CN103628984A - 一种燃机防冰冻装置的循环加热系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种燃机防冰冻装置的循环加热系统及其工作方法，所述的循环加热系统主要包括闭冷水供水管道、闭冷水回水管道及其旁路管道系统，所述的旁路管道系统主要由燃机防冰冻升压泵(5)和止回阀(7)组成，闭冷水回水管道的主路管道中的第一隔离阀(1)的入口端与燃机防冰冻升压泵(5)、止回阀(7)和吸风口防冰冻装置的入口端依次连接相通，吸风口防冰冻装置的出口端与第一隔离阀(1)的出口端连接相通。利用本发明既能够满足燃机防冰冻装置所需的闭冷水水量和水温要求，又可不额外增加整个系统的闭冷水水泵的设计容量、运行电耗和供水系统的总体取水量，有利于减少整个系统的初投资，实现节能减排。

Description

一种燃机防冰冻装置的循环加热系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及燃机热能工程技术领域，尤其是涉及一种燃机防冰冻装置的循环加热系统及其工作方法。

背景技术

现有的燃气轮机(简称“燃机”，下同)在外界温度低于或者接近零度的工况下，例如冬季，其进气系统的结霜、结冰现象就会不同程度地发生，这不仅使得燃机很难继续运行，而且还使运行中的燃机极易发生“吞冰”的危险。

因此，燃机制造厂商通常在燃机的吸风口设置防冰冻装置(也叫自动加热除冰装置)，通过防冰冻装置来加热燃机吸风口入口的空气温度，一般地，在冬季等极端最冷工况下，吸风口经过防冰冻装置的空气温度应大于5℃。这样才能防止燃机的进气系统在低温工况例如冬季工况下发生结霜、结冰现象，从而避免燃机发生“吞冰”而对主设备产生损坏。该防冰冻装置是通过管束式空-水换热器来加热吸风口入口空气，其中的热水温度约为30-45℃，而且要求的热水耗量也较大，这无疑会增加燃机系统闭式冷却水(简称“闭冷水”，下同)水泵的设计容量和运行电耗，相应地增加了整个水系统的取水量，因此，导致整个燃机系统的初投资增加，而且热水的大量使用也需要耗费大量的能源，很不利于节能减排、保护环境。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，提供一种燃机防冰冻装置的循环加热系统及其工作方法，既可满足燃机防冰冻装置所需的热水量和水温要求，又可降低闭冷水水泵的设计容量和运行电耗。

本发明要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种燃机防冰冻装置的循环加热系统，主要包括闭冷水供水管道、闭冷水回水管道和闭冷水回水管道的旁路管道系统，所述的闭冷水供水管道分别与燃机润滑油系统、发电机／齿轮箱润滑油系统和发电机油箱油雾分离器的热交换器的进水口相通，所述的闭冷水回水管道的主路管道分别与燃机润滑油系统、发电机／齿轮箱润滑油系统和发电机油箱油雾分离器的热交换器的出水口相通，所述的旁路管道系统主要由燃机防冰冻升压泵和止回阀组成，所述闭冷水回水管道的主路管道中的第一隔离阀的入口端与燃机防冰冻升压泵、止回阀和吸风口防冰冻装置的入口端依次连接相通，所述吸风口防冰冻装置的出口端与第一隔离阀的出口端连接相通。

优选地，所述的闭冷水回水管道的旁路管道系统还包括第二隔离阀、第三隔离阀和第四隔离阀，所述的第二隔离阀连接在第一隔离阀与燃机防冰冻升压泵之间，所述的第三隔离阀连接在燃机防冰冻升压泵与止回阀之间，所述的第四隔离阀连接在吸风口防冰冻装置的出口端与第一隔离阀的出口端之间。

优选地，所述的第二隔离阀、第三隔离阀和第四隔离阀均为电动隔离阀。

优选地，所述的闭冷水回水管道的旁路管道系统还包括补偿器，所述的补偿器连接在吸风口防冰冻装置的入口端。

优选地，所述的连接在吸风口防冰冻装置的入口端的补偿器有两个，且每一个补偿器的两端分别与止回阀出口、吸风口防冰冻装置的入口连接。

优选地，所述的闭冷水回水管道的旁路管道系统还包括补偿器，所述的补偿器连接在吸风口防冰冻装置的出口端。

优选地，所述的连接在吸风口防冰冻装置的出口端的补偿器有两个，所述补偿器的入口端分别均与吸风口防冰冻装置的出口连接。

所述的一种燃机防冰冻装置的循环加热系统的工作方法，其循环加热系统分为加热工况和非加热工况两种工作模式，在加热工况下，第一隔离阀关闭，闭冷水回水管道的旁路管道系统中的其他阀门均打开；在非加热工况下，第一隔离阀打开，闭冷水回水管道的旁路管道系统中的其他阀门均关闭。

优选地，所述的闭冷水回水管道的旁路管道系统还包括第二隔离阀、第三隔离阀和第四隔离阀，所述的第二隔离阀连接在第一隔离阀与燃机防冰冻升压泵之间，所述的第三隔离阀连接在燃机防冰冻升压泵与止回阀之间，所述的第四隔离阀连接在吸风口防冰冻装置的出口端与第一隔离阀的出口端之间，且所述的第二隔离阀、第三隔离阀和第四隔离阀均为电动隔离阀，这四个电动隔离阀在控制上是相互连锁的，其切换可通过DCS自动完成。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：由于在循环加热系统中设置了相应的闭冷水回水升压旁路管道系统，因此，可以利用来自于闭冷水供水管道的闭冷水回水通过燃机防冰冻装置来加热燃机吸风口的冷空气，防止燃机的进气系统发生结霜、结冰现象，避免了燃机发生“吞冰”的危险。而且，燃机防冰冻装置的取水完全来自于闭冷水回水管道，并实现了闭冷水供水管道与闭冷水回水管道中的闭冷水的循环利用，因此，利用本循环加热系统及其工作方法，既能够满足燃机防冰冻装置所需的闭冷水水量和水温要求，又可不额外增加整个系统的闭冷水水泵的设计容量、运行电耗和供水系统的总体取水量，提高了闭冷水联合循环的经济性，有利于减少整个系统的初投资，并实现节能减排、保护环境。

附图说明

图1为本发明一种燃机防冰冻装置的循环加热系统的构造图。

图中标记：1-第一隔离阀，4-第二隔离阀，5-燃机防冰冻升压泵，6-第三隔离阀，7-止回阀，8-补偿器，9-水表，10-第四隔离阀，21-第一截止阀，22-第二截止阀，23-第三截止阀，24-第四截止阀，31-第一蝶阀，32-第二蝶阀。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明自，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示的一种燃机防冰冻装置的循环加热系统，其中的实线条表示闭冷水供水管道，虚线条表示闭冷水回水管道，即在燃机系统的闭冷水供水管路系统的基础上增加设置了燃机吸风口防冰冻装置的闭冷水回水旁路管道系统，共同构成燃机防冰冻装置的循环加热系统。在所述闭冷水供水管道、闭冷水回水管道主路上均设置有放水点FS。所述的循环加热系统的具体构成如下：

燃机润滑油系统的进水口经由第二截止阀22后与闭冷水供水管道连接相通，其出水口依次经由水表9、第一截止阀21后与闭冷水回水管道连接相通。如果燃机润滑油系统的进水口、出水口管径与对应连接的闭冷水供水管道、闭冷水回水管道的管径差异太大，可以通过采用大小头和法兰相配合的方式进行管道连接，如图1所示；如果管径差异不大并且适于焊接的，也可以采用对焊方式将管道直接焊接起来，这种对焊方式更加容易施工、连接可靠性更高，而且成本也更低。

发电机／齿轮箱润滑油系统的进水口经由第二蝶阀32后与闭冷水供水管道连接相通，其出水口依次经由水表9、第一蝶阀31后与闭冷水回水管道连接相通。其中，发电机／齿轮箱润滑油系统的进水口、出水口与对应连接的闭冷水供水管道、闭冷水回水管道采用对焊方式连接，如图1所示。

发电机油箱油雾分离器的热交换器的进水口经由第四截止阀24后与闭冷水供水管道连接相通，其出水口依次经由水表9、第三截止阀23后与闭冷水回水管道连接相通。其中，发电机油箱油雾分离器的热交换器的进水口、出水口与对应连接的闭冷水供水管道、闭冷水回水管道采用对焊方式连接，如图1所示。

吸风口防冰冻装置的进水口、出水口均与闭冷水回水旁路管道连接相通，其进水口依次经由止回阀7、第三隔离阀6、燃机防冰冻升压泵5后与第二隔离阀4连接相通，其出水口与第四隔离阀10连接相通。所述的止回阀7设置在燃机防冰冻升压泵5的出口段，用于防止闭冷水倒流，导致燃机防冰冻升压泵5的损坏。所述的燃机防冰冻升压泵5主要用于将闭冷水回水升压后再送至燃机吸风口的防冰冻装置。在燃机防冰冻升压泵5的前后两端设置有第二隔离阀4、第三隔离阀6，用于燃机防冰冻升压泵5的检修、维护。为了吸收吸风口防冰冻装置的进水口、出水口与对应连接的闭冷水回水管道之间的接口位移，隔绝震动，在吸风口防冰冻装置的进水口与止回阀7之间设置有补偿器8，在吸风口防冰冻装置的出水口与第四隔离阀10之间也设置有补偿器8。由于吸风口防冰冻装置的需求水量比较大，其设备接口通常是双进双出，因此，设置在进水口与止回阀7之间的补偿器8和设置在出水口与第四隔离阀10之间的补偿器8的数量分别均为两个，如图1所示。为了分流、节流需要，提高闭冷水的利用效率，在位于吸风口防冰冻装置的进水口、出水口的两个补偿器8之间分别均设置一个管道附件大小头，所述的大小头被分别安装在两个进水口管道之间、两个出水口管道之间，主要用于变换管径，当母管分了一路水之后，子管的水量要减小，通过变换管径可以保证子管中闭冷水的流量。

上述的循环加热系统在工作过程中，通过燃机防冰冻升压泵5对闭冷水回水管道中的闭冷水进行一定的升压，有效地防止闭冷水回水管道中的闭冷水压力不足。为了节约成本，所述的燃机防冰冻升压泵5通常采用管道泵，其设计时主要需要考虑满足燃机吸风口的高度势能差和防冰冻装置的设备阻力。这样既可以根据燃机吸风口的高度设定燃机防冰冻升压泵5的扬程，又可以满足闭冷水回水压力要求，同时还能避免闭冷水总泵由于考虑满足此防冰冻装置要求的流量而扬程偏高。上述与燃机防冰冻升压泵5连锁的第一隔离阀1、第二隔离阀4以及第三隔离阀6和第四隔离阀10由于均需要经常操作，以便满足循环加热系统不同工况下的关断控制需要，全部采用电动隔离阀，这四个电动隔离阀在控制上是相互连锁的，其切换可通过DCS(DistributedControl Systems，简称DCS，中文含义为分散控制系统)自动完成，从而实现自动化操作，并节省人力。而对于不需要经常操作的第一截止阀21、第二截止阀22以及第三截止阀23和第四截止阀均采用手动双向截止阀，对于不需要经常操作的第一蝶阀31和第二蝶阀32也均采用手动双向蝶阀，这样有利于降低整个循环加热系统的初期投入成本。

本发明的工作方法分为加热工况和非加热工况两种工作方式。在加热工况时，第二隔离阀4、第三隔离阀6和第四隔离阀10均打开，第一隔离阀1关闭。来自闭冷水供水管道中的闭冷水经过燃机区域的燃机润滑油系统、发电机／齿轮箱润滑油系统和发电机油箱油雾分离器的热交换器进行热交换之后，水温上升，通常从燃机润滑油系统、发电机／齿轮箱润滑油系统和发电机油箱油雾分离器的热交换器的出水口流出的热水温度为38～42℃，此温度高于燃机防冰冻装置所需的通常水温32℃。从燃机润滑油系统、发电机／齿轮箱润滑油系统和发电机油箱油雾分离器的热交换器的出水口流出的热水均流入闭冷水回水管道中，燃机吸风口防冰冻装置所需的热水取自闭冷水回水管道上的A点，该A点处于第二隔离阀4的入口端；来自A点的热水通过第二隔离阀4至燃机防冰冻升压泵5入口，经过燃机防冰冻升压泵5升压后，再将升压后的热水依次经由第三隔离阀6、止回阀7后，最终送至燃机防冰冻装置的入口，在入口端设置了补偿器8，可以隔绝震动。热的闭冷水经过与燃机防冰冻装置吸风口冷空气进行热交换之后，其水温下降，并从燃机防冰冻装置的出水口流出，再经由第四隔离阀10回到闭冷水回水管道上的B点，该B点处于第一隔离阀1的出口端。

在非加热工况时，第二隔离阀4、第三隔离阀6和第四隔离阀均需关闭，而第一隔离阀1需打开。因此，闭冷水供水管道中的闭冷水经过燃机区域的燃机润滑油系统、发电机／齿轮箱润滑油系统和发电机油箱油雾分离器的热交换器进行热交换之后，水温上升，并均流入闭冷水回水管道中，最终只能从闭冷水回水管道的A点经由第一隔离阀1至闭冷水回水管道的B点，从而形成单独的闭冷水旁路。这样运行更加灵活，操作也更方便，而且还可以在其他环境温度较高的工况下，例如夏季时节，切掉闭冷水旁路，从而降低燃机系统的电耗。

本发明适用于燃机采用热水加热的吸风口防冰冻装置，对于采用热空气或者蒸汽加热的燃机吸风口防冰冻装置则不适用。实施本发明后，由于在系统中设置了相应的闭冷水回水升压旁路，因此，可以利用来自于闭冷水供水管道的闭冷水回水通过燃机防冰冻装置来加热燃机吸风口的冷空气，防止燃机的进气系统发生结霜、结冰现象，避免了燃机发生“吞冰”的危险。本发明充分考虑防冰冻装置的针对性和不连续性两个特点，使该燃机防冰冻装置的取水完全来自于闭冷水回水管道，并实现了闭冷水供水管道与闭冷水回水管道中的闭冷水的循环利用，通过水表9可以观察闭冷水的水量，进而通过第一截止阀21、第三截止阀23和第一蝶阀31来控制、调节进入闭冷水回水管道中的闭冷水水量；通过在闭冷水回水主路上设置一个电动隔离阀第一隔离阀1，并使之与闭冷水回水旁路上的第二隔离阀4、第三隔离阀6和第四隔离阀10这三个电动隔离阀联动，通过DCS实现闭冷水回水主路与旁路之间的远程控制、切换，既可满足燃机防冰冻装置所需的闭冷水水量和水温要求，又可不额外增加整个系统的闭冷水水泵的设计容量、运行电耗和供水系统的总体取水量，提高了闭冷水联合循环的经济性，有利于减少整个系统的初投资，并实现节能减排、保护环境。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种燃机防冰冻装置的循环加热系统，主要包括闭冷水供水管道和闭冷水回水管道，所述的闭冷水供水管道分别与燃机润滑油系统、发电机／齿轮箱润滑油系统和发电机油箱油雾分离器的热交换器的进水口相通，所述的闭冷水回水管道的主路管道分别与燃机润滑油系统、发电机／齿轮箱润滑油系统和发电机油箱油雾分离器的热交换器的出水口相通，其特征在于：还包括闭冷水回水管道的旁路管道系统，所述的旁路管道系统主要由燃机防冰冻升压泵(5)和止回阀(7)组成，所述闭冷水回水管道的主路管道中的第一隔离阀(1)的入口端与燃机防冰冻升压泵(5)、止回阀(7)和吸风口防冰冻装置的入口端依次连接相通，所述吸风口防冰冻装置的出口端与第一隔离阀(1)的出口端连接相通。

2.根据权利要求1所述的一种燃机防冰冻装置的循环加热系统，其特征在于：所述的闭冷水回水管道的旁路管道系统还包括第二隔离阀(4)、第三隔离阀(6)和第四隔离阀(10)，所述的第二隔离阀(4)连接在第一隔离阀(1)与燃机防冰冻升压泵(5)之间，所述的第三隔离阀(6)连接在燃机防冰冻升压泵(5)与止回阀(7)之间，所述的第四隔离阀(10)连接在吸风口防冰冻装置的出口端与第一隔离阀(1)的出口端之间。

3.根据权利要求2所述的一种燃机防冰冻装置的循环加热系统，其特征在于：所述的第二隔离阀(4)、第三隔离阀(6)和第四隔离阀(10)均为电动隔离阀。

4.根据权利要求1或者2所述的一种燃机防冰冻装置的循环加热系统，其特征在于：所述的闭冷水回水管道的旁路管道系统还包括补偿器(8)，所述的补偿器(8)连接在吸风口防冰冻装置的入口端。

5.根据权利要求4所述的一种燃机防冰冻装置的循环加热系统，其特征在于：所述的连接在吸风口防冰冻装置的入口端的补偿器(8)有两个，且每一个补偿器(8)的两端分别与止回阀(7)出口、吸风口防冰冻装置的入口连接。

6.根据权利要求1或者2所述的一种燃机防冰冻装置的循环加热系统，其特征在于：所述的闭冷水回水管道的旁路管道系统还包括补偿器(8)，所述的补偿器(8)连接在吸风口防冰冻装置的出口端。

7.根据权利要求6所述的一种燃机防冰冻装置的循环加热系统，其特征在于：所述的连接在吸风口防冰冻装置的出口端的补偿器(8)有两个，所述补偿器(8)的入口端分别均与吸风口防冰冻装置的出口连接。

8.如权利要求1所述的一种燃机防冰冻装置的循环加热系统的工作方法，其特征在于：所述循环加热系统分为加热工况和非加热工况两种工作模式，在加热工况下，第一隔离阀(1)关闭，闭冷水回水管道的旁路管道系统中的其他阀门均打开；在非加热工况下，第一隔离阀(1)打开，闭冷水回水管道的旁路管道系统中的其他阀门均关闭。

9.根据权利要求8所述的一种燃机防冰冻装置的循环加热系统的工作方法，其特征在于：所述的闭冷水回水管道的旁路管道系统还包括第二隔离阀(4)、第三隔离阀(6)和第四隔离阀(10)，所述的第二隔离阀(4)连接在第一隔离阀(1)与燃机防冰冻升压泵(5)之间，所述的第三隔离阀(6)连接在燃机防冰冻升压泵(5)与止回阀(7)之间，所述的第四隔离阀(10)连接在吸风口防冰冻装置的出口端与第一隔离阀(1)的出口端之间，且所述的第二隔离阀(4)、第三隔离阀(6)和第四隔离阀(10)均为电动隔离阀，这四个电动隔离阀在控制上是相互连锁的，其切换可通过DCS自动完成。

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