用于清洁燃气涡轮机的进气的过滤系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明大体涉及过滤，以及尤其涉及一种用于清洁将在燃气涡轮机中使用的进气的改进设备和方法。
【背景技术】
[0002]燃气涡轮机通常需要大量的进气用于燃料的燃烧。周围空气的自然污染导致涡轮机性能相当大的损害。例如，来自空气的颗粒沉积在燃气涡轮机的压缩机叶片上，并且引起不平衡或者影响压缩机叶片的流动剖面中的变化。空气中含有的盐晶或者盐气溶胶导致燃气涡轮机中(尤其涡轮机叶片上)的腐蚀。这些和其它机制导致涡轮机性能和能量效率的严重降低。为此，对进气进行过滤，以移除尽可能多的不希望的污染物。通常，这通过位于过滤器室中的大量的过滤器来完成。过滤器室经由流道连接到燃气涡轮机，已净化的空气通过该流道供给到燃气涡轮机。
[0003]过滤器附接到至少一个过滤器壁，该过滤器壁在过滤器室内构成与各过滤器壁相关的相对原料气体区域和相对干净气体区域的分隔。过滤器也能够称为基质。过滤器壁密封地连接到过滤器室的壁，并且关于其高度和宽度由这些壁限制。过滤器壁具有开口，通过该开口能够发生原料气体与干净气体侧之间的空气交换。过滤器安装在这些开口的前部或其中。
[0004]过滤器能够具有不同的设计。例如，在所有不同实施例中使用滤筒、袋状过滤器和筒式过滤器。也并不少见的是，若干过滤器壁以串联连接定位成彼此紧挨着，由此，通常以此方式选择过滤器的过滤级别和分离效率，使得其从第一过滤器壁增加至最后过滤器壁。定位在入口侧上的过滤器壁由此用作对于后续的过滤阶段的空气的预过滤。
[0005]所有现有的过滤系统的共同之处在于，各个过滤器仅安装在分隔壁的一侧上。通常，这是过滤器壁的相应的原料气体或脏侧。通常认为有利的是，在燃气涡轮机停止时，也从原料气体侧卸掉所装载的过滤器，使得来自过滤器所丧失的任何污染物均不能渗透至干净气体区域。然而，在流动方向上最后过滤阶段的过滤器总是安装在过滤器壁的干净气体侧。
[0006]燃气涡轮机也用使用在离岸石油和天然气生产平台上。它们用于产生电力以便运行平台或者分别栗送和压缩所生产出来的石油和天然气。由于平台结构的有限空间和重量限制，与离岸设施相比，过滤器室建造得比平常更小且更紧凑。由于过滤器室的尺寸更小，过滤器壁的尺寸也因此更小，并且通常，明显较小的过滤器以与陆上相同涡轮机模型通常将采用的方式来安装。相反，由于总体积流量由燃气涡轮机确定，所以这意味着采用比在陆上高出许多的体积流量的待过滤空气来运行过滤器。因此，离岸运行的燃气涡轮机通常具有每个过滤器接近7000到超过8000 m3/h的体积流量，而陆上运行的燃气涡轮机通常具有3400到4300 m3/h的体积流量。
[0007]至于离岸运行的燃气涡轮机，近年来已经趋向于更高值的过滤。尤其，根据EN1822:2009的EPA或HEPA过滤器的使用已经证明是有利的，这是因为对在过滤器使用寿命期间的燃气涡轮机的能量效率的影响是非常积极的。然而，过滤介质的过滤效率的提高通常也会增加其压差。因此，新过滤器的压差尤其是过滤介质和所应用的体积流量的函数。由于限制了过滤器室或者燃气涡轮机本身的最大压差，所安装的预定数量的过滤器导致过滤级别的限制。由于离岸燃气涡轮机的大体积流量，几乎仅使用根据EN779:2012的过滤器或等效物。根据EN1822: 2009的更高值的过滤器或者等效物尚未变得普遍，尽管它们对涡轮机效率的积极影响会是所希望的。在基于陆地的燃气涡轮机的情况下，可以通过扩大过滤器室并由此增加过滤器的数量来减少每个过滤器的体积流量。然而，在离岸设施的情况下，在大多数情况下这是不可能的。安装空间完全被限制，尤其是相对于现有平台。例如，离岸平台上每个甲板的高度是固定的，并且过滤器室不能扩展越过若干甲板。将多个工艺紧密地设在一起，其中管道和电缆导管填充中间大部分空间。因此，增加过滤器室的空间将需要对多个工艺进行完全的重新设计和重新布置，即便并非不可能，但也会是一项较大的任务。
[0008]另一个问题是过滤器的使用寿命。这也是体积流量关于过滤器室内特定等级的总共使用的介质面积的函数。过滤器的较长使用寿命是令人期望的，因为其延长了必须更换过滤器的间隔时间，并且由此增加了燃气涡轮机的可用性。在过滤器寿命的早期阶段，响应于迅速变化的环境条件，过滤器压差变化不大，但是随着过滤器寿命的终结，例如湿度的较小变化将导致过滤器压差的大幅度且迅速的增加，这可能触发涡轮机的警报器或者行程限制，从而导致整个系统的意外关停。因此，需要在过滤器进入不稳定状态之前更换过滤器，并且避免意外关停。较长的过滤器寿命不仅减少了过滤器不稳定运行状况与稳定运行状况的比值，而且还允许在进入不稳定阶段之前更换过滤器。因此，通过增加所使用的过滤介质面积，过滤系统将提供更好的工艺可靠性。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于，增加流道内分隔壁上并行顺序的过滤器的数量而无须增大流道或者分隔壁的尺寸或者截面。
[0010]本发明包括一种尤其用于清洁燃气涡轮机的进气的过滤系统，其包括:流道，该流道由具有流入开口和流出开口的壁围绕;具有至少两个开口的分隔壁，该分隔壁定位在流入开口与流出开口之间并且由流道的壁限定；以及至少两个过滤器或过滤器元件，其用于清洁流过流体通道的流体，其中，至少一个过滤器安装在分隔壁的脏侧/入口侧的第一开口处，并且至少一个过滤器安装在分隔壁的干净侧/出口侧的第二开口处。
[0011]流道具有将流体流(尤其包括例如灰尘、粉末或者盐雾的细小颗粒的气体或者气流)从流入开口引导到流出开口的用途。它具有将流体流与流道外部的环境介质(通常为环境空气)隔开并且防止与后者混合的壁。待净化的流体在压力下通过流入开口进入流道，并且通过流出开口离开流道。流道的流出开口通常连接到被供给流体流的消耗器，尤其燃气涡轮机。在流道内部，分隔壁相对于流体流定位成大体上横向的，并且完全流体密封地连接到流道的壁，从而提供流道内的横向于流体流的方向的分隔平面。通过此类布置，分别通过分隔壁中的开口和附接到该开口的过滤器来引导流体流。由此净化流体流。由于过滤器减少了流体流中含有的粒子数量，所以分隔壁因此构成了流道的相对脏侧与相对干净侧之间的分隔。
[0012]根据本发明的教导，在所述分隔壁处附接有第一种类或者类型的过滤器以便基本上在流道的脏侧处延伸，其中每个过滤器组成单一的安装单元。此外，第二种类或者类型的过滤器附接在所述分隔壁处以便基本上在流道的干净侧处延伸，其中每个过滤器再次组成单一的安装单元。
[0013]本发明基于如下认识:因为过滤器安装在过滤器壁的单一侧上，所以必须并排放置这些过滤器。因此，过滤器的外部尺寸，尤其其宽度和高度，确定了能够安装在具有一定宽度和高度的过滤器壁上的过滤器的最大数量。利用根据本发明的解决方案，不存在这种限制。
[0014]过滤器的安装能够如下进行:从脏侧/入口侧安装第一过滤器，从流道的干净侧/出口侧安装第二过滤器。可替代地，过滤器的安装也能够如下进行:从脏侧/入口侧安装第一过滤器，也从流道的脏侧/入口侧安装第二过滤器。在此类可替代安装过程中，只须将第二过滤器从流道的脏侧/入口侧通过第二开口移动到流道的干净侧/出口侧。借助于此解决方案，对于安装第二过滤器不需要接近或者介入流道的干净侧/出口侧。
[0015]优选地，过滤器具有框架，使用该框架将过滤器固定到分隔壁。过滤器的框架是流体密封的并且为过滤器提供机械稳定性。此外，它将过滤介质保持在适当的位置处。流体流通过框架中的开口流入以及流出过滤介质。优选地，过滤器的框架的一部分完全围绕分隔壁中的开口。优选地，每个过滤器流体密封地附接到分隔壁。优选地，第一过滤器和第二过滤器的框架至少部分地在大体垂直于分隔壁的一个方向上重叠。按照这种方式，两种过滤器在分隔壁上总共需要较小的空间。因此，分隔壁中开口之间的空间是更小的。优选地，按照这种方式，能够增加分隔壁中开口的数量，并且由此能够安装更多的过滤器。因此，在流体的总体积流量恒定的情况下，减少了每个过滤器的体积流量。每个过滤器的较低体积流量引起过滤器的使用寿命更长且压差更低。优选地，第一过滤器和第二过滤器的框架在大体垂直于分隔壁的一个方向上重叠的面积占由分隔壁组成的分隔平面中的过滤的总投影面积的至少2%。更优选地，第一过滤器和第二过滤器的框架重叠的面积占分隔平面中的过滤的总投影面积的至少5%、10%、15%，以及最优选的20%。优选地，过滤器布置成至少一排。更优选地，过滤器设置成平行的若干排。优选地，该至少一排的过滤器交替地或者分别地从脏侧和从干净侧固定，该至少一排的过滤器交替地基本上延伸到脏侧和干净侧。优选地，过滤器元件布置成若干平行的第一排和相对于第一排倾斜的第二排。优选地，平行的第一排的过滤器和相对于第一排倾斜的第二排的过滤器交替地或者分别地从脏侧和从干净侧固定，平行的第一排的过滤器和相对于第一排倾斜的第二排的过滤器交替地基本上延伸到脏侧和干净侧。优选地，倾斜的第二排设置布置成垂直于第一排。优选地，过滤器具有大体圆形的、椭圆形的、矩形的、正方形的或者多边形的截面。优选地，过滤器包含有折叠的或者凸出的过滤介质。优选地，过滤器具有根据EN779:2009的过滤级别G、M或F中的一种或者根据EN1822:2012的过滤级别EPA1、HEPA2或者ULPA3中的一种。其中，?ΡΑ”指“有效颗粒空气过滤器”，“HEPA”指“高效颗粒空气过滤器”，以及“ULPA”指“超低穿透空气过滤器”。优选地，流体为气体、空气或者液体。优选地，流出开口连接到流体消耗器，该流体消耗器优选为压缩机、燃气涡轮机、栗、或者建筑物、汽车或者工艺通风系统。优选地，过滤器中含有的过滤介质在流动方向上具有非对称结构。优选地，过滤介质包括至少一个膜层。更优选地，过滤介质具有多层结构。
[0016]此外，本发明包括一种尤其用于清洁燃气涡轮机的进气的方法，该方法借助于:流道，该流道由具有流入开口和流出开口的壁围绕;具有至少两个开口的分隔壁，该分隔壁位于流入开口与流出开口之间并且由流道的壁限定；以及至少两个过滤器，其用于净化流动的流体，其特征在于，至少一个过滤器安装或设置在分隔壁的脏侧/入口侧的