CH702706B1

CH702706B1 - System und Verfahren zur Einlaufluftkühlung und -filtrierung für eine Turbine.

Info

Publication number: CH702706B1
Application number: CH01489/07A
Authority: CH
Inventors: Peter Feher
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2006-10-25
Filing date: 2007-09-25
Publication date: 2011-08-31
Also published as: DE102007050919A1; CN101169072A; JP2008106751A; US20080098890A1; US7998249B2

Abstract

System (100) zur Einlaufluftkühlung und -filtrierung für eine Turbine. Das System (100) zur Einlaufluftkühlung und -filtrierung enthält eine Sprühanordnung (110) einer ersten Stufe mit einer ersten Anzahl von Sprühdüsenpaaren (120), welche Wasser einer ersten Temperatur versprühen, eine Sprühanordnung (130) einer zweiten Stufe mit einer zweiten Anzahl von Sprühdüsenpaaren (120), welche Wasser einer zweiten Temperatur versprühen, wobei die zweite Temperatur niedriger als die erste Temperatur ist; und eine Verwehungsbeseitigungsvorrichtung (140).

Description

Technisches Gebiet

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und Verfahren zur Einlaufluftkühlung und -filtrierung für eine Turbine.

Allgemeiner Stand der Technik

[0002] In einen Turbinenverdichter oder ähnliche Geräte eintretende Luft sollte vor der Verdichtung oder anderem Gebrauch behandelt werden. Zu der Luftbehandlung gehört das Beseitigen von festen oder flüssigen Partikeln aus der Luft, das Abkühlen oder Erhitzen der Luft auf die Optimaltemperatur und das Minimieren des Luftdruckverlusts während dieses Vorgangs.

[0003] Unsaubere, mit Staubpartikeln, Salz und anderen Schmutzstoffen belastete Luft kann die Verdichterschaufeln und andere Arten von Antriebsmaschinengeräten durch Korrosion und Erosion beschädigen. Derartige Beschädigung kann die Lebensdauererwartung und die Leistung der Geräte mindern. Zur Vermeidung dieses Problems strömt die Turbineneinlaufluft im Allgemeinen durch eine Reihe von Luftfiltern, um die Schmutzstoffe zu beseitigen. Bekannte Luftfilter sind im Allgemeinen erhöht angeordnet, um den Eintritt von Bodenschmutzstoffen zu minimieren. Diese bekannten Filtersysteme sind jedoch im Allgemeinen kompliziert und kostspielig.

[0004] Die Leistung einer Turbine hängt in hohem Masse von der Einlauflufttemperatur ab. Bei hohen Temperaturen ist die Leistungsabgabe aufgrund niedrigerer/em Luftdichte und Massendurchfluss erheblich niedriger. Hohe Umgebungstemperatur ist ausserdem nachteilig für die Arbeitsleistung, während eine zu niedrige Temperatur Vereisung und Verdichterbeschädigung bewirken kann.

[0005] Druckverlust der Einlaufluft mindert die Leistungsabgabe und die Arbeitsleistung der Gasturbine. Das Minimieren des Druckverlusts der Einlaufluft ist jedoch sehr schwierig und kostspielig. Herkömmliche Einlaufluftfilter weisen im Allgemeinen Begrenzungen der maximalen Luftgeschwindigkeit auf, um die Filtrierung beizubehalten und den Druckverlust der Einlaufluft zu begrenzen. Bekannte Luftfilter können ausserdem durch Umgebungsbedingungen wie etwa Regen und Schnee verstopfen. Ein derartiges Verstopfen kann die Filter- und Kühlleistungsfähigkeit mindern, während es den Gesamtdruckverlust erhöht.

[0006] Daher besteht ein Bedarf an einem verbesserten Turbineneinlaufluftsystem. Ein derartiges verbessertes System würde ein angemessenes Filtern bei Kühlung der Ansaugtemperatur der Luft mit begrenztem oder keinem Druckverlust vorsehen. Insbesondere würde ein derartiges System die Leistungsabgabe des Turbinensystems insgesamt und die Gesamtleistungsfähigkeit erhöhen.

Kurzdarstellung der Erfindung

[0007] Die vorliegende Schrift beschreibt daher ein System zur Einlaufluftkühlung und -filtrierung für eine Turbine. Das System zur Einlaufluftkühlung und -filtrierung beinhaltet eine Sprühanordnung einer ersten Stufe mit einer ersten Anzahl von Sprühdüsenpaaren, welche Wasser einer ersten Temperatur versprühen, eine Sprühanordnung einer zweiten Stufe mit einer zweiten Anzahl von Sprühdüsenpaaren, welche Wasser einer zweiten Temperatur versprühen, wobei die zweite Temperatur niedriger als die erste Temperatur ist; und eine Verwehungsbeseitigungsvorrichtung. Es können mehrfache Stufen in Gebrauch sein.

[0008] Die vorliegende Schrift beschreibt ferner ein Verfahren zur Einlaufluftkühlung und -filtrierung für eine Turbine. Das Verfahren beinhaltet das Strömen der Einlaufluft durch eine Sprühanordnung einer ersten Stufe, wobei die Sprühanordnung der ersten Stufe eine erste Vielzahl von Sprühdüsenpaaren umfasst, welche Wasser einer ersten Temperatur versprühen; und das Strömen der Einlaufluft durch eine Sprühanordnung einer zweiten Stufe, wobei die Sprühanordnung der zweiten Stufe eine zweite Vielzahl von Sprühdüsenpaaren umfasst, welche Wasser einer zweiten Temperatur versprühen, wobei die zweite Temperatur niedriger als die erste Temperatur ist; und Strömen der Einlaufluft durch eine Verwehungsbeseitigungsvorrichtung.

[0009] Ausführungsformen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.

[0010] Diese und andere Merkmale der vorliegenden Schrift werden dem Durchschnittsfachmann nach der Prüfung der folgenden, detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den verschiedenen Zeichnungen und den beiliegenden Ansprüchen offensichtlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0011] <tb>Fig. 1<sep>ist eine schematische Ansicht des Systems zur Einlaufluftkühlung und -filtrierung wie hierin beschrieben. <tb>Fig. 2<sep>ist eine alternative Ausführungsform des Systems zur Einlaufluftkühlung und -filtrierung.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

[0012] Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen über die verschiedenen Ansichten hinweg gleiche Elemente bezeichnen, zeigt Fig. 1eine schematische Ansicht des Systems 100 zur Einlaufluftkühlung und -filtrierung wie hierin beschrieben. Wie oben beschrieben kann das System 100 zur Einlaufluftkühlung und -filtrierung einem Verdichter oder einer anderen Turbinenbauteilart vorgeschaltet angeordnet sein. Es können mehrere Systeme 100 zur Einlaufluftkühlung und -filtrierung benutzt sein.

[0013] Das System 100 beinhaltet eine Sprühanordnung 110 einer ersten Stufe. Die Sprühanordnung 110 der ersten Stufe beinhaltet eine Anzahl von Sprühdüsenpaaren 120. Die Sprühdüsenpaare 120 weisen in einem Beispiel eine herkömmliche Gestaltung auf. Jegliche Anzahl von Sprühdüsenpaaren 120 kann hierin benutzt sein. Jedes Sprühdüsenpaar 120 erzeugt ein Sprühmuster 125 in Form von umgekehrten Doppelkegeln. Die Sprühmuster 125 beinhalten einen ersten Sprühkegel 126, der in einer Richtung mit dem Luftstrom gerichtet ist, und einen zweiten Sprühkegel 127, der gegen den Luftstrom gerichtet ist. Die Sprühmuster 125 können in einem Beispiel in der Form weitgehend äquivalent sein. Es können in einem weiteren Beispiel auch andere Arten von Sprühmustern 125 benutzt sein. Im Aggregat erzeugen die Sprühmuster eine Wasservorhangwirkung.

[0014] Das System 100 zur Einlaufluftkühlung und -filtrierung beinhaltet ausserdem eine Sprühanordnung 130 einer zweiten Stufe. Die Sprühanordnung 130 der zweiten Stufe beinhaltet ebenfalls eine Anzahl von Sprühdüsenpaaren 120 wie oben beschrieben. Ebenfalls kann hierin in einem Beispiel jegliche Anzahl von Sprühdüsenpaaren 120 benutzt sein. Die Sprühdüsenpaare 120 sehen das umgekehrte Doppelkegelsprühmuster 125 oder jegliches gewünschte Sprühmuster vor. Es können in einem Beispiel auch ausserdem weitere Sprühanordnungen in zusätzlichen Stufen oder anderweitig benutzt sein.

[0015] Eine Anzahl von Verwehungsbeseitigungsvorrichtungen 140 ist den Sprühanordnungen 110, 130 nachgeschaltet angeordnet. Die Verwehungsbeseitigungsvorrichtungen 140 verhindern eine Wasserübertragung in den Verdichter und/oder andere Turbinenausstattungsgeräte. Die Verwehungsbeseitigungsvorrichtungen 140 können eine herkömmliche Gestaltung aufweisen. Jegliche Anzahl von Verwehungsbeseitigungsvorrichtungen 140 kann benutzt sein. In einem Beispiel ist der Luftstromweg ausserdem durch Benutzung von Ablenkblechen ein gewundener Weg und biegt sich (nicht gezeigt), um eine Wasserübertragung in den Verdichter und/oder andere Ausstattungsgeräte zu verhindern.

[0016] Das System 100 zur Einlaufluftkühlung und -filtrierung beinhaltet in einem Beispiel ein Wasserumlaufsystem 150. In einem Beispiel wird das in der ersten Sprühanordnung 110 der ersten Stufe benutzte Wasser in einem Rücklaufwasserschacht 160 gesammelt und erhalten. In einem Beispiel wird das Wasser aus dem Rücklaufwasserschacht 160 zum Beseitigen von darin enthaltenen Schmutzstoffen in einer Wasseraufbereitungseinrichtung 170 aufbereitet. Die Wasseraufbereitungseinrichtung 170 kann eine herkömmliche Gestaltung aufweisen. Nach der Aufbereitung wird das Wasser beispielsweise einer Kühlvorrichtung 180 zugeleitet oder anderweitig in den Umlauf zurückgeführt. Die Kühlvorrichtung 180 kann eine herkömmliche Gestaltung aufweisen. Das gekühlte Wasser wird dann beispielsweise in einen Kühlwasserschacht 190 gepumpt. Das gekühlte Wasser wird dann beispielsweise zur Sprühanordnung 130 der zweiten Stufe gepumpt oder anderweitig dorthin geleitet. Das Wasser von der zweiten Sprühanordnung 130 wird beispielsweise ausserdem in einem Warmwasserschacht 200 gesammelt. Das Wasser aus dem Warmwasserschacht 200 wird dann beispielsweise zur Wiederholung des Vorgangs zur Sprühanordnung 110 der ersten Stufe gepumpt oder anderweitig dorthin geleitet. Durch Benutzung des gekühlten Wassers zuerst in der Sprühanordnung 130 der zweiten Stufe wird die Temperatur der Luft durch die Sprühanordnungen 110, 130 zunehmend kälter.

[0017] Im Gebrauch nutzen die Sprühanordnungen 110, 130 des Systems 100 zur Einlaufluftkühlung und -filtrierung das gekühlte Wasser als Kühl- und Filtriermedium in direktem Kontakt mit der Einlaufluft. Insbesondere bewirkt der Wasserstrom durch die erste und zweite Sprühanordnung 110, 130 einen Gegenstromfluss zu dem Einlaufluftstrom. Jede Stufe der Sprühanordnungen 110, 130 erzeugt einen ununterbrochenen Kühlwassersprühvorhang. Das gekühlte Wasser setzt die Lufttemperatur der Einlaufluft herab, während es Staub, Salz und andere Schmutzstoffe erfasst und/oder auflöst. Der Gebrauch des gekühlten Wassers erhöht daher die Luftdichte sowie die Luftmasse und den Durchfluss, die in die Brennkammer oder sonstiges eintreten. Eine derartige Erhöhung stellt eine höhere Leistungsabgabe mit einer erhöhten Gesamtwärmeleistung bereit. Das System 100 kann ausserdem die Feuchtigkeit der Luft in Form von Kondensation in allen Umgebungsbedingungen ausgenommen der äusserst trockenen herabsetzen.

[0018] Das System 100 kann daher die Temperatur der ankommenden Umgebungsluft von beispielsweise ungefähr 35 Grad Celsius auf ungefähr 10 oder 7 Grad Celsius (ungefähr 95 Grad Fahrenheit auf ungefähr 50 oder 45 Grad Fahrenheit) oder weniger senken. Weitere Senkungen können möglich sein. Infolgedessen kann das System 100 eine zuverlässige Leistungsabgaben- und Arbeitsleistungssteigerung ungeachtet der Umgebungsbedingungen bereitstellen. Durch Kombinieren von Luftfiltrierung und -kühlung kann das System 100 direkte Gesamtmaterial- und Arbeitskosten dahingehend mindern, dass die Ausstattung geringer ist und nur einen einzigen Zugangsbereich zur Wartung erfordert. Die Einrichtungszykluszeit sollte ausserdem reduziert sein. Gleichermassen sollte die laufende Wartung des Systems 100 insgesamt im Vergleich zu bekannten Geräten reduziert sein.

[0019] Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Systems 210 zur Einlaufluftkühlung und -filtrierung. In dieser Ausführungsform weist eine Sprühanordnung 220 einer ersten Stufe eine Anzahl von Sprühdüsenpaaren 230 auf. Jegliche Anzahl von Sprühdüsenpaaren 230 kann hierin benutzt sein. Wie gezeigt, erzeugen die Sprühdüsenpaare 230 eine Sprühgestaltung 235 in Form eines kleinen Kegelwinkels 236 auf der ersten Seite und eines grossen Kegelwinkels 237 auf der anderen. Der erste Kegelsatz (in einer Richtung mit dem Luftstrom) wirkt als Strahlverstärker. Der gezeigte erste, kleine Kegelwinkel weist im Vergleich zu den grossen Kegelwinkeln höhere Wasserdrücke und -geschwindigkeiten auf Diese Gestaltung mit kleinem Kegelwinkel erhöht daher den Druck der Einlaufluft durch eine Venturiwirkung. Es können auch andere Sprühgestaltungen benutzt sein. Die Erhöhung des Drucks (oder die Luftlade- oder -Verstärkungswirkung) hängt von der Art und Anzahl der Düsenpaare 230 ab. Der Einlaufdruck kann um einige wenige mbar (Inch H2O) von Luft, beispielsweise von ungefähr 1,25 mbar bis ungefähr 6,25 mbar (ungefähr 0,5 bis ungefähr 2,5 Inch H2O), zur Wirkung als Luftladegerät erhöht sein.

[0020] Die Luftladekonfiguration 210 beinhaltet ausserdem ein Sprühanordnung 240 einer zweiten Stufe mit einer Anzahl von Sprühdüsenpaaren 250 und einer Anzahl von Verwehungsbeseitigungsvorrichtungen 260, die der Sprühanordnung 240 der zweiten Stufe nachgeschaltet sind. Eine Anzahl von Verwehungsbeseitigungsvorrichtungen 260 ist beispielsweise ausserdem der Sprühanordnung 220 der ersten Stufe unmittelbar nachgeschaltet, um das Wasser davon zu erfassen. Die Luftladekonfiguration 210 beinhaltet beispielsweise ausserdem das Wasserumlaufsystem 150 wie oben beschrieben.

[0021] Es ist für den Durchschnittsfachmann offensichtlich, dass Obenstehendes nur die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betrifft und hierin zahlreiche Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom allgemeinen Umfang und Wesen der Erfindung, wie durch die folgenden Ansprüche und deren Äquivalente definiert, abzuweichen.

Claims

1. System (100) zur Einlaufluftkühlung und -filtrierung für eine Turbine, umfassend: eine Sprühanordnung (110) einer ersten Stufe; wobei die Sprühanordnung (110) der ersten Stufe eine erste Vielzahl von Sprühdüsenpaaren (120) umfasst, welche dazu ausgelegt ist, Sprühwasser einer ersten Temperatur zu versprühen; eine Sprühanordnung (130) einer zweiten Stufe; wobei die Sprühanordnung (130) der zweiten Stufe eine zweite Vielzahl von Sprühdüsenpaaren (120) umfasst, welche dazu ausgelegt ist, Sprühwasser einer zweiten Temperatur zu versprühen, wobei die zweite Temperatur niedriger als die erste Temperatur ist; und eine Verwehungsbeseitigungsvorrichtung (140).

2. System (100) zur Einlaufluftkühlung und -filtrierung nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Sprühdüsenpaaren (120) ein umgekehrtes Doppelkegelsprühmuster (135, 235) umfassen.

3. System (100) zur Einlaufluftkühlung und -filtrierung nach Anspruch 2, wobei das umgekehrte Doppelkegelsprühmuster (135) ein Paar äquivalenter Kegel mit einem ersten Sprühkegel (126) in einer Richtung mit der Einlaufluft und einem zweiten Sprühkegel (127) umfasst, der gegen die Einlaufluft gerichtet ist.

4. System (100) zur Einlaufluftkühlung und -filtrierung nach Anspruch 2, wobei das umgekehrte Doppelkegelsprühmuster (235) einen Kegel mit einem ersten Winkel und einen Kegel mit einem zweiten Winkel umfasst, und wobei der erste Winkel grösser als der zweite Winkel ist.

5. System (100) zur Einlaufluftkühlung und -filtrierung nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Wasserumlaufsystem (150).

6. System (100) zur Einlaufluftkühlung und -filtrierung nach Anspruch 5, wobei das Wasserumlaufsystem (150) eine Wasseraufbereitungseinrichtung (170) umfasst.

7. System (100) zur Einlaufluftkühlung und -filtrierung nach Anspruch 5, wobei das Wasserumlaufsystem (150) eine Wasserkühlvorrichtung (180) umfasst.

8. System (100) zur Einlaufluftkühlung und -filtrierung nach Anspruch 7, wobei die Wasserkühlvorrichtung (180) mit der zweiten Sprühanordnung (130) in Verbindung steht.

9. Verfahren zur Einlaufluftkühlung und -filtrierung für eine Turbine, umfassend: Strömen der Einlaufluft durch eine Sprühanordnung (110) einer ersten Stufe; wobei die Sprühanordnung (110) der ersten Stufe eine erste Vielzahl von Sprühdüsenpaaren (120) umfasst, welche Wasser einer ersten Temperatur versprühen; Strömen der Einlaufluft durch eine Sprühanordnung (130) einer zweiten Stufe; wobei die Sprühanordnung (130) der zweiten Stufe eine zweite Vielzahl von Sprühdüsenpaaren (120) umfasst, welche Wasser einer zweiten Temperatur versprühen, wobei die zweite Temperatur niedriger als die erste Temperatur ist; und Strömen der Einlaufluft durch eine Verwehungsbeseitigungsvorrichtung (140).