TWI582306B

TWI582306B - Inspiratory cooling system

Info

Publication number: TWI582306B
Application number: TW103110352A
Authority: TW
Inventors: Keita Fujii; Yasuoki Tomita; Jiro Asakuno; Masaru Takamatsu; Tadakuni Nishio; Tatsunao Nagashima; Katsuhiro Hotta; Masashi Nishimura
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Sys
Priority date: 2013-03-27
Filing date: 2014-03-19
Publication date: 2017-05-11
Also published as: JP6125868B2; JP2014190253A; TW201447095A; US20140290253A1; US9458765B2

Description

吸氣冷卻系統

本發明係關於一種對燃氣渦輪機之吸氣進行冷卻之吸氣冷卻系統。

於由壓縮機、燃燒器、及渦輪機等構成之發電用燃氣渦輪機中，渦輪機之輸出受到被吸入壓縮機之吸氣之溫度的影響。例如，於大氣溫度較高之夏季，吸氣之密度降低而質量流量下降，故而渦輪機之輸出降低。為抑止此種渦輪機之輸出降低，開發有具備藉由與冷媒之熱交換而降低自外部氣體吸氣之空氣溫度之吸氣冷卻盤管之吸氣冷卻系統、及將水向被吸氣之空氣進行噴霧而利用該水之汽化熱進行吸氣冷卻的吸氣冷卻系統。若應用具備吸氣冷卻盤管之吸氣冷卻系統，大氣中之水分會因與吸氣冷卻盤管之熱交換所致之冷卻而冷凝變成排水。排水被設於吸氣冷卻盤管下部之排水皿回收，並自排水配管被排出。

然而，若使用該吸氣冷卻系統，則存在附著於吸氣冷卻盤管表面之排水與通過冷卻盤管之吸氣一併向下游側飛散、或未被排水皿完全回收而自排水皿漏出。因此，存在排水流入作為燃氣渦輪機之吸氣側之壓縮機，壓縮機被堵塞或產生沖蝕而損傷壓縮機葉片之問題。作為減少排水流入燃氣渦輪機之壓縮機之先前技術，於專利文獻1中揭示有一種燃氣渦輪機吸氣冷卻裝置，其設有噴霧除去機構，該噴霧除去機構捕獲噴霧器之吸氣管內之下游側未被蒸發之噴霧而自吸氣除去噴霧。又，於專利文獻2中揭示有一種燃氣渦輪機，於供被供給有水之作動空氣流通之流通路徑之內壁面、燃氣渦輪機之轉子或者外殼流路面設置旋轉對稱之槽，將附著於內壁面或流路面之噴霧回收。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2007-120479號公報

[專利文獻2]日本專利特開2006-037877號公報

作為將吸氣導入壓縮機之吸氣管，為實現導入壓縮機之吸氣之整流化，抑制壓力損失之產生且抑制壓縮機之性能降低，存在具有與吸入外部氣體之導入部之口徑相比而縮小壓縮機之入側之口徑之歧管部者。歧管部構成為例如經由相對於吸氣管內之設有冷卻盤管之水平管而於鉛直方向朝下彎曲之鉛直管，向高度較冷卻盤管之設置面低之方向延伸出。

若藉由具備此種構成之吸氣管之吸氣冷卻系統進行吸氣冷卻，存在過冷卻時等於冷卻盤管之表面凝結產生之排水向下游側飛散，在鉛直管之壁面上流動，到達歧管部而積存之顧慮。若該排水之積存水超出限度，則會向燃氣渦輪機之壓縮機內滲入，有引發壓縮機之阻塞或故障、壓縮機葉片損傷等風險。於上述專利文獻1及專利文獻2中，雖提及捕獲通過吸氣管之排水或附著於吸氣管之壁面之排水，但並未提及經過吸氣管之下游側具有之鉛直管之壁面而流動之排水對策。

本發明係鑒於上述問題研究而成者，其目的在於提供一種可捕獲經過吸氣管之下游側具有之鉛直管之壁面而流動之排水之新穎且經改良的吸氣冷卻系統。

本發明之一態樣係一種燃氣渦輪機之吸氣冷卻系統，其特徵在於包括：吸氣管，其將自吸氣入口獲取之吸氣導入上述燃氣渦輪機之壓縮機，且包含鉛直管、及上述鉛直管之下游之歧管部；冷卻部，其設於上述吸氣管內，藉由與自外部導入之冷卻介質之熱交換而對上述吸氣進行冷卻；過濾部，其設於上述歧管部之入口側，去除經由上述鉛直管而導入之吸氣所含之雜質；及排水收集器，其係於上述過濾部之正上方沿上述鉛直管之內壁面而設之水收集引導構件，可回收經過上述內壁面而流動之排水。

根據本發明之一態樣，以沿吸氣管之下游側具有之鉛直管之內壁面而設置排水收集器，故而可直接回收經過鉛直管之內壁面而流動之排水。

此時，於本發明之一態樣中，亦可為上述鉛直管之截面為具有長邊及短邊之矩形，上述鉛直管之內壁面包含沿上述長邊之第1內壁面及沿上述短邊之第2內壁面，上述排水收集器具備分別沿上述第1內壁面而設之第1排水收集器、及沿上述第2內壁面設為與第1排水收集器連結之第2排水收集器，且至少上述第1排水收集器自上述第1內壁面之中心部朝向上述第2內壁面而相對於水平方向朝下方傾斜。

若如此，經第1排水收集器回收之排水並不於該第1排水收集器內滯留，而是朝向鉛直管之短邊方向之內壁面流動，故而排水之回收效率提昇。

又，於本發明之一態樣中，亦可於上述第1排水收集器或上述第2排水收集器之端部進而包括可將上述排水排出至上述鉛直管之系統外之排出部。

若如此，可經由排出部而將由第1排水收集器或第2排水收集器捕獲之排水排出至鉛直管之系統外。

又，於本發明之一態樣中，亦可為至少上述鉛直管之內壁面進而設有吸音材，且上述排水收集器設於自上述吸音材之下端部隔開特定距離之地點。

若如此，可確實地捕獲沿吸音材流動之排水。

如以上所說明般，根據本發明，可捕獲經過吸氣管之下游側具有之鉛直管之壁面而流動之排水。因此，即便於過冷卻時等冷卻盤管之表面凝結產生之排水向後遊側飛散而流動至下游側之鉛直管的情形時，亦可確實地捕獲排水而防止壓縮機之故障或損傷。

10‧‧‧燃氣渦輪機設備

12‧‧‧吸氣管

12a‧‧‧水平管

12b‧‧‧曲管

12c‧‧‧鉛直管

12c1‧‧‧(長度方向之)內壁面

12c2‧‧‧(短邊方向之)內壁面

12d‧‧‧歧管部

12d1‧‧‧(歧管部之)底面

13‧‧‧吸音材

13a‧‧‧(吸音材之)下端部

14‧‧‧壓縮機

14a‧‧‧(壓縮機之)入口

16‧‧‧燃燒器

18‧‧‧燃氣渦輪機

20‧‧‧發電機

22‧‧‧吸氣入口

24‧‧‧預濾器

26‧‧‧冷卻盤管(冷卻部)

28‧‧‧第1循環路徑

29‧‧‧第1循環路徑

30‧‧‧第1循環泵

32‧‧‧冷凍機

34‧‧‧第2循環路徑

35‧‧‧第2循環路徑

36‧‧‧第2循環泵

38‧‧‧冷卻塔

40‧‧‧消音器

42‧‧‧過濾器(過濾部)

100‧‧‧吸氣冷卻系統

102‧‧‧排水排出管線

104‧‧‧U字型管路(水封部)

106‧‧‧閥

107‧‧‧閥

110‧‧‧排水收集器

110a‧‧‧第1排水收集器

110b‧‧‧第2排水收集器

112‧‧‧排出部

圖1係表示具備本發明之一實施形態之吸氣冷卻系統之燃氣渦輪機設備之構成的方塊圖。

圖2係本發明之一實施形態之吸氣冷卻系統具備之排水收集器之概略構成圖，(a)係自圖1之A-A方向之剖面圖，(b)係自圖2(a)之B-B方向之剖面圖。

圖3係本發明之一實施形態之吸氣冷卻系統具備之排水收集器與排水排出管線之詳細說明圖。

以下，詳細說明本發明之較佳實施形態。再者，以下說明之本實施形態並非受到申請專利範圍所記載之本發明之內容不當限定者，且本實施形態所說明之構成並不一定均為本發明之解決手段。

首先，一面使用圖式一面說明本發明之一實施形態之吸氣冷卻系統之構成。圖1係表示具備本發明之一實施形態之吸氣冷卻系統之燃氣渦輪機設備之構成的方塊圖。

作為發電設備之燃氣渦輪機設備10具備吸氣管12、壓縮機14、燃燒器16、燃氣渦輪機18、及發電機20。又，燃氣渦輪機設備10具備用於冷卻燃氣渦輪機18之吸氣之吸氣冷卻系統100。於本實施形態中，吸氣冷卻系統100至少具備吸氣管12、冷卻盤管26(冷卻部)、冷凍機32、冷卻塔38、排水排出管線102、水封部104、及排水收集器110。此處，作為吸氣冷卻系統100之其他實施形態，亦可構成為將水向被吸氣之空氣進行噴霧，利用該水之汽化熱進行吸氣冷卻。

吸氣管12將自吸氣入口22獲取之吸氣(外部氣體：空氣)導入壓縮機14。壓縮機14對經由吸氣管12被供給之吸氣進行壓縮。燃燒器16使用自壓縮機14供給之吸氣令燃料燃燒。燃氣渦輪機18藉由自燃燒器16供給之燃燒氣體而旋轉。發電機20藉由燃氣渦輪機18之旋轉而發電。

如圖1所示，吸氣管12自上流側起具備水平管12a、曲管12b、鉛直管12c，且於鉛直管12c之下游側，設有使吸氣一面整流一面導入壓縮機14之歧管部12d。於本實施形態中，歧管部12d構成為經由相對於水平管12a而於鉛直方向朝下彎曲之鉛直管12c而朝下延伸出。

又，於吸氣管12之吸氣入口側，設有自從吸氣入口22獲取之吸氣中除去相對較大粉塵等之預濾器24。又，於吸氣管12(水平管12a)內之預濾器24之後段，設有藉由與自外部導入之冷卻介質之熱交換而對通過預濾器24之吸氣進行冷卻之冷卻盤管26。於冷卻盤管26之下部，設有用於回收因與吸氣之冷卻盤管26之熱交換所致之冷卻而冷凝之排水的排水皿(未圖示)，且經排水皿回收之排水自排水配管(未圖示)而被排出至吸氣管12之系統外。

於冷卻盤管26經由第1循環路徑28、第1循環泵30而自渦輪冷凍機或吸收式冷凍機等冷凍機32被供給有較冷之循環水(冷卻介質)。吸氣冷卻盤管26內因與吸氣之熱交換而被加溫之循環水經由第1循環路徑29而返回至冷凍機32。於冷凍機32經由第2循環路徑34、35、第2循環泵36而自冷卻塔38被供給有較冷之循環水。冷凍機32內與在第1循環路徑28、29循環之循環水經熱交換後之循環水經由第2循環路徑34而返回至冷卻塔38，並於冷卻塔38內再次被冷卻。

又，於吸氣管12之水平管12a內，在較冷卻盤管26更下游側設有抑制包括吸氣時產生之聲音在內之振動的消音器40。又，於與吸氣管12之鉛直管12c連結之歧管部12d之入口側設有過濾器42作為過濾部，用於去除經由鉛直管12c導入之吸氣所含之雜質、或吸氣管內之作業中等狀況下落下之螺絲等。

吸氣冷卻系統100為防止因冷卻盤管26之熱交換之吸氣冷卻所產生之排水向壓縮機14之滲入，而具備回收排水之功能。本實施形態之特徵為：以沿鉛直管12c之內壁面之方式而於過濾器42之正上方設有排水收集器110，該排水收集器110可回收因冷卻盤管26之表面產生之排水向下游側飛散等所造成之沿鉛直管12c之內壁面流動的排水。

如圖1所示，排水收集器110係鉛直管12c之軸方向之截面形狀形成為L字形狀。排水收集器110係設為L字形狀之一邊與鉛直管12c之內壁面大致平行，且與鉛直管12c之內壁面之間具有空間。又，排水收集器110設為於鉛直管12c之上游側形成開口。藉此，可藉由排水收集器110捕獲沿鉛直管12c之內壁面流動之排水。再者，經排水收集器110捕獲之排水自連接於排水收集器110之排水排出管線102而被排出至鉛直管12c之系統外。

其次，一面使用圖式一面說明本發明之一實施形態之吸氣冷卻系統具備之排水收集器之構成。圖2係本發明之一實施形態之吸氣冷卻系統具備之排水收集器之概略構成圖，(a)係自圖1之A-A方向之剖面圖，(b)係自圖2(a)之B-B方向之剖面圖。

排水收集器110係於過濾器42之正上方沿鉛直管12c之內壁面12c1、12c2而設，且可回收經過內壁面12c1、12c2而流動之排水之水收集引導構件。於本實施形態中，如圖2(a)所示，鉛直管12c之截面係具有長邊及短邊之矩形，排水收集器部110係由長邊側之第1排水收集器110a、及短邊側之第2排水收集器110b構成。

又，於本實施形態中，圖2(a)所示，於排水收集器110之四角設有將排水排出至鉛直管12c之系統外之排出部112。即，於第1排水收集器110a與第2排水收集器110b之端部，設有將由第1排水收集器110a或第2排水收集器110b捕獲之排水排出至鉛直管12c之系統外的排出部112。

第1排水收集器110a係沿著沿鉛直管12c之截面之長度方向(長邊)之內壁面(第1內壁面)12c1而分別設置。第2排水收集器110b係設為沿著沿鉛直管12c之截面之短邊方向(短邊)之內壁面(第2內壁面)12c2而與第1排水收集器110a連結。

又，於本實施形態中，如圖2(b)所示，第1排水收集器110a係自鉛直管12c之長度方向之內壁面12c1之中心部12c3朝向鉛直管12c之短邊方向之內壁面12c2而相對於水平方向朝下方傾斜。即，第1排水收集器110a之底面110a2成為中央部110a1變高、朝向具有排出部112之端部而朝下方傾斜之斜面。

鉛直管12c於例如形成為長度方向之長度為7m左右之大小之情形時，有第1排水收集器110a捕獲之排水在該第1排水收集器110a內滯留之顧慮。因此，於本實施形態中，為使所捕獲之排水不於第1排水收集器110a內滯留，構成為使第1排水收集器110a之底面110a2成為斜面而排水能夠朝向排出部112流動。藉此，所捕獲之排水不會於排水收集器110a滯留，故而排水之回收效率提昇。

再者，於本實施形態中，僅第1排水收集器110a使底面為斜面，但亦可構成為第2排水收集器110b之底面亦為斜面，由第2排水收集器110b捕獲之排水能夠向排出部112流動。

其次，一面使用圖式一面說明本發明之一實施形態之吸氣冷卻系統具備之排水收集器與排水排出管線之詳細內容。圖3係本發明之一實施形態之吸氣冷卻系統具備之排水收集器與排水排出管線之詳細說明圖。

於將吸氣導入壓縮機14時，會產生噪音或振動，故而為抑制該噪音或振動，於吸氣管12之內壁面設有由胺基甲酸酯或海綿、玻璃絨等形成之吸音材。因此，於鉛直管12c之內壁面12c1、12c2設置排水收集器110時，需要考慮吸音材之厚度後進行設置。

於本實施形態中，如圖3所示，排水收集器110係設於鉛直管12c之內壁面12c1之未設置吸音材13之部位，且設置於自吸音材13之下端部13a隔開特定距離1之地點。若考慮吸音材13之厚度而設置排水收集器110，則需要以吸音材13之厚度量增大排水收集器110之長度方向之寬度。因此，伴隨排水收集器110之該寬度擴大，鉛直管12c之吸氣通路變窄，有吸氣效率降低之顧慮。

因此，於本實施形態中，排水收集器110係設置於鉛直管12c之內壁面12c1、12c2之未設置吸音材13之部位。即，可不使排水收集器110之長度方向之寬度以吸音材13之厚度量擴大，而設置排水收集器110。

又，若設置排水收集器110時在吸音材13之下端部13a之正下方設置排水收集器110，則有經過吸音材13之表面而流動之排水以吸音材13之厚度量自排水收集器110翻捲之顧慮。因此，於本實施形態中，為確實地捕獲沿吸音材13流動之排水，排水收集器110係自吸音材13之下端部13a隔開特定距離1而設。具體而言，排水收集器110較佳為自吸音材13之下端部13a隔開至少1m左右而設。

如圖3所示，由排水收集器110捕獲之排水自連接於排水收集器110之排水排出管線102而被排出至鉛直管12c之系統外。於本實施形態中，在排水排出管線102設有可開閉之閥106、及防止來自鉛直管12c系統外之雜質等流入之水封部104。又，排水排出管線102經由閥107而與歧管部12d之底面12d1連接，亦能排出歧管部12d內積存之排水。

如此，於本實施形態中，係以沿吸氣管12之下游側具有之鉛直管12c之內壁面12c1、12c2之方式設置排水收集器110，故而可直接回收經過鉛直管12c之內壁面12c1、12c2而流動之排水。又，藉由將排水收集器110設於過濾器42之正上方，可效率良好地捕捉於吸氣時一面與曲管12b之壁面碰撞一面於該壁面冷凝之排水經過鉛直管12c流動而來者。

又，本實施形態之排水收集器110可於既有燃氣渦輪機設備因定期檢查等而停止運轉之期間追加設置。於該情形時，排水收集器110係設置於將鉛直管之設於內壁面之吸音材13之一部分除去後之部位，且設置於自吸音材之下端部隔開特定距離1之地點。如此，本實施形態之排水收集器110亦可設於既有燃氣渦輪機設備，可效率良好地捕獲經過鉛直管而流動之排水。

再者，如上述般對本發明之一實施形態進行了詳細說明，但本領域技術人員當可容易地理解，根據本發明之新穎事項及效果可實現不脫離實體之多種變化。因此，此種變化例均包含於本發明之範圍。

例如，於說明書或圖式中，至少一次與更廣義或同義之不同用語一併記載之用語，在說明書或圖式之任何部位均可置換為此不同用語。又，燃氣渦輪機設備、燃氣渦輪機之吸氣冷卻系統之構成、動作亦不限定於本發明之一實施形態之說明，而可進行各種變化實施。