CH708864A2

CH708864A2 - Ansaugluftkonditionierungssystem für eine Gasturbine.

Info

Publication number: CH708864A2
Application number: CH01683/14A
Authority: CH
Inventors: Jianmin Zhang; Bradly Aaron Kippel
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2013-11-04
Filing date: 2014-11-03
Publication date: 2015-05-15
Also published as: JP2015090151A; JP6466137B2; US9850816B2; CN204755087U; DE102014115479A1; US20150121881A1

Abstract

Ein Ansaugluftkonditionierungssystem für eine Gasturbine weist auf: einen Einlasskanal (28) mit einem Luftströmungsweg, um Ansaugluft zur Gasturbine zu liefern; ein Verdunstungskühlmodul (50), das im Ansaugluftweg (28) angeordnet ist; ein Wasserkälteaggregat; und eine Umwälzpumpe, die Wasser nacheinander durch das Wasserkälteaggregat und das Verdunstungsmodul (50) umwälzt. Das Kälteaggregat ist so gestaltet, dass es Wasser unter eine Feuchtkugeltemperatur der Umgebung kühlt, bevor das Wasser zum Verdunstungskühlmodul (50) umgewälzt wird. Ein Kraftwerk beinhaltet eine Gasturbine, die einen Verdichter, ein Brennersystem und einen Turbinenabschnitt aufweist; einen Verbraucher; und das Ansaugluftkonditionierungssystem.

Description

Beschreibung

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK

[0001 ] Gegenstand der vorliegenden Beschreibung ist allgemein ein Ansaugluftkonditionierungssystem für eine Gasturbine und genauer ein Ansaugluftkonditionierungssystem und ein Verfahren mit verbesserter Kühlung der Ansaugluft.

[0002] Eine Gasturbine weist typischerweise auf: ein Einlasssystem, einen Verdichterabschnitt, einen Brennerabschnitt, einen Turbinenabschnitt und einen Abluftabschnitt. Eine Gasturbine kann wie folgt arbeiten. Das Einlasssystem empfängt Luft aus der Aussenumgebung der Gasturbine, und der Verdichterabschnitt verdichtet eingelassene bzw. Ansaugluft. Der verdichtete Luftstrom strömt dann zum Brennerabschnitt, wo vor einer Verbrennung eine Brennstoffvermischung stattfinden kann. Der Verbrennungsprozess erzeugt eine gasförmige Mischung, die den Turbinenabschnitt antreibt, der die Energie der gasförmigen Mischung in mechanische Energie in Form eines Drehmoments umwandelt. Das Drehmoment wird üblicherweise verwendet, um einen Stromerzeuger, einen mechanischen Antrieb oder dergleichen anzutreiben.

[0003] Eine Gasturbinenleistung wird im Allgemeinen durch Ausgangsleistung, Wärmewirkungsgrad und/oder Wärmeaufwandskoeffizient bestimmt. Die Temperatur und die Feuchtigkeit des hereinkommenden Luftstroms haben einen starken Einfluss auf die Leistung der Gasturbine. Im Allgemeinen verliert die Gasturbine mit steigender Temperatur des Luftstroms an Wirkungsgrad.

[0004] Es werden verschiedene Systeme verwendet, um die Temperatur des Ansaugluftstroms zu senken, insbesondere unter Umgebungsbedingungen, die höhere Temperaturen und/oder Feuchtigkeit des Luftstroms beinhalten. Diese Systeme versuchen, dieses Ziel durch Konditionieren des Luftstroms vor dessen Eintritt in den Verdichterabschnitt zu erreichen. Die Konditionierung kann als Prozess der Anpassung mindestens einer physikalischen Eigenschaft des Luftstroms betrachtet werden. Die physikalische Eigenschaft kann unter anderem folgendes beinhalten: Feuchtkugeltemperatur, Trockenkugeltemperatur, Feuchtigkeit und Dichte. Durch Anpassen einer oder mehrerer physikalischer Eigenschaften des Luftstroms kann die Leistung der Gasturbine verbessert werden.

[0005] Einige bekannte Beispiele dieser Systeme sind unter anderem: Verdunstungskühler mit Verdunstungsmedium, Verdunstungskühler mit Vernebler, Kälteschlangen mit mechanischen Kälteaggregaten, Absorptions-Wasserkälteaggregate mit oder ohne Wärmeenergiesysteme(n) und dergleichen. Bei bekannten Systemen zum Konditionieren des Luftstroms, der in die Gasturbine eintritt, gibt es jedoch einige Schwierigkeiten.

[0006] In Turbinenansaugluft-Kühlsystemen des einschlägigen Standes der Technik werden sowohl sensible Kühlsysteme als auch Verdunstungskühlsysteme verwendet. In sensiblen Kühlsystemen werden typischerweise Wasserkälteaggregate und Kälteschlangen verwendet, die im Ansaugluftstrom angeordnet sind. Diese Systeme sind hoch-funktional, werden in der Praxis aber häufig als zu teuer angesehen, was zumindest zum Teil auf die hohen Kosten für die Kälteschlangen und die Wasserkälteaggregate zurückzuführen ist, deren Herstellung und Installation mehrere Millionen Dollar kosten kann. Verdunstungskühlsysteme sind typischerweise erheblich günstiger in der Herstellung und Installation, aber sie arbeiten optimal nur in heissen und trockenen Umgebungen, da heisse, trockene Luft eine grössere Kühlkapazität bietet als eine relativ feuchte Umgebung. In der Tat kann die Verwendung von Verdunstungskühlern in sehr feuchten Umgebungen ganz aufgegeben worden sein, da sie dort im Vergleich mit der Verwendung in heissen und trockenen Umgebungen eine schlechte Leistung erbringen. Verdunstungskühlsysteme des einschlägigen Standes der Technik beruhten auf leicht verfügbarem Wasser, beispielsweise Wasser aus einer nahen Wasserversorgungsquelle, wobei die Temperatur der Wasserversorgungsquelle von den Umgebungsbedingungen abhängt.

[0007] Das US-Patent Nr. 8,365,530 (das<'>530-Patent) offenbart ein System, das sowohl eine sensible Kühlung als auch Verdunstungskühlung beinhaltet. Das<'>530-Patent offenbart ein System, wo Wasser auf die Oberfläche eines Mediums gesprüht wird und das Wasser gekühlt werden kann oder das Wasser unter Umgebungsbedingungen zugeführt werden kann. Diese Methode unterscheidet sich teilweise von der Verdunstungskühlung, und zwar wegen des anderen Mediums und durch die Art und Weise, wie das Wasser zugeführt wird - für eine herkömmliche Verdunstungskühlung wird keine Sprühung verwendet.

[0008] Vor der Arbeit, die zu der vorliegenden Offenbarung geführt haben, herrschte in der Technik die Überzeugung, dass ein Kühlen von Wasser zur Verwendung mit einem Verdunstungskühler keine Vorteile bringt. Daher stellten die nachstehend erörterten Ergebnisse, nämlich dass ein verbesserter Wirkungsgrad eines Verdunstungskühlers durch die Zufuhr von vorgekühltem Wasser zu einem Verdunstungskühlmedium erreicht werden konnte, eine Überraschung und einen bedeutenden Durchbruch dar. In der Tat sorgen Vorrichtungen gemäss der vorliegenden Offenbarung im Gegensatz zu dem, was man über Verdunstungskühler des einschlägigen Standes der Technik zu wissen glaubt, auch bei relativ hoher Umgebungsfeuchtigkeit für eine effiziente Kühlung.

KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

[0009] Aspekte des hierin beschriebenen Einlasskühlsystems bieten Lösungen für eines bzw. einen oder mehrere Probleme oder Nachteile, die mit dem Stand der Technik auftreten.

[0010] In einem beispielhaften, aber nicht beschränkenden Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Ansaugluftkonditionierungssystem für eine Gasturbine. Das System umfasst einen Ansaugkanal für die Gasturbine, wobei der An-

2 saugkanal einen Luftströmungsweg, der Ansaugluft zur Gasturbine liefert; ein Verdunstungskühlmedium, das im Ansaugluftweg angeordnet ist; ein Wasserkälteaggregat; und eine Umwälzpumpe aufweist, die Wasser nacheinander durch das Wasserkälteaggregat und das Verdunstungsmedium umwälzt. Das Kälteaggregat ist so gestaltet, dass es Wasser unter eine Feuchtkugeltemperatur der Umgebung kühlt, bevor das Wasser zum Verdunstungskühlmedium umgewälzt wird.

[0011 ] Das Verdunstungskühlmedium kann mehrere vertikal voneinander abgegrenzte Abschnitte aufweisen, jeweils mit Wassereinlässen an den Oberseiten jedes von den mehreren vertikal voneinander abgegrenzten Abschnitten, wobei das Wasser vom Kälteaggregat und separat zu den Oberseiten der mehreren vertikal voneinander abgegrenzten Abschnitten geliefert werden kann.

[0012] Die mehreren vertikal voneinander abgegrenzten Abschnitte jedes der oben genannten Einlasssysteme können übereinander gestapelt sein.

[0013] Die Wassereinlässe jedes der oben genannten Systeme können funktional parallel zueinander sein.

[0014] Die Höhe des Verdunstungskühlmediums und des Wassers, das durch das Kälteaggregat jedes der oben genannten Einlasssysteme umgewälzt wird, kann so optimiert werden, dass gleichzeitig eine Kombination aus Verdunstungs- und sensibler Kühlung in dem Verdunstungskühlmedium bereitgestellt wird.

[0015] Das Kälteaggregat jedes der oben genannten Einlasssysteme kann so gestaltet sein, dass es das Wasser so kühlt, dass das Wasser bei etwa 10 bis etwa 40 Grad Fahrenheit unterhalb der Umgebungs-Feuchtkugeltemperatur zur Verdunstungskühlung geliefert wird.

[0016] Das Einlasssystem jeder der oben genannten Arten kann so gestaltet sein, dass es zwischen etwa 0,5 und 10 Gallonen Wasser pro Quadratfuss Oberfläche des Verdunstungskühlmediums zum Kühlmedium liefert.

[0017] Das Einlasssystem jeder der oben genannten Arten kann so gestaltet sein, dass es zwischen etwa 1 und 2 Gallonen Wasser pro Quadratfuss Oberfläche des Verdunstungskühlmediums zum Kühlmedium liefert.

[0018] Das Einlasssystem jeder der oben genannten Arten kann ferner einen Wassertank und eine Rückführungsschleife umfassen, wobei die Rückführungsschleife das Wasserkälteaggregat, die Umwälzpumpe und den Wassertank in Reihe verbindet.

[0019] Das System jeder der oben genannten Arten kann so gestaltet sein, dass es das Wasser (1 ) vom Verdunstungskühlmedium und (2) vom Kälteaggregat in den Wassertank strömen lässt, ohne es durch das Verdunstungsmedium strömen zu lassen.

[0020] In einem anderen beispielhaften, aber nicht begrenzenden Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Kraftwerk. Das Kraftwerk umfasst eine Gasturbine, die einen Verdichter, ein Brennersystem und einen Turbinenabschnitt aufweist; einen mechanischen oder elektrischen Verbraucher; und ein Einlasssystem für die Gasturbine. Das Einlasssystem umfasst einen Ansaugkanal für die Gasturbine, wobei der Ansaugkanal einen Luftströmungsweg, der Ansaugluft zur Gasturbine liefert; ein Verdunstungskühlmedium, das im Ansaugluftweg angeordnet ist; ein Wasserkälteaggregat; und eine Umwälzpumpe aufweist, die Wasser nacheinander durch das Wasserkälteaggregat und das Verdunstungsmedium umwälzt. Das Kälteaggregat ist so gestaltet, dass es Wasser unter eine Feuchtkugeltemperatur der Umgebung kühlt, bevor das Wasser zum Verdunstungskühlmedium umgewälzt wird. Das Verdunstungskühlmedium wird optimiert, um eine Kombination aus Verdunstungs- und sensibler Kühlung zu ermöglichen.

[0021 ] Das Verdunstungskühlmedium des Kraftwerks kann mehrere vertikal voneinander abgegrenzte Abschnitte aufweisen, jeweils mit Wassereinlässen an den Oberseiten jedes von den mehreren vertikal voneinander abgegrenzten Abschnitten, wobei das Wasser vom Kälteaggregat und separat zu den Oberseiten der mehreren vertikal voneinander abgegrenzten Abschnitte geliefert wird.

[0022] Die mehreren vertikal voneinander abgegrenzten Abschnitte jedes der oben genannten Kraftwerke können übereinander gestapelt sein, und die Wassereinlässe sind funktional parallel zueinander.

[0023] Das Verdunstungskühlmedium jedes der oben genannten Kraftwerke kann auf Basis eines gewünschten Wirkungsgrads c optimiert werden, η= [x1/ (x1 +x2+x3) ] η1 +[χ2/ (x1 +x2+x3)j η2+ [x3/ (x1 +x2+x3)j η3, η3 < η2 < η1 und η3 < η < η1 , χ1 ist ein Abschnitt der Höhe des Verdunstungskühlmediums, wo Luft, die durch das Verdunstungskühlmedium strömt, vor allem durch sensible Kühlung gekühlt wird, und entspricht η1 , x2 ist ein Abschnitt der Höhe des Verdunstungskühlmediums, wo Luft, die durch das Verdunstungskühlmedium strömt, durch eine Mischung aus Verdunstungskühlung und sensibler Kühlung gekühlt wird, und entspricht η2, und x3 ist ein Abschnitt der Höhe des Verdunstungskühlmediums, wo Luft, die durch das Verdunstungskühlmedium strömt, vor allem durch Verdunstungskühlung gekühlt wird, und entspricht η3.

[0024] Die Höhe des Kühlmediums jedes der oben genannten Kraftwerke kann optimiert werden, um eine Kombination aus Verdunstungs- und sensibler Kühlung bereitzustellen.

[0025] In einem anderen beispielhaften, aber nicht begrenzenden Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Kraftwerk. Das Kraftwerk umfasst eine Gasturbine, die einen Verdichter, ein Brennersystem und einen Turbinenabschnitt auf-

3 weist; einen mechanischen oder elektrischen Verbraucher; und ein Einlasssystem für die Gasturbine. Das Einlasssystem umfasst einen Ansaugkanal für die Gasturbine, wobei der Ansaugkanal einen Luftströmungsweg, der Ansaugluft zur Gasturbine liefert; ein Verdunstungskühlmedium, das im Ansaugluftweg angeordnet ist; ein Wasserkälteaggregat; und eine Umwälzpumpe aufweist, die Wasser nacheinander durch den Wasserkälteaggregat und das Verdunstungsmedium umwälzt. Das Kälteaggregat ist so gestaltet, dass es Wasser unter eine Feuchtkugeltemperatur der Umgebung kühlt, bevor das Wasser zum Verdunstungskühlmedium umgewälzt wird. Sämtliches Wasser, das zum Verdunstungskühlmedium geliefert wird, um die Ansaugluft zu konditionieren, wird gekühlt.

[0026] Die Höhe des Verdunstungskühlmediums und des Wassers, das durch das Kälteaggregat jedes der oben genannten Kraftwerke umgewälzt wird, kann so optimiert werden, dass sie gleichzeitig eine Kombination aus Verdunstungs- und sensibler Kühlung in dem Verdunstungskühlmedium bereitstellt.

[0027] Das Kälteaggregat jedes der oben genannten Kraftwerke kann so gestaltet sein, dass es das Wasser kühlt, so dass das Wasser bei etwa 10 bis etwa 40 Grad Fahrenheit unterhalb der Umgebungs-Feuchtkugeltemperatur zur Verdunstungskühlung zugeführt wird.

[0028] Das Einlasssystem jedes der oben genannten Kraftwerke kann so gestaltet sein, dass es zwischen etwa 0,5 und 10 Gallonen Wasser pro Quadratfuss Oberfläche des Verdunstungskühlmediums zum Kühlmedium liefert.

[0029] Die Höhe des Kühlmediums jedes der oben genannten Kraftwerke kann optimiert werden, um eine Kombination aus Verdunstungs- und sensibler Kühlung bereitzustellen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[0030] Fig. 1 ist ein vereinfachter seitlicher Aufriss eines Einlasssystems und einer Gasturbine, die schematisch dargestellt ist, gemäss einem beispielhaften, aber nicht beschränkenden Aspekt der Offenbarung;

[0031 ] Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm eines Ansaugluftkühlsystems gemäss einem beispielhaften, aber nicht beschränkenden Aspekt der Offenbarung;

[0032] Fig. 3 ist eine vereinfachte Darstellung eines Verdunstungskühlmoduls und zugehöriger Strukturen der Offenbarung;

[0033] Fig. 4 ist eine Darstellung eines Verdunstungsmediums und eines Kühlungswirkungsgrads über der vertikalen Richtung des Verdunstungsmediums; und

[0034] Fig. 5 ist ein vereinfachter psychometrischer Graph mit beispielhaften, aber nicht beschränkenden Beispielen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

[0035] Eine oder mehrere spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden nachstehend beschrieben. In dem Bemühen, eine konzise Beschreibung dieser Ausführungsformen zu liefern, sind möglicherweise nicht alle Merkmale einer tatsächlichen Implementierung in der Beschreibung aufgeführt. Man beachte, dass bei der Entwicklung einer solchen tatsächlichen Implementierung, beispielsweise in einem Konstruktions- oder Designprojekt, zahlreiche implementationsspezifische Entscheidungen getroffen werden, um die jeweiligen Ziele zu erreichen, beispielsweise die Einhaltung systembedingter oder unternehmensbedingter Zwänge, die bei jeder Implementierung anders sein können. Darüber hinaus ist zu beachten, dass ein solches Bemühen komplex und zeitaufwändig sein kann, aber für einen Durchschnittsfachmann, der sich auf diese Offenbarung stützen kann, trotzdem eine routinemässige Design-, Fabrikations- und Herstellungsaufgabe sein würde.

[0036] Ausführliche Ausführungsbeispiele sind hierin offenbart. Jedoch sind spezifische strukturelle und funktionale Details, die hierin offenbart werden, nur Beispiele für die Zwecke der Beschreibung von Ausführungsbeispielen. Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können jedoch in vielen alternativen Formen ausgeführt werden und sollten nicht als beschränkt auf nur die hierin angegebenen Ausführungsformen verstanden werden.

[0037] Obwohl Ausführungsbeispiele zahlreiche Modifikationen und alternative Formen zulassen, sind daher Ausführungsformen von ihnen in den Figuren als Beispiele dargestellt und werden hierin ausführlich beschrieben. Es sei jedoch klargestellt, dass nicht beabsichtigt ist, Ausführungsbeispiele auf die speziellen offenbarten Formen zu beschränken, sondern dass vielmehr Ausführungsbeispiele sämtliche Modifikationen, Äquivalente und Alternativen abdecken sollen, die im Bereich der vorliegenden Offenbarung liegen.

[0038] Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und soll die Ausführungsbeispiele nicht beschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen «einer, eine, eines» und «der, die, das» auch die Pluralformen einschliessen, wenn der Kontext nicht ausdrücklich etwas anderes angibt. Die Begriffe «umfasst», «umfassend», «beinhaltet» und/oder «beinhaltend», wenn sie hierin verwendet werden, geben das Vorhandensein der angegebenen Merkmale, ganzen Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten an, schliessen aber das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einem bzw. einer oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppe nicht aus.

4 [0039] Obwohl die Begriffe erster, zweiter, primärer, sekundärer usw. verwendet werden können, um verschiedene Elemente zu beschreiben, sollen diese Elemente durch diese Begriffe nicht beschränkt werden. Diese Begriffe werden nur verwendet, um ein Element vom anderen zu unterscheiden. Beispielsweise könnte unter anderem ein erstes Element als zweites Element bezeichnet werden, und ebenso könnte ein zweites Element als erstes Element bezeichnet werden, ohne vom Bereich der Ausführungsbeispiele abzuweichen. Wie hierin verwendet, beinhaltet der Begriff «und/oder» irgendeinen oder jede Kombination aus einem oder mehreren der zugehörigen gelisteten Gegenstände.

[0040] Bestimmte Terminologie kann hierin lediglich zur Bequemlichkeit des Lesers verwendet werden und darf nicht als Beschränkung des Bereichs der Erfindung aufgefasst werden. Beispielsweise beschreiben Wörter wie «oberer», «unterer», «linker», «rechter», «vorderer», «hinterer», «Oberseite», «Unterseite», «horizontal», «vertikal», «vorgelagert», «nachgelagert», «vorne», «hinten» und dergleichen lediglich die in den Figuren gezeigte Gestaltung. In der Tat kann das Element oder können die Elemente einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung in jeder Richtung ausgerichtet sein, und die Terminologie sollte so verstanden werden, dass sie diese Variationen umfasst, solange nichts anderes angegeben ist.

[0041 ] Wie in der gesamten Beschreibung verwendet, beinhalten «im Wesentlichen» und «etwa» zumindest Abweichungen von idealen oder nominalen Werten, die innerhalb von Herstellungs-, Betriebs- und/oder Inspektionstoleranzen liegen.

[0042] Die vorliegende Beschreibung kann auf die Vielfalt von Gasturbinen angewendet werden, die angesaugte Luft verdichten, unter anderem auf eine Schwerlast-Gasturbine; eine Leichtbau-Gasturbine; oder dergleichen. Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann entweder auf eine einzelne Gasturbine oder auf mehrere Gasturbinen angewendet werden. Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann auf eine Gasturbine angewendet werden, die in einem einfachen Zyklus oder einem kombinierten Zyklus arbeitet.

[0043] Fig. 1 stellt eine Gasturbine 10 mit einem Einlasssystem 12 dar. Die Gasturbine 10 umfasst allgemein einen Verdichter 14, mindestens einen Brenner mit einer Brennkammer 16 und einen Turbinenabschnitt 18. In landgestützten Gasturbinen treibt der Turbinenabschnitt 18 typischerweise einen Generator 20 an. Der Verdichter 14 ist mit einem Einlass versehen, der mehrere Einlassleitschaufeln (nicht dargestellt) aufweisen kann, die einem Einlassluftsammler 22 nachgelagert sind. Der Turbinenabschnitt 18 steht mit einem (nicht dargestellten) Abluftdiffusor in Fluidverbindung.

[0044] Das Einlasssystem 12 umfasst im Allgemeinen eine Wetterschutzhaube 24, die an einem Einlassfiltergehäuse 26 vorgelagerten Ende befestigt ist. Die Wetterschutzhaube 24 steht über einen Ansaugluftkanal 28 mit dem Einlassluftsammler 22 in Fluidverbindung. Der Ansaugluftkanal 28 beinhaltet einen ersten Endabschnitt 30, der sich durch einen Zwischenabschnitt 34 zu einem zweiten Endabschnitt 32 erstreckt.

[0045] Das Einlasssystem 12 beinhaltet ausserdem ein Beispiel für ein Luftkühlsystem 36. Die Einzelheiten des Luftkühlsystems werden nachstehend mit Bezug auf Fig. 2 und 3 im Einzelnen erörtert.

[0046] Fig. 2 zeigt schematisch das Luftkühlsystem 36, das allgemein die Form einer Rückführungsschleife mit mehreren parallelen Strömungszweigen aufweist. Das Kühlsystem 36 beinhaltet einen Wassertank 38 für die Speicherung von Wasser. Auch wenn in dieser Offenbarung ständig auf Wasser Bezug genommen wird, könnten auch andere flüssige Kühlmedien verwendet werden, solange das flüssige Kühlmedium angemessene Verdunstungseigenschaften aufweist. Wasser kann reines Wasser oder Wasser mit verschiedenen Zusätzen sein, die in der Natur Vorkommen können oder von einem Anwender hinzugefügt werden können, um gewünschte chemische Eigenschaften des Systems aufrechtzuerhalten. Der Wassertank 38 beinhaltet einen Einlass 40, der mit der Wasserversorgungsquelle verbunden ist. Die Wasserversorgungsquelle ermöglicht ein Wiederauffüllen des Wassers, das durch das Kühlsystem 36 strömt und das aufgrund von Verdampfung oder anderen Verlusten aufgebraucht wurde. Der Wassertank 38 beinhaltet einen ersten Auslass 42, durch den Wasser durch das Kühlsystem 36 strömen kann. Der Wassertank 38 weist ausserdem einen zweiten Auslass 46 zum Abblasen auf, der es dem System erlaubt, den Wasserstand aus welchem Grund auch immer zu senken. Der Einlass 40 und der zweite Auslass 46 können an jedem passenden Ort innerhalb des Systems angeordnet sein, der die Hinzufügung und die Entfernung von Wasser zu bzw. aus dem System gestattet. Die beiden Auslässe 46 können auch zu einem einzigen Anschluss kombiniert werden, falls dies bevorzugt ist.

[0047] Das Kühlsystem 36 beinhaltet ausserdem ein Pumpenmodul 44. In Fig. 2 sind zwei Pumpen innerhalb des Moduls schematisch dargestellt, aber es kann jede Zahl von Pumpen verwendet werden, wie von den Notwendigkeiten des Systems vorgegeben. Das Pumpenmodul (oder einfach die «Pumpe» 44 saugt Wasser aus dem Wassertank 38 und liefert das Wasser zu einem Kälteaggregat 48. Obwohl die Pumpe 44 zwischen dem Wassertank 38 und dem Kälteaggregat 48 dargestellt ist, könnte die Pumpe 44 an jeder beliebigen Stelle vorgesehen sein, die eine angemessene Leistung des Systems ermöglicht. Der Fachmann wird verstehen, dass das Kälteaggregat dadurch, dass die Pumpe 44 stromaufwärts vom Kälteaggregat 48 angeordnet ist, jegliche Wärme kompensieren kann, die dem Wasser durch die Pumpe 44 mitgegeben wird.

[0048] Das Kälteaggregat 48 kühlt das Wasser unter Verwendung bekannter Kühltechniken und kann unter anderem ein mechanisches Kälteaggregat, eine Wärmepumpe, einen unterirdischen Wasserspeichertank, kaltes abfliessendes Wasser aus Schneeschmelze, ein Absorptions-Kälteaggregat, ein Eisspeichersystem oder irgendeine Kombination dieser oder anderer geeigneter Techniken beinhalten. In einem beispielhaften, aber nicht beschränkenden Beispiel ist das Kälteaggregat 48 so gestaltet, dass es Wasser auf unter Umgebungs-Feuchtkugeltemperatur kühlt. Die Temperatur kann jede Temperatur unterhalb der Umgebungs-Feuchtkugeltemperatur sein und kann auf Basis einer Abwägung zwischen para-

5 sitischer Leistung, die aus der Gasturbine 10 abgezogen wird, gegen eine Steigerung des Wirkungsgrads durch Kühlen der Ansaugluft zur Gasturbine 10 optimiert werden. Zum Beispiel kann das Kälteaggregat 48 das Wasser auf etwa 10 bis 40 Grad Fahrenheit oder 15 bis 20 Grad Fahrenheit unter Umgebungs-Feuchtkugeltemperatur kühlen.

[0049] Nachdem es das Kälteaggregat 48 verlassen hat, strömt das Wasser zumindest zu einem Verdunstungskühlmodul 50, das nachstehend ausführlich erörtert wird. Das Kühlsystem 36 kann hinter dem Kälteaggregat 48 mehrere funktional parallele Strömungswege 52a, 52b, 52c aufweisen. Einer von den funktional parallelen Strömungswegen kann eine Rückführungsschleife 54a sein. Die Rückführungsschleife 54a stellt einen Strömungsweg bereit, der alle Verdunstungskühlmodule 50 umgeht. Durch eine solche Rückführungsschleife 54a ist es möglich, dass eine überschüssige Kapazität (Durchfluss und/oder Kühlung) die Verdunstungskühlmodule 50 umgeht, um beispielsweise zusätzliches Kühlwasser zur späteren Verwendung während Spitzenbedarfszeiten zu speichern. Durch die Rückführungsschleife 54a kann in einem oder mehreren Verdunstungskühlmodulen 50 der Wasserstrom abgesperrt werden, während die Pumpe 44 in Betrieb bleibt, wodurch beispielsweise eine Wartung am Verdunstungskühlmodul 50 durchgeführt werden kann, ohne die Pumpe 44 abzustellen. Eine Rückführungsschleife 54a kann für einen optimierten Wasserkühlungsprozess eine für den Eintritt in das Kälteaggregat 48 gewünschte Wassertemperatur aufrechterhalten. Jeder der funktional parallelen Strömungswege 52a, 52b, 52c und die Rückführungsschleife 54a sind mit einem beispielhaften, aber nicht beschränkenden Ventil 56a, 56b, 56c, 56d dargestellt. Jede Art von Steuerelement oder Messelement kann hinzugefügt oder weggelassen werden, um eine separate Steuerung und/oder Überwachung dieser Strömungswege zu erleichtern. Zum Beispiel könnte eines oder jedes von den Ventilen 56a, 56b, 56c, 56d durch eine Drosselscheibe oder eine Drosselscheibe mit einer Umgehungsleitung ersetzt werden. Mindestens ein optionaler Leitfähigkeitssensor 57 kann zu jeder Leitung hinzugefügt werden. Die Rückführungsschleife 54b umgeht das Kälteaggregat 48 wie von der Linie 54b dargestellt. Die Rückführungsschleife 54b kann auch ein Dreiwegeventil 56e beinhalten, das eine Verbindung der Rückführungsschleife mit dem Wassertank 38 ermöglicht oder ein Abblasen ermöglicht. Die Rückführungsschleifen 54b halten einen konstanten Strom durch das Kälteaggregat 48 und die Ströme zu Verdunstungskühlmodulen 50a, 50b und 50c aufrecht, unabhängig davon, ob das 3-Wegeventil 56e die Abblasleitung öffnet oder nicht.

[0050] Fig. 2 zeigt drei vertikal gestapelte Verdunstungskühlmodule 50: ein oberes Modul 50a, ein mittleres Modul 50b und ein unteres Modul 50c, die im Ansaugluftkanal 28 angeordnet sind. Die drei Verdunstungskühlmodule 50 stehen mit dem Kälteaggregat 48 in Fluidverbindung, so dass Wasser auf funktional parallele Weise zu den drei Verdunstungskühlmodulen 50 strömt. Wie dargestellt, wird das Kühlwasser somit in drei parallele Zweige aufgeteilt, bevor es zu den drei Verdunstungskühlmodulen 50 geliefert wird, und die drei parallelen Zweige sind auch funktional parallel zur Rückführungsschleife 54a. Bei einer vertikale gestapelten Anordnung kommt es an mehreren Stellen zu einem Eintritt, einem Kontakt oder einer Vermischung des gekühlten Wassers in den bzw. mit dem Luftstrom, was dazu führt, dass ein grösserer Teil der Luft mit dem gekühlten Wasser in Wechselwirkung tritt und die Wirkung des gekühlten Wassers verstärkt wird.

[0051 ] Obwohl drei Verdunstungskühlmodule 50 dargestellt sind, kann jede Anzahl von Verdunstungskühlmodulen bereitgestellt werden. Lediglich um die Darstellung zu vereinfachen, sind drei Verdunstungskühlmodule 50 dargestellt, die nicht als beschränkend aufzufassen sind. Die Einbeziehung von mehreren Verdunstungskühlmodulen 50 (zwei oder mehr) kann Vorteile gegenüber einem einzelnen Verdunstungskühlmodul 50 bieten. Wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird, ermöglichen mehrere Verdunstungskühlmodule 50 eine Optimierung des Umfangs an sensibler Kühlung, die von den Verdunstungskühlmodulen 50 erreicht werden kann, gegenüber den Kosten und/oder der Komplexität des Gesamtsystems.

[0052] In Fig. 3 sind drei beispielhafte, aber nicht beschränkende Verdunstungskühlmodule 50 dargestellt, die im Ansaugluftkanal 28 angeordnet sind. Die Module 50 sind vertikal ausgerichtet dargestellt, aber sie können in jeder im Wesentlichen vertikal gestapelten Anordnung vorliegen, die dazu führt, dass im Wesentlichen sämtliche Luft durch mindestens eines von den Modulen 50 strömt, während die Luft den Ansaugluftkanal 28 passiert. Zum Beispiel könnten die Module 50 vertikal (wie dargestellt), oder leicht versetzt angeordnet sein, so dass etwaige Teile der Module 50, die keinen Luftstrom zulassen, sich gegenseitig überlappen, um Behinderungen des Luftstroms zu verringern. Wasser strömt durch ein Verteilerrohr 58 in das Verdunstungskühlmodul 50 und dann zu einer Verteilungsschicht 60. Die Verteilungsschicht 60 gewährleistet eine relativ gleichmässige Verteilung des Wassers auf das Verdunstungsmedium 62. Das Verteilerrohr und/oder die Verteilungsschicht 60 dienen als Wassereinlass zum Verdunstungsmedium. Das Wasser strömt unterstützt von der Schwerkraft von der Oberseite des Verdunstungsmediums 62 angrenzend an die Verteilungsschicht 60 zur Unterseite der Verteilungsschicht 60 und sammelt sich in einem Sammler 64. Luft strömt auch im Allgemeinen senkrecht zur Richtung, in der das Wasser strömt, durch oder über das Verdunstungsmedium 62. Die Luft und das Wasser können in Kontakt miteinander kommen und/oder sich vermischen, was zur Verdampfung des Wassers und in Folge davon zu einer Verdunstungskühlung der Luft führt. Ein optionaler Nebelabscheider 66 kann stromabwärts vom Verdunstungsmedium 62 vorgesehen sein, um Wassertröpfchen zu entfernen, die im Luftstrom mitgerissen werden.

[0053] Wenn Wasser die Verteilungsschicht 60 mit einer Temperatur unterhalb der Umgebungs-Feuchtkugeltemperatur verlässt, weist das Wasser ein Temperaturverteilungsprofil auf, bei dem die Temperatur höher wird, während es an dem Verdunstungsmedium 62 nach unten strömt, und schliesslich einen Punkt in der Nähe der Feuchtkugeltemperatur der Luft erreicht, die durch das Verdunstungsmedium strömt. Auch wenn etwas Wasser, das nicht gekühlt worden ist, zusammen mit gekühltem Wasser zum Verdunstungskühlmedium 62 geliefert wird, ist der Nettoeffekt der, dass wegen der Vermischung sämtliches Wasser, das zum Verdunstungskühlmedium 62 geliefert wird, gekühlt ist. Das relativ kalte Wasser in der Nähe der Oberseite des Verdunstungsmediums 62 sorgt wegen des Temperaturunterschieds zwischen dem Kühlwasser

6 und dem Luftstrom für eine überwiegend sensible Kühlung. In der Nähe der Unterseite des Verdunstungsmediums, wo das Wasser einen Punkt nahe der Feuchtkugeltemperatur des Luftstroms erreicht hat, dominiert im Wesentlichen die Verdunstungskühlung, da ein geringerer Temperaturunterschied vorliegt, der eine sensible Kühlung bewirken könnte. Dies kann zu der überraschenden Wirkung führen, dass die Verdunstungskühlmodule 50 einen Wirkungsgrad der Verdunstungskühlung haben, der in Bezug auf herkömmliche Verdunstungskühler bei über 100% liegt. Hierbei wird der rationelle Wirkungsgrad eines Verdunstungskühlers als Wirkungsgrad = [(T1-T2)/(T1- T3)] x100 definiert, wobei T1 = Eintrittsluft-Trockenkugeltemperatur, T2 = Austrittsluft-Trockenkugeltemperatur/ und T3 = Eintrittsluft-Feuchtkugeltemperatur. Somit wird gemäss der vorliegenden Offenbarung ein Wirkungsgrad von über 100% erreicht, wenn eine Kühlung erreicht wird, die grösser ist als die Kühlung, die unter Verwendung einer Verdunstungskühlung ohne gekühltes Wasser erreicht wird, d.h. die kollektive T2 ist niedriger als T3 mit Zufuhr an gekühltem Wasser.

[0054] Durch die Einführung des gekühlten Wassers an mehreren Stellen kann in einer gegebenen Höhe eine relativ grössere Fläche von kaltem Wasser erreicht werden als wenn gekühltes Wasser nur an einem Teil des Verdunstungsmediums 62 eingeführt würde, der einem oberen Abschnitt des Ansaugluftkanals 28 entspricht. Dies kann durch Übereinanderstapeln mehrerer Verdunstungskühlmodule 50 im Ansaugluftkanal erreicht werden, wie in Fig. 3 dargestellt ist, und stellt eine beispielhafte, aber nicht beschränkende Möglichkeit dar, vertikal voneinander abgegrenzte Abschnitte des Verdunstungsmediums 62 zu erhalten.

[0055] Die Höhe des Verdunstungskühlmoduls hängt vom Wirkungsgrad ab, der für eine bestimmte Anwendungsbedingung gewünscht wird. Wie in Fig. 4 dargestellt ist, kann der Gesamtwirkungsgrad n unter Verwendung der folgenden Formel bestimmt werden: η= [x1/ (χ1 +x2+x3)] η1 +[x2/ (x1+x2+x3)] η2+ [x3/(x1 +x2+x3)] η3, wobei η3 < η2 < η1 und η3 < η < η1. x1 ist der Abschnitt der Höhe (d.h. eine vertikale Länge) des Verdunstungsmediums 62, wo Luft, die durch das Verdunstungsmedium 62 strömt, vorwiegend durch sensible Kühlung gekühlt wird. x2 ist ein Abschnitt der Höhe des Verdunstungsmediums 62, wo Luft, die durch das Verdunstungsmedium 62 strömt, durch eine Mischung aus Verdunstungskühlung und sensibler Kühlung gekühlt wird. x3 ist der Abschnitt der Höhe des Verdunstungsmediums 62, wo Luft, die durch das Verdunstungsmedium 62 strömt, vorwiegend durch Verdunstungskühlung gekühlt wird, x1 , x2 und x3 werden auf Basis der Gesamthöhe des Verdunstungsmediums 62 bestimmt, x1 , x2 und x3 entsprechen η 1 , η2 bzw. η3. In einem Beispiel gilt x1 = x2, wobei x3 der Rest der Höhe des Verdunstungsmediums 62 ist.

[0056] Wie wiederum in Fig. 2 und 3 dargestellt ist, ist das mittlere Modul 50b oberhalb des unteren Moduls 50c angeordnet, und das obere Modul 50a ist oberhalb des mittleren Moduls 50b angeordnet. Diese gestapelte Konfiguration ist innerhalb des Einlasssystems 12 und/oder innerhalb des Ansaugluftkanals 28 angeordnet, so dass die gestapelten Verdunstungskühlmodule 50 einen parallelen Luftstrom durch die Verdunstungskühlmodule 50 aufweisen. Während das Wasser durch die einzelnen Verdunstungskühlmodule 50 strömt, wird das Wasser dann kombiniert und über eine Rückführleitung 68 zum Wassertank 38 zurückgeführt.

[0057] Fig. 2 zeigt ausserdem eine SteuerVRegeleinrichtung 70, die eine Steuerlogik und andere Steuerungen aufweist, die notwendig sind, um das Kühlsystem 36 zu steuern und zu betreiben. Die SteuerVRegeleinrichtung 70 kann eine eigenständige SteuerVRegeleinrichtung sein oder kann in ein Gesamtsteuerungssystem für ein grösseres Gesamtsystem, beispielsweise ein Kraftwerk, integriert sein. Wie dargestellt, weist die Steuer-/Regeleinrichtung 70 eine Steuerung für die Pumpe 44 und Ventile 56a, 56b, 56c, 56d auf, um den Strom durch die Verdunstungskühlmodule 50 und die Rückführungsschleife 54a zu steuern. Alternativ dazu kann mindestens eines von den Ventilen 56a, 56b, 56c, 56d während der Installation justiert und danach fixiert werden, oder es kann irgendein anderes geeignetes passives oder aktives Verfahren zum Ausgleichen der jeweiligen Strömungsraten verwendet werden. Die Steuer-/Regeleinrichtung kann Wasserströmungsraten durch Steuern einer Pumprate der Pumpe 44 und/oder durch Steuern der Gesamt-Stromverteilung zwischen der Rückführungsschleife 54a und den Verdunstungskühlmodulen 50 steuern. Die Steuer-/Regeleinrichtung kann in Form eines Universal-Computers mit geeigneter Software und/oder zweckbestimmten analogen, digitalen oder mechanischen Steuerungskomponenten vorliegen. Durch die Eingabe von 57 kann die SteuerVRegeleinrichtung über Ventile 56e und/ oder 56f abblasen (Wasser entfernen).

[0058] Fig. 5 (ein vereinfachter psychometrischer Graph) veranschaulicht die Unterschiede zwischen der vorliegenden Offenbarung, reiner Verdunstungskühlung und sensibler Kühlung. Der Graph beinhaltet eine erste Linie 72 für eine 100%ige Verdunstungskühlung, die einer Linie folgt, die einer Iso-Enthalpielinie des Graphen entspricht. Eine zweite Linie 74 entspricht einer Kühlung unter Verwendung einer sensiblen Kühlung oder 100%igen Kälteaggregatkühlung, die einer horizontalen Linie folgt, die einer gegebenen Taupunkttemperatur entspricht. Diese Linie steht für ein traditionelles System, das ein mechanisches Kälteaggregat und Kälteschlangen zum Kühlen der Ansaugluft verwendet. Eine dritte Linie 76 die der vorliegenden Offenbarung entspricht, die mit gekühltes Wasser Verd. -Kälteaggregat markiert ist, ist eine Vermischung aus traditioneller Verdunstungskühlung und sensibler Kühlung. Die dritte Linie 76 liegt irgendwo zwischen der ersten Linie 72 und der zweiten Linie 74. Wo die einzelnen Linien die obere linke gekrümmte Begrenzung schneiden, entspricht der Graph der Trockenkugeltemperatur (der untere Rand des Graphen), die in Bezug auf die jeweilige Art des Kühlens erreicht werden kann.

[0059] Wie von den gestrichelten Linien angegeben ist, führt eine 100%ige Verdunstungskühlung zur höchsten Trockenkugeltemperatur, eine 100%ige Kälteaggregatkühlung führt zur niedrigsten Trockenkugeltemperatur und 105% EC liegt dazwischen.

7 [0060] Typischerweise weisen 100%ige Verdunstungskühlsysteme einen Durchsatz an Kühlwasser auf, der zwischen 1 und 2 Gallonen pro Minute (z.B. etwa 1 ,5 Gallonen pro Minute) pro Quadratfuss Oberfläche des Verdunstungsmediums 62 liegt (der Fläche in Fig. 3, die auf die Verteilungsfläche 60 gerichtet ist), und das Wasser wurde nicht gekühlt (d.h. es wurde jeweils bei der Temperatur verwendet, die gerade verfügbar war). In einem typischen 100%ig sensiblen Kühlsystem liegt der Durchsatz des Kühlwassers in der Regel bei etwa 4,5 Gallonen pro Minute pro Quadratfuss Oberfläche des Mediums, und das Wasser wurde auf Temperaturen von etwa 45 Grad Fahrenheit gekühlt. Es ist einleuchtend, dass das 100%ig sensible Kühlsystem wegen der höheren Durchsatzes und der zusätzlichen Leistung, die zum Kühlen erforderlich ist, beträchtlich mehr parasitische Leistung braucht als ein 100%iges Verdunstungssystem.

[0061 ] Mit der vorliegenden Offenbarung können zwischen etwa 0,5 und 10 Gallonen pro Minute (z.B. zwischen 1 und 2 Gallonen pro Minute, z.B. etwa 1 ,5 Gallonen pro Minute) pro Quadratfuss Oberfläche des Verdunstungsmediums 62 zugeführt werden, das auf unterhalb Umgebungs-Feuchtkugeltemperatur gekühlt wird. Die parasitische Leistung zum Kälteaggregatkühlen und Pumpen des Wassers ist vergleichbar mit der eines 100%igen Verdunstungskühlsystems. Ebenso ist die parasitische Leistung zum Kühlen niedriger als diejenige, die für ein 100%ig sensibles Kühlsystem nötig ist, da der Durchsatz geringer ist und das Wasser nicht auf eine so niedrige Temperatur gekühlt werden muss. Die Temperatur zum Kühlen des Wassers gemäss der vorliegenden Offenbarung kann auf Basis des Wirkungsgradzugewinns gegen den Verbrauch von parasitischer Leistung optimiert werden. Beispielhafte Temperaturen können zwischen etwa 10 bis 40 Grad Fahrenheit unterhalb der Umgebungs-Feuchtkugeltemperatur liegen, z.B. 15 bis 20 Grad Fahrenheit unterhalb der Umgebungs-Feuchtkugeltemperatur, könnten aber je nach Design-Überlegungen höher oder niedriger sein. Zum Beispiel könnte das Kühlwasser auf mindestens 15 Grad Fahrenheit unter Umgebungs-Feuchtkugeltemperatur gekühlt werden, oder das Kühlwasser könnte auf mindestens 20 Grad Fahrenheit unter Umgebungs-Feuchtkugeltemperatur gekühlt werden.

[0062] Mit herkömmlichen Verdunstungskühlsystemen nahm der Turbinenluftunterdruck des Systems ab, wenn die Umgebungsfeuchtigkeit zunahm. Sehr überraschend kann mit der vorliegenden Offenbarung auch in einer Umgebung mit starker Umgebungsfeuchtigkeit ein System mit Verdunstungskühlmedium und gekühltem Wasser trotzdem eine effektive Kühlleistung erreichen. Dies wird zumindest zum Teil aufgrund einer gewissen sensiblen Kühlung erreicht, die durch das gekühlte Wasser geleistet wird.

[0063] Der Fachmann wird erkennen, dass die vorliegende Offenbarung mehrere Vorteile liefert. Es kann ein System bereitgestellt werden, das relativ preiswert ist, ähnlich wie ein System, das nur Verdunstungskühlung verwendet, während ein höherer Kühlungswirkungsgrad erreicht wird als bei einem herkömmlichen Verdunstungskühlsystem. Anders betrachtet können in einem herkömmlichen sensiblen Kühlsystem (einem System mit einem Kälteaggregat und mit Kälteschlangen) die relativ teuren Kälteschlangen durch relativ preiswerte Verdunstungskühlmedien ersetzt werden.

[0064] Obwohl die Erfindung im Zusammenhang mit dem beschrieben wurde, was derzeit als die praxistauglichste und am stärksten bevorzugte Ausführungsform betrachtet wird, sei klargestellt, dass die Erfindung nicht auf die offenbarte Ausführungsform beschränkt ist, sondern im Gegensatz dazu soll sie verschiedene Modifikationen und gleichwertige Anordnungen abdecken, die im Gedanken und Bereich der beigefügten Ansprüche liegen.

[0065] Ein Ansaugluftkonditionierungssystem für eine Gasturbine weist auf: einen Einlasskanal für die mit einem Luftströmungsweg, um Ansaugluft zur Gasturbine zu liefern; ein Verdunstungskühlmedium, das im Ansaugluftweg angeordnet ist; ein Wasserkälteaggregat; und eine Umwälzpumpe, die Wasser nacheinander durch das Wasserkälteaggregat und das Verdunstungsmedium umwälzt. Das Kälteaggregat ist so gestaltet, dass es Wasser unter eine Feuchtkugeltemperatur der Umgebung kühlt, bevor das Wasser zum Verdunstungskühlmedium umgewälzt wird. Ein Kraftwerk beinhaltet eine Gasturbine, die einen Verdichter, ein Brennersystem und einen Turbinenabschnitt aufweist; einen Verbraucher; und das Ansaugluftkonditionierungssystem.

Bezugszeichenliste

[0066]

10 Gasturbine 12 Einlasssystem 14 Verdichter 16 Brennkammer 18 Turbinenabschnitt 20 Generator 22 Einlassluftsammler 24 Wetterschutzhaube 26 Einlassfiltergehäuse

8 28

30

32

34

36

38

40

42

44

46

48

50

50a

50b

50c

52a

52b

52c

54

56a

56b

56c

56d

56e

58

60

62

64

66

68

70

72

74

76

Ansaugluftkanal erster Endabschnitt zweiter Endabschnitt

Zwischenabschnitt

Kühlsystem

Wassertank

Einlass erster Auslass

Pumpe zweiter Auslass Kälteaggregat Verdunstungskühlmodul oberes Modul mittleres Modul unteres Modul funktional paralleler Strömungsweg funktional paralleler Strömungsweg funktional paralleler Strömungsweg

Rückführungsschleife

Ventil

Dreiwegeventil

Verteilerrohr

Verteilerschicht

Verdunstungsmedium

Sammler

Nebelabscheider

Rückführleitung

Steuer-/Regeleinrichtung erste Leitung zweite Leitung dritte Leitung

9

Claims

Patentansprüche 1. Ansaugluftkonditionierungssystem für eine Gasturbine, wobei das System umfasst: einen Ansaugkanal für die Gasturbine, wobei der Ansaugkanal einen Luftströmungsweg umfasst, um Ansaugluft zur Gasturbine zu liefern; ein Verdunstungskühlmedium, das im Luftströmungsweg angeordnet ist; ein Wasserkälteaggregat; und eine Umwälzpumpe, die Wasser hintereinander durch das Wasserkälteaggregat und das Verdunstungskühlmedium umwälzt, wobei das Kälteaggregat so gestaltet ist, dass es Wasser unter eine Umgebungs-Feuchtkugeltemperatur kühlt, bevor das Wasser zum Verdunstungskühlmedium umgewälzt wird.
2. Einlasssystem nach Anspruch 1 , wobei das Verdunstungskühlmedium mehrere vertikal voneinander abgegrenzte Abschnitte aufweist, jeweils mit Wassereinlässen an den Oberseiten jedes von den mehreren vertikal voneinander abgegrenzten Abschnitten, und wobei das Wasser vom Kälteaggregat und separat zu den Oberseiten der mehreren vertikal voneinander abgegrenzten Abschnitten geliefert wird.
3. Einlasssystem nach Anspruch 2, wobei die mehreren vertikal voneinander abgegrenzten Abschnitte übereinander gestapelt sind; und/oder wobei die Wassereinlässe funktional parallel zueinander sind.
4. Einlasssystem nach Anspruch 1 , wobei die Höhe des Verdunstungskühlmediums und des Wassers, das durch das Kälteaggregat umgewälzt wird, optimiert ist, um gleichzeitig eine Kombination aus Verdunstungs- und sensibler Kühlung in dem Verdunstungskühlmedium bereitzustellen.
5. Das Einlasssystem nach Anspruch 1 , wobei das Einlasssystem so gestaltet ist, dass es zwischen etwa 0,5 und 10 Gallonen, vorzugsweise zwischen etwa 1 und 2 Gallonen Wasser pro Quadratfuss Oberfläche des Verdunstungskühlmediums zum Kühlmedium liefert.
6. Das Einlasssystem nach Anspruch 1 , ferner einen Wassertank und eine Rückführungsschleife umfassend, wobei die Rückführungsschleife das Wasserkälteaggregat, die Umwälzpumpe und den Wassertank in Reihe verbindet.
7. Einlasssystem nach Anspruch 6, wobei das System so gestaltet ist, dass es das Wasser (1) vom Verdunstungskühlmedium und (2) vom Kälteaggregat in den Wassertank strömen lässt, ohne es durch das Verdunstungsmedium strömen zu lassen.
8. Kraftwerk, umfassend: eine Gasturbine, wobei die Gasturbine einen Verdichter, ein Brennersystem und einen Turbinenabschnitt aufweist; einen mechanischen oder elektrischen Verbraucher; und ein Einlasssystem für die Gasturbine, wobei das Einlasssystem umfasst: einen Ansaugkanal, der einen Luftströmungsweg umfasst, um Ansaugluft zur Gasturbine zu liefern; ein Verdunstungskühlmedium, das im Luftströmungsweg angeordnet ist; ein Wasserkälteaggregat; und eine Umwälzpumpe, die Wasser hintereinander durch das Wasserkälteaggregat und das Verdunstungskühlmedium umwälzt, wobei das Kälteaggregat so gestaltet ist, dass es das Wasser unter eine Umgebungs-Feuchtkugeltemperatur kühlt, bevor das Wasser zum Verdunstungskühlmedium umgewälzt wird, und wobei das Verdunstungskühlmedium optimiert ist, um eine Kombination aus Verdunstungs- und sensibler Kühlung bereitzustellen.
9. Kraftwerk nach Anspruch 8, wobei das Verdunstungskühlmedium auf Basis eines gewünschten Wirkungsgrads η optimiert ist, η=[χ1/ (x1+x2+x3)j η1 +[χ2/(χ1 +χ2+χ3)] η2+[χ3/ (x1 +x2+x3)j η3, η3 < η2 < η1 und η3 < η < η1 , χ1 ein Abschnitt der Höhe des Verdunstungskühlmediums ist, wo Luft, die durch das Verdunstungskühlmedium strömt, vor allem durch sensible Kühlung gekühlt wird, und η1 entspricht, x2 ein Abschnitt der Höhe des Verdunstungskühlmediums ist, wo Luft, die durch das Verdunstungskühlmedium strömt, durch eine Mischung aus Verdunstungskühlung und sensibler Kühlung gekühlt wird, und η2 entspricht, und x3 ein Abschnitt der Höhe des Verdunstungskühlmediums ist, wo Luft, die durch das Verdunstungskühlmedium strömt, vor allem durch Verdunstungskühlung gekühlt wird, und □ 3 entspricht.
10. Kraftwerk, umfassend: eine Gasturbine, wobei die Gasturbine einen Verdichter, ein Brennersystem und einen Turbinenabschnitt aufweist; einen mechanischen oder elektrischen Verbraucher; und ein Einlasssystem für die Gasturbine, wobei das Einlasssystem umfasst: einen Ansaugkanal, der einen Luftströmungsweg umfasst, um Ansaugluft zur Gasturbine zu liefern; ein Verdunstungskühlmedium, das im Luftströmungsweg angeordnet ist; ein Wasserkälteaggregat; und 10 eine Umwälzpumpe, die Wasser hintereinander durch das Wasserkälteaggregat und das Verdunstungsmedium umwälzt, wobei das Kälteaggregat so gestaltet ist, dass es das Wasser unter eine Umgebungs-Feuchtkugeltemperatur kühlt, bevor das Wasser zum Verdunstungskühlmedium umgewälzt wird, und wobei sämtliches Wasser, das zum Verdunstungskühlmedium geliefert wird, um die Ansaugluft zu konditionieren, gekühlt wird. 11