一种燃机进气换热装置的制作方法

本实用新型涉及燃气蒸汽联合循环机组设备领域，具体是一种燃机进气换热装置。

背景技术：

以燃气轮机(以下简称燃机)为核心设备的燃气蒸汽联合循环机组具有占地面积小、污染排放少、热效率高等优势，特别适用于人口稠密地区电厂发电机组的构建。这类机组一般包括燃机进气室、燃机和余热锅炉等设备，为改善联合循环机组的运行性能，有些燃机进气室内部会设置进气换热器，这样在部分负荷工况下通过提高燃机进气温度来提高联合循环机组效率，在满负荷工况下通过降低燃机进气温度来提高联合循环机组的输出功率。

由于燃机进气室的进气截面尺寸通常较大，在进气室内设置一台进气换热器则因其内部管路较长，难以保证进气截面各处的均匀加热或冷却。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的在于提供一种可保证燃机进气室进气截面各处温度均匀的燃机进气换热装置。

为实现上述目的，本实用新型提供一种燃机进气换热装置包括进水管组件、回水管组件和换热单元，进水管组件包括相互连通的进水母管、进水横管、两根进水竖管和两根进水分配管。进水母管的端部与进水横管的中部连接，进水竖管下端与进水横管的端部连接，进水竖管上端通过倒u型弯头与进水分配管上端连接，进水分配管与进水竖管平行且下端封闭，进水分配管上沿长度方向设置至少3根进水支管，每一进水支管与一个换热单元的进水口接通。

回水管组件包括相互连通的回水母管、回水横管和两根回水分配管。回水母管的端部与回水横管的中部连接，回水分配管沿竖直方向延伸且上端封闭，回水分配管下端与进水横管的端部连接，回水分配管上沿长度方向设置至少3根回水支管，每一回水支管与一个换热单元的出水口接通。

由上述方案可见，燃机进气室的进气截面尺寸通常较大，上述换热装置为包括至少6个(3行×2列)换热单元的换热器阵列，并且通过进水管组件和回水管组件可保证各换热单元之间均为并联关系，可对进气截面各处均匀加热。另外，换热单元的布局形式可保证每一换热单元的进水管程和回水管程之和都较为接近，并将每一换热单元的沿程阻力损失控制在同等水平从而避免水力失衡，进而将每一换热单元的换热效率也维持在同等水平。

进一步的方案是，多根进水支管以相同的间距设置于进水分配管上，多根回水支管以相同的间距设置于回水分配管上，并且相邻两根进水支管的间距等于相邻两根回水支管的间距。

由上可见，以相同间距设置进水支管和回水支管并保证进水支管和回水支管的间距相等可使每一换热单元的进水管程和回水管程之和相等，因而每一换热单元的沿程阻力损失也相等，可避免水力失衡并保证各换热单元的换热效率基本一致。

进一步的方案是，进水分配管的内径由上至下依次递减，回水分配管的内径由下至上依次递减。

由上可见，以内径规律变化的管道作为进水分配管和回水分配管有助于将每个换热单元的入口水流量和出口水流量都控制在同等水平，进而提高各换热单元的换热效率一致性。

进一步的方案是，每一进水支管上均设有进水阀，每一回水支管上均设有回水阀。

由上可见，上述换热装置通过在换热器阵列中每个换热单元的进水端和回水端分别设置进水阀和回水阀能够控制实际投入运行的换热单元的数量，从而将水流速度维持在较高水平以保证传热效率。通过调用布局较为均衡的几个换热单元参与换热可保证进气截面各处温度大致处于同一水平。

进一步的方案是，进水横管和回水横管上均设有膨胀节。

由上可见，引入膨胀节可减小温差应力对进水管道和回水管道的破坏，有效保护换热设备的管道系统。

进一步的方案是，燃机进气换热装置还包括排气组件，排气组件包括竖直延伸的排气母管和设于排气母管上的至少6根排气支管，每一排气支管将排气母管与一个换热单元的排气口接通，排气母管的下端封闭，排气母管的上端设有放气阀。

由上可见，引入由排气组件构成的排气系统可实现通过一个放气阀为所有换热单元排气，从而大幅简化换热装置的排气操作。

附图说明

图1是本实用新型燃机进气换热装置实施例的应用状态结构图。

图2是本实用新型燃机进气换热装置实施例的结构图。

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

具体实施方式

参见图1和图2，本实用新型提供的燃机进气换热装置包括进水管组件10、回水管组件20和换热单元30，进水管组件10包括相互连通的进水母管11、进水横管12、两根进水竖管13和两根进水分配管14。进水母管11的端部与进水横管12的中部连接，进水竖管13下端与进水横管12的端部连接，进水竖管13上端通过倒u型弯头与进水分配管14上端连接，进水分配管14与进水竖管13平行且下端封闭，进水分配管14上沿长度方向设置至少3根进水支管15，每一进水支管15与一个换热单元30的进水口接通。

回水管组件20包括相互连通的回水母管21、回水横管22和两根回水分配管23。回水母管21的端部与回水横管22的中部连接，回水分配管23沿竖直方向延伸且上端封闭，回水分配管23下端与进水横管22的端部连接，回水分配管23上沿长度方向设置至少3根回水支管24，每一回水支管24与一个换热单元30的出水口接通。

燃机进气室60的进气截面尺寸通常较大，上述换热装置为包括至少6个(3行×2列)换热单元30的换热器阵列，并且通过进水管组件10和回水管组件20可保证各换热单元30之间均为并联关系，可对进气截面各处均匀加热。

处于同一列的多个换热单元30由上至下进水管程依次递增，回水管程依次递减，并且相同高度位置的两个换热单元30的进水管程和回水管程均相等，因此这种布局形式可使每一换热单元30的进水管程和回水管程之和都较为接近，并将每一换热单元30的沿程阻力损失控制在同等水平从而避免水力失衡，进而将每一换热单元30的换热效率也维持在同等水平。

多根进水支管15以相同的间距设置于进水分配管14上，多根回水支管24以相同的间距设置于回水分配管23上，并且相邻两根进水支管15的间距等于相邻两根回水支管24的间距。以相同间距设置进水支管15和回水支管24并保证进水支管15和回水支管24的间距相等可使每一换热单元30的进水管程和回水管程之和相等，因而每一换热单元30的沿程阻力损失也相等，可避免水力失衡并保证各换热单元30的换热效率基本一致。

进水分配管14的内径由上至下依次递减，回水分配管23的内径由下至上依次递减。以内径规律变化的管道作为进水分配管14和回水分配管23有助于将每个换热单元30的入口水流量和出口水流量都控制在同等水平，进而提高各换热单元30的换热效率一致性。鉴于进水分配管14和回水分配管23内的水流方向相反，两者的内径变化规律也相反。

每一进水支管15上均设有进水阀16，每一回水支管24上均设有回水阀25。

对燃机进气进行冷却时的传热端差较小，而对燃机进气进行加热时的传热端差较大，因此进气冷却所需的水流量远大于进气加热所需的水流量，进气换热器需按冷却模式下所需的最大水流量进行设计。因此燃机在进气冷却模式下水流速度相对较大，更易实现换热效率较高的湍流传热，但切换到加热模式后水流速度较低，难以实现湍流传热，传热效率较低。另外即使是在冷却模式下，当冷却负荷需求较低时换热装置也难以实现湍流传热。

上述换热装置通过在换热器阵列中每个换热单元30的进水端和回水端分别设置进水阀16和回水阀25能够控制实际投入运行的换热单元30的数量，从而将水流速度维持在较高水平以保证传热效率。通过调用布局较为均衡的几个换热单元30参与换热可保证进气截面各处温度大致处于同一水平。

进水横管12和回水横管22上均设有膨胀节40，引入膨胀节40可减小温差应力对进水管道和回水管道的破坏，有效保护换热设备的管道系统。

燃机进气换热装置还包括排气组件50，排气组件50包括竖直延伸的排气母管51和设于排气母管51上的至少6根排气支管52，每一排气支管52将排气母管51与一个换热单元30的排气口接通，排气母管51的下端封闭，排气母管51的上端设有放气阀53。引入排气组件50构成的排气系统可实现通过一个放气阀53为所有换热单元30排气，从而大幅简化换热装置的排气操作。

具体实施时，上述燃机进气换热装置设置在燃机进气室60内，燃机进气室60内还设有进气精滤61，进气精滤61在进气方向上较进气换热装置更为靠近燃机70。

实施例中燃机进气换热装置适用于ge9351fa型燃机，包括10个(5行×2列)换热单元30(为便于区别，图2中将10个换热单元30从30a至30j进行编号)，换热单元30为一套包含换热管的换热组件。进水分配管14和回水分配管23均由首尾相接的多根管节拼接构成，进水分配管14由上至下各管节的内径依次递减，回水分配管23由下至上各管节的内径依次递减，另外进水横管12和回水横管22均在两端处设置膨胀节40。

燃机进气换热装置的设计冷冻水流量为1000t/h，进水管组件10、回水管组件20和换热单元30均按照水流量1000t/h进行设计，每个换热单元30的设计水流量为100t/h，水流速度为2m/s，表征流态的雷诺数为6300，水流保持在湍流状态，具有较好的换热效果。

大多数情况下燃机进气冷却装置都不需要满负荷运行，且冷却负荷处于较低水平，典型工况下冷冻水流量为500t/h，若全部10个换热单元30都投入使用则每个换热单元的水流量为50t/h，换热单元30中的水流速度变为1m/s，雷诺数变为3150，水流为过渡态，换热效果下降。这时可通过开闭进水阀16和回水阀25将实际调用的换热单元30的数量调整为5个(即图2中的30b、30d、30f、30h和30j)，调整过后换热单元30的水流量回升至100t/h，雷诺数恢复至6300，水流变回湍流状态，换热效率可大幅提高。

当燃机进气冷却装置在更低的冷却负荷下运行时，典型工况下冷却水流量仅为200t/h，若全部10个换热单元30都投入使用则每个换热管组的水流量为20t/h，换热管组中的水流速度变为0.4m/s，雷诺数变为1260，水流为层流状态，换热效果大幅下降。这时可通过开闭进水阀16和回水阀25将实际调用的换热单元30的数量调整为4个(即图2中的30b、30d、30g和30i)，调整过后换热单元30的水流量变为40t/h，雷诺数恢复至2520，水流变为过渡态，换热效率仍有明显提高。

另外容易想到，本实用新型的设计思路还可以应用于列数超过2的换热器阵列的设计布局中，因此相关换热装置方案也应被视作落在本实用新型的保护范围内。