流动，从而能使空气沿着路径144流动以直接接触介质150和 液体干燥剂。此外，在某些实施例中，介质激冷器146可将液体干燥剂中的某些喷雾到介质 150的表面上，而液体干燥剂中的某些或大部分被直接发送至介质150内或沿着介质150 的表面。然而，某些实施例可排除将液体干燥剂喷雾到气流内，且相反可包括使液体干燥剂 直接流动(或喷射)到介质150内和沿着介质150以减小液体干燥剂随着气流被带走的可 能性。在任一情况下，液体干燥剂并不与管内环境(例如，气流)或类似环境隔离，而是介 质150使得气流能沿着介质150的外表面或多孔内部在空气与液体干燥剂之间形成直接接 触。在所公开的实施例中，液体干燥剂响应于空气与液体干燥剂之间的直接接触而从 空气吸收水分和热。因此，由于水含量，液体干燥剂可描述为液体干燥剂溶液。例如，液体 干燥剂溶液可为吸湿溶液(即，通过吸收或吸附从周围环境吸引水分子的物质)，诸如水和 氯化锂(H20/LiCl)、水和溴化锂(H20/LiBr)以及水和甲酸钾(H20/CHK02)。也就是说，由于 液体干燥剂(或者液体干燥剂溶液)直接接触沿着路径144流动的空气，故液体干燥剂从 空气移除水(即，降低湿度)以相对于液体干燥剂增加水含量。如本文所讨论，术语液体干 燥剂和液体干燥剂溶液可互换地使用，这是因为由于水分由液体干燥剂收集且随后从液体 干燥剂移除，水含量相对于液体干燥剂含量可不断改变。介质150可例如为接触空气/干燥剂溶液的多孔波纹或脊状塑料。在其它实施例 中，石墨和/或金属化合物可用于形成介质150。介质150可被结构化，诸如以横流模式，或 者它可不被结构化。无论介质150结构如何，介质150提供用于空气与液体干燥剂溶液之 间的直接接触的区域。这个区域可被称作空气/液体干燥剂溶液的直接相互作用区。在这 个直接相互作用区，空气中的水分可冷凝在介质150上并且然后收集到液体干燥剂溶液内和/或空气中的水分可直接收集到液体干燥剂溶液内。因此，沿着一个或多个路径148流 动的液体干燥剂溶液可捕获空气中水分的至少某些部分，同时仍允许空气(减去收集的水 分)继续沿着路径144流动到压缩机132内。在某些实施例中，直接相互作用区可减小空 气湿度至少大约 5%，10%，15%，20%，30%，40%，50%，60%，70%，80%或 90%，同时造 成液体干燥剂溶液中的水含量增加。以此方式，水分(例如，水或湿气)至少显著地从通过 介质150的空气剥离(S卩，分离)。而且，如下文进一步讨论，空气可显著地由液体干燥剂溶 液冷却。例如，液体干燥剂溶液可被冷却至低于空气的温度，从而允许从空气向液体干燥剂 溶液传热。应当指出的是，介质150可与污浊的空气或过滤的空气一起操作。因此，过滤器 152可在介质150上游利用以在空气与介质150中和/或介质150上的液体干燥剂溶液直 接接触之前移除空气携带的杂质。或者，过滤器152可从空气冷却单元133移除。而且，过 滤器152可与介质激冷器146成整体或分开。如上文所述，液体干燥剂溶液沿着路径148流动，而空气沿着路径144流动。在从 空气收集水分之后，液体干燥剂溶液(具有增加的水含量)可收集在介质激冷器146的贮 槽154或底部中。液体干燥剂溶液可由泵156经由管线158从贮槽154移除。泵156可经 由管线162将液体干燥剂溶液传输至旁通阀160。旁通阀160可例如调节液体干燥剂的再 生以及控制液体干燥剂向介质激冷器146的供应。因此，旁通阀可将管线162中的小部分， 例如大约5%，6%，7%，8%，9%或10%的液体干燥剂溶液导送至管线164用于传输至再生 单元166。再生单元166可为与介质激冷器146分开的单独单元。再生单元166可例如从液 体干燥剂溶液自动移除水以维持干燥剂在适当浓度。也就是说，再生单元166可操作以从 液体干燥剂溶液移除水从而生成用于介质激冷器146中的浓缩的液体干燥剂。在再生单元 166中，液体干燥剂溶液循环通过热交换器168。热交换器168利用热流170加热液体干燥 剂溶液，使得它的水蒸汽压力显著地高于外部空气184的水蒸汽压力。热流170可例如从涡 轮130的排气接收，或者再生单元166可采用其它热源，诸如锅炉水、电加热器等。在一个 实施例中，液体干燥剂溶液可流过热交换器168的管件和/或盘管，如方向箭头172所示。 热流170可接触热交换器168中的管件，并且因此可通过加热管件而间接地加热其中的液 体干燥剂溶液。或者，热流170可直接接触热交换器168中的液体干燥剂溶液以允许发生 直接热交换。无论热交换器168中热交换方法如何，热给予至热交换器168中的液体干燥 剂溶液。给予至热交换器168中液体干燥剂溶液的热便于升高液体干燥剂溶液中水的部分 蒸汽压力。实际上，热液体干燥剂溶液与外部(环境)空气184之间的水蒸汽压差是水分 移除的驱动，如将在下文所讨论。再生单元166将流体从热交换器168传递到第二热交换器174 (例如，液体干燥剂 冷却器)，其构造成冷却流体。图示的热交换器174可包括歧管176以将流体均勻地分配 至一个或多个喷射单元178，其构造成将流体分散到芯部180内，芯部180可包括填充床接 触器表面182。如上文所指出，热交换器热168利用热流170将热给予至液体干燥剂溶液， 使得液体干燥剂溶液中的水的水蒸汽压力显著地高于外部空气184的水蒸汽压力。外部空 气184通过填充床接触器表面182，并且水从干燥剂溶液蒸发到外部空气184内，从而浓缩 该溶液。来自再生单元166的热湿润空气随着外部空气184排放，并且现在冷却且浓缩的
10液体干燥剂可沿着方向线186通过芯部180流动到热交换器174的贮槽188内。因此，贮 槽188可为用于再生液体干燥剂的收集位置。该液体干燥剂然后可经由管线190传输至介 质激冷器146的贮槽154。在贮槽154中，液体干燥剂可与液体干燥剂溶液混合以增加贮 槽154中液体干燥剂与水的总比例。应当额外地指出的是，可控制再生单元166的水移除 容量以匹配压缩机132的进口的水分负载。这可通过调节到热交换器168的热流170以维 持恒定的干燥剂溶液浓度来实现。如先前所述，液体干燥剂溶液可经由泵156、经由管线158从贮槽154移除。泵156 可经由管线162将液体干燥剂溶液传输至旁通阀160。旁通阀160可控制液体干燥剂到介 质激冷器146的供应。因此，旁通阀160可沿着管线192经由冷却器194将液体干燥剂溶 液导送至介质激冷器146。冷却器194可为冷却式热交换器，其操作以减少液体干燥剂溶液的热。以此方式， 传输到介质激冷器146的液体干燥剂溶液可在温度方面低于沿着路径144传递的进入空 气。因此，由于从通过介质激冷器146传递的空气移除水分，空气向激冷液体干燥剂溶液的 直接暴露可作为直接热交换，以降低沿着路径144通过介质激冷器146传递的空气的总温 度。接触沿着路径144流过介质激冷器146的空气的液体干燥剂溶液可经由歧管196与空 气接触，歧管196可操作以将液体干燥剂溶液均勻地分配至介质激冷器146的一个或多个 喷射单元198。此外，安置于介质150顶部上的歧管196可经由喷射单元将液体干燥剂溶 液导送至介质150的内部199。也就是说，喷射单元198可将液体干燥剂溶液分散(例如， 喷雾)至介质激冷器146内(例如，至介质激冷器的内部内)，使得它可直接接触沿着路径 144流动的空气以直接冷却空气和从空气移除水分，如上文所述。以此方式，激冷和除湿的 空气可传递到压缩机132，从而造成燃气涡轮发动机118的更大轴功率输出以及减少燃气 涡轮发动机118的构件经受经由水蒸汽造成的腐蚀。图3是介质激冷器146的实施例的图解。如先前所述，介质激冷器146可操作以冷 却用于压缩机138的空气并对该空气进行除湿。如图所示，温热空气可沿着方向线200流 入到介质激冷器146内。在图示的实施例中，空气流动到介质激冷器146的三个分段202、 204和206中的每个内。虽然图示了三个分段，但是应当指出的是，一个或多个分段可构成 整个介质激冷器146。每个分段202、204和206包括歧管196，歧管196可操作以将富含干 燥剂的溶液均勻地分配到介质激冷器146的一个或多个喷射单元198。喷射单元196可将 富含干燥剂的溶液分散(例如，喷雾或喷射)到介质激冷器146内，使得它可直接接触沿着 方向线200流动的空气以直接冷却空气和从空气移除水分。歧管196可经由管线208供应 有干燥剂，管线208可例如为连接到图2的冷却器194的管道。此外，第二管线210可用于 将富含干燥剂的溶液供应至介质激冷器146内。第二管线210也可例如为连接到图2的冷却器194的管道。但是，管线210并不 终止于歧管196。相反，管线210可包括喷射端口 212，喷射端口 212可将富含干燥剂溶液 的薄雾直接喷雾(或喷射)到介质激冷器146内以接触沿着方向线200通过介质激冷器的 空气。也就是说，喷射端口 212可将液体干燥剂喷雾到朝向介质150的进口侧213的气流 内。应当指出的是，管线208和210可彼此结合利用以提供富含干燥剂的溶液向介质激冷 器146中的空气的更均勻地分配。或者，任一管线208或210可单个地用于例如降低介质 激冷器146的总成本。
液体干燥剂接触沿着方向箭头200流动的空气中的水分，液体干燥剂从空气收集 水并在介质150中将它带走。如先前指出，介质150提供接触区域以允许空气与液体干燥 剂溶液之间的直接接触，同时也提供流动路径以在冷却空气和降低空气湿度之后带走液体 干燥剂溶液。应了解，液体干燥剂可相对于空气显著地冷，例如比空气更冷10华氏度，20华 氏度，30华氏度，40华氏度或50华氏度。因此，温差可造成空气中的湿气冷凝在介质150 上，其中液体干燥剂可收集冷凝的水并将它带走。但是，温差也可造成空气中的湿气直接冷 凝或收集在液体干燥剂上，例如，在介质150中液体干燥剂喷雾液滴和/或液体干燥剂流。 无论如何，经由直接的空气/液体干燥剂接触，液体干燥剂冷却气流，同时也从气流移除水 分。而液体干燥剂溶液(具有收集的水分)流过介质150远离气流，同时气流继续远离介质 150。以此方式，液体干燥剂溶液显著地剥离通过介质150的空气的湿气(例如，水含量)。 干燥剂溶液可收集在汇集区域214中以经由管线216移除到介质激冷器146的贮槽154内。 从这里，富含水的干燥剂溶液可经由管线158从介质激冷器146移除用于再循环/再生，如 先前所述。由于与先前激冷的干燥剂溶液直接接触而现在减少水含量以及激冷的空气沿着 方向箭头218远离介质150传递。在这点，沿着方向箭头218流动的空气可遇到介质150 下游的除雾器220。除雾器220可用于在传输到压缩机132之前从沿着方向箭头218传递 的空气移除任何过量的蒸汽/喷雾(例如，流体)。例如，除雾器220可从喷射端口 212收 集任何残余的液体干燥剂喷雾。除雾器220可例如为过滤器，其限制水分传递而允许空气 传递。而且，应当指出的是，基于空气速度和液体干燥剂和介质150从通过介质激冷器146 的空气移除水的能力，除雾器220可以可选地从介质激冷器146移除。图4是利用上文所述的空气冷却器133的效果的图示。特别地，图4图示了所公 开的空气冷却器133与替代冷却技术之间的比较，从而示出归因于空气冷却器133的改进 性能。特别地，曲线222代表蒸发式冷却技术，曲线224代表激冷技术，并且曲线226代表 根据所公开的空气冷却器133的某些实施例的除湿和激冷技术。这些曲线222、224和226 中的每个始于大约100华氏度、大约20%相对湿度和大约0. 008比湿度的共同起点228。如 图所示，这些曲线222、224和226在温度和湿度方面可从共同起点228显著变化。例如，蒸 发式冷却曲线222展示空气温度降至大约75华氏度，但也展示相对湿度至超过60 %和比湿 度至大约0. 015的显著增加。这些增加的湿度水平可造成压缩机132进入口结冰，并且该 湿度水平可导致燃气涡轮发动机118的构件的腐蚀。激冷曲线224展示了空气温度降低至 大约50华氏度，而相对湿度显著地增加至大约90%。尽管激冷曲线224指示大体上恒定的 比湿度直到大约60华氏度，但是在大约50华氏度处比湿度降低至大约0. 007。相反，通过与激冷干燥剂和介质150的直接接触的组合使用，如上文所讨论，通过 空气冷却单元133的空气可经历除湿和冷却过程，如曲线226所示。上文关于空气冷却单 元133描述的技术可导致空气温度降低至大约小于60华氏度。在将空气冷却至此温度时， 空气的比湿度可降低至大约0. 0025，而相对湿度可保持在大约30%。因此，通过在介质激 冷器146中使用激冷干燥剂和介质150，可复制与空气激冷器中所经历的温度降低类似的 温度降低，但处在更低的湿度水平，从而导致燃气涡轮发动机118的更大的轴功率输出，以 及燃气涡轮发动机的构件中减轻的由于进口空气水分造成的腐蚀。本书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳方式，并且也使得本领域技术人员能实践本发明，包括做出和使用任何装置或系统和执行任何合并的方法。本发明的专利保 护范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果其它实例具 有与权利要求书的字面语言并无不同的结构元件，或者如果其它实例包括与权利要求书的 字面语言非实质差异的等效结构元件，这些其它实例预期在权利要求书的范围内。
权利要求
一种系统，其包括空气冷却器(133)，其包括空气路径(144)；热交换器(174)，其构造成冷却液体干燥剂；以及激冷器(194)，其构造成接收所述液体干燥剂并且使所述液体干燥剂流动成与所述空气路径(144)直接接触，其中，所述液体干燥剂构造成冷却所述空气路径(144)中的空气和从所述空气移除水分。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括介质(150)，其构造成使所 述液体干燥剂流过所述空气路径(144)。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述介质(150)包括多孔介质，其构造成 使所述液体干燥剂与所述空气路径(114)中的空气直接接触。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统包括喷雾喷射器(198)，其构造 成将所述液体干燥剂喷雾至所述介质(150)上。
5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统包括在所述介质(150)下游的 所述空气路径(144)中的除雾器(220)，其中，所述除雾器(220)构造成从所述空气路径 (144)中的空气移除流体。
6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统包括液体干燥剂再生器(166)， 其构造成从所述液体干燥剂移除水分。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括喷雾喷射器(212)，其构造 成将所述液体干燥剂喷雾至所述空气路径(144)内。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括贮槽(154)和泵(156)，所 述贮槽(154)构造成收集所述液体干燥剂，所述泵(156)构造成将所述液体干燥剂从所述 贮槽(154)传递至所述液体干燥剂冷却器(194)。
9.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述介质(150)包括塑料、石墨或金属化 合物。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述液体干燥剂包括氯化锂、溴化锂或 甲酸钾。
全文摘要
一种用于冷却燃气涡轮进口空气的系统，包括空气冷却器(133)。该空气冷却器(133)包括空气路径(144)；热交换器(174)，其构造成冷却液体干燥剂；以及激冷器(194)，其构造成接收液体干燥剂并且使液体干燥剂流动成与空气路径(144)直接接触。此外，液体干燥剂构造成冷却空气路径(144)中的空气并从空气移除水分。
文档编号F02C7/141GK101929388SQ20101021759
公开日2010年12月29日 申请日期2010年6月18日 优先权日2009年6月19日
发明者B·基佩尔, J·张 申请人:通用电气公司