[实用新型]用于燃气涡轮的入口空气调节系统及发电设备

说明书

技术领域

本文公开的主题大体涉及用于燃气涡轮的入口空气调节系统，并且更具体地涉及具有改进的入口空气冷却的入口空气调节系统和方法。

背景技术

燃气涡轮典型地包括：入口系统、压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和排气区段。燃气涡轮可操作如下。入口系统从燃气涡轮的周围环境接收空气，并且压缩机区段压缩入口空气。压缩的空气流接着流至燃烧区段，其中，燃料混合可在燃烧之前发生。燃烧过程生成气态混合物，其驱动涡轮区段，该涡轮区段将气态混合物的能量转换为转矩形式的机械能。转矩通常用于驱动发电机、机械驱动件等。

燃气涡轮的性能通常由输出、热效率和/或加热率确定。进入的空气流的温度和湿度对燃气涡轮性能具有显著影响。大体上，燃气涡轮随空气流温度升高而变得效率较低。

各种系统已经用于降低入口空气流的温度，特别是在具有较高空气流温度和/或湿度的环境条件期间。这些系统试图通过在进入压缩机区段之前调节空气流来实现该目标。调节可认作是调整空气流的至少一个物理性能的过程。物理性能可包括但不限于：湿球温度、干球温度、湿度和密度。通过调整空气流的一个或更多个物理性能，可改进燃气涡轮的性能。

这些系统的一些已知的实例包括：中间型蒸发冷却器、润湿蒸发冷却器、具有机械水冷冻器的冷冻器盘管、具有或没有热能系统的吸收水冷冻器，等。然而，关于用于调节进入燃气涡轮的空气流的已知系统，存在一些问题。

在用于涡轮发动机的相关入口空气冷却系统中，使用了感测冷却和蒸发冷却系统两者。感测冷却系统典型地使用水冷冻器和设置在入口空气流中的冷却盘管。这些系统功能较高，但通常认作是实施过于昂贵，至少部分地由于冷却盘管和水冷冻器设备的高费用，该冷却盘管和水冷冻器设备可花费几百万美元来制造和安装。蒸发冷却系统典型地认作是制造和安装较为廉价的，但最佳的是在热和干的环境中工作，因为热、干空气提供比相对潮湿的环境更大的冷却能力。实际上，蒸发冷却器可对于在高湿度环境中使用完全打折扣，因为相比于其在热和干的环境中使用其性能相对低。相关蒸发冷却系统依靠容易获得的水，诸如来自附近的供水源的水，其中，供水源的温度与环境条件相关。

美国专利第8,365,530号('530专利)公开了一种包括感测冷却和蒸发冷却两者的系统。'530专利公开了一种系统，其中水喷洒到介质表面上，并且水可冷却，或者水可在环境条件下供应。该途径与蒸发冷却的差别部分地在于，介质不同，并且水输送的方式不同，常规蒸发冷却不使用喷洒。

在导致本公开的工作之前，本领域内所承认的是，至少相对于效率，冷冻水用于与蒸发器冷却器一起使用没有益处。因此，下面论述的结果令人惊讶，并且是相当大的突破，其中蒸发冷却器的改进的效率通过将冷冻水供应至蒸发冷却器介质来实现。实际上，根据本公开的装置提供了甚至在相对高环境湿度的情况下也有效的冷却，这与相对于相关蒸发冷却器的承认的认知相反。

发明内容

本文所述的入口冷却系统的方面提供了与现有技术相关联的一个或更多个问题或缺点的解决方案。

技术方案1.在一个示例性但非限制性的方面中，本公开涉及一种用于燃气涡轮的入口空气调节系统。系统包括用于燃气涡轮的入口导管，其中入口导管包括空气流动通路，以向燃气涡轮提供入口空气；设置在空气流通路中的蒸发冷却介质；水冷冻器；以及使水循环穿过串联的水冷冻器和蒸发介质的循环泵。冷冻器构造成在水循环至蒸发冷却介质之前将水冷冻到环境湿球温度以下。

技术方案2.根据技术方案1所述的入口系统，其特征在于，所述蒸发冷却介质包括多个垂直不同区段，其均具有在所述多个垂直不同区段中的各个的顶部处的水入口，并且其中所述水从所述冷冻器供应并且单独地供应至所述多个垂直不同区段的顶部。

技术方案3.根据技术方案2所述的入口系统，其特征在于，所述多个垂直不同区段堆叠在彼此的顶部上。

技术方案4.根据技术方案3所述的入口系统，其特征在于，所述水入口在功能上并联于彼此。

技术方案5.根据技术方案1所述的入口系统，其特征在于，所述蒸发冷却介质的高度和循环穿过所述冷冻器的水优化，以同时地提供所述蒸发冷却介质中的蒸发冷却和感测冷却的组合。

技术方案6.根据技术方案1所述的入口系统，其特征在于，所述冷冻器构造成冷冻所述水，以使所述水在所述环境湿球温度以下大约10到大约40华氏度之间输送至所述蒸发冷却。