CN210152792U - 一种运行稳定的燃气轮机进气除冰系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种运行稳定的燃气轮机进气除冰系统，包括气体经第一通道依次通过的进气组件、燃气轮机、余热锅炉、烟囱；还包括第二通道、第三通道及第四通道；所述进气组件包括进气壳体及换热器；所述换热器设置在进气壳体内，所述换热器的输出端通过第二通道与烟囱的输入端连接；所述余热锅炉的输出端通过第三通道与换热器的输入端连接；所述燃气轮机的输出端通过第四通道与第三通道连，本实用新型，运行稳定，高效；且能达到节能环保的效果。

Description

一种运行稳定的燃气轮机进气除冰系统

技术领域

本实用新型涉及燃气轮机进气技术领域，具体为一种运行稳定的燃气轮机进气除冰系统。

背景技术

在温度较低、湿度较大时，由于空气中水汽会处于一种冰水混合物的状态，附着在燃气轮机的压气机进口可转导叶上，造成可转导叶结冰冻住，会使进口可转导叶无法正常动作而造成燃机跳闸，而且进口可转导叶结冰后会改变叶形，改变进气冲角，造成进入的空气流量变化，甚至引起喘振。而且进口导叶上结的冰一旦脱落进入压气机会造成压气机叶片损坏。因此，燃气轮机运行时对压气机进口空气温度有严格的限制，以保护压气机的安全平稳运行。

目前燃气轮机出冰系统中较为成熟的技术是从压气机的出口引一路压缩空气到进气系统的入口位置，对进入进气系统的空气进行加热。它的投入势必会影响进入燃机的空气量，进而影响到燃烧，从而降低燃气轮机的效率。并且，压气机出口空气温度压力较高，启动除冰系统时需先进行暖管，压力与防冰系统管道压力达到平衡时才能正常运行，响应较慢。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于：提供一种无需预热暖管的运行稳定的燃气轮机进气除冰系统。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：一种运行稳定的燃气轮机进气除冰系统，包括气体经第一通道依次通过的进气组件、燃气轮机、余热锅炉、烟囱；还包括第二通道、第三通道及第四通道；所述进气组件包括进气壳体及换热器；所述换热器设置在进气壳体内，所述换热器的输出端通过第二通道与烟囱的输入端连接；所述余热锅炉的输出端通过第三通道与换热器的输入端连接；所述燃气轮机的输出端通过第四通道与第三通道连通。

气体从燃气轮机的输出端进入到第四通道时，携带有大量的热量，从余热锅炉进入到第三通道的烟气同样含有热量，从余热锅炉出来的烟气热量减少，两者混合后的烟气顺着第三通道进入到换热器中，混合烟气的温度适中，无需对换热器进行预热，使得除冰系统运行稳定；之后由换热器对从进气壳体进入的空气进行加热，避免空气中的水汽结冰，对燃气轮机造成损害，既保护了燃气轮机的安全性，也使得从燃气轮机产生的气体携带的热量与余热锅炉产生烟气的热量得到了再利用，节约了大量的能源，有利于环保节能。

优选地，所述第三通道分为前后两段管路，前后两段管路以第三通道与第四通道连接处的节点为分割点；前段管路为节点到换热器输入端的管路；后段管路为节点到余热锅炉输出端的管路。

优选地，所述前段管路、后段管路及第四通道上均设有手动阀和电动阀。通过手动阀及电动阀的两者结合来控制管路的闭合与开启，有利于检修管路。

优选地，所述燃气轮机包括压气机、燃烧室及透平；所述第四通道的进气口连接在透平的输出端。

优选地，所述进气组件还包括二级过滤件及一级过滤件；所述一级过滤件设置在进气壳体的进口处；所述二级过滤件设置在换热器的后方。

优选地，所述一级过滤件为百叶窗、过滤网中的一种。

优选地，所述二级过滤件为滤网、滤芯中的一种。

优选地，所述换热器为浮头式换热器、固定管板式换热器、U形管板换热器或板式换热器中的一种。

空气通过一级过滤件进入到进气壳体内，然后空气依次经过换热器及二级过滤件，并顺着第一通道进入到燃气轮机内，空气在经过压气机、燃烧室及透平后，形成带有高温的烟气，顺着第一通道进入到余热锅炉内，最后从余热锅炉进入到烟囱中，并由烟囱排出烟气；当室外温度低于0℃，或压气机进口空气温度低于3℃时，打开除冰系统，选择以下两种方案进行除冰操作：

方案一：打开所有的手动阀，将所有的电动阀门打开，开口调节为10％的电动阀门大小；空气经过燃气轮机后，产生的高温烟气，一部分顺着第一通道进入到余热锅炉内，一部分沿着第四通道进入到第三通道内；进入到余热锅炉的烟气，一部分顺着第一通道进入到烟囱内，一部分进入到第三通道内，并与从第四通道进入到第三通道内的高温烟气形成混合烟气，最后混合烟气进入到换热器中，由换热器将混合烟气中的温度传递到进气壳体内，对从进气壳体进入的空气进行升温，有效地防止了空气中的水份温度过低，形成冰渣，对压气机造成损坏；之后，低温的混合烟气顺着第二通道进入到烟囱中；由于混合后的烟气温度比余热锅炉进入到烟囱内的温度高，混合烟气的压力大于余热锅炉出口处的压力，因此，混合烟气的流动，无需增加风机进行增压；

方案二：将第三通道的后段管路上的手动阀及电动阀关闭，其它阀门同方案一，在经过燃气轮机燃烧后的高温烟气通过第四通道进入到第三通道的前段管路，并沿着管路进入到换热器中，同方案一中的步骤，由换热器对进气壳体中进入的空气进行加热，同样能够防止空气中的水汽温度过低而结冰；

换热器的选择计算：

吸热量Q₀＝q_m·c

平均传热温差(逆流)Δt_m＝(Δt’-Δt”)/ln(Δt’/Δt”)

计算传热面积S＝Q₀/(K·Δt_m)

管侧压降ΣΔP＝(ΔP₁+ΔP₂)F_tN_sN_p

ΔP₁＝0.5λρ_cu_i ²/d

ΔP₂＝1.5ρ_cu_i ²

壳侧压降ΣΔP’＝(ΔP₁’+ΔP₂’)F_t’N_s’

ΔP₁’＝0.5Ff₀n_c(N_B+1)ρ_hu₀ ²

ΔP₂’＝0.5N_B(3.5-2z/D)ρ_hu₀ ²

其中：Q₀吸热量，q_m进气系统空气质量流量，c空气比热容，Δt_m平均传热温差(逆流),Δt’换热器进口侧温度差，Δt”换热器出口侧温度差，S计算传热面积,K传热系数，ΣΔP管侧压降，N_s换热器的壳程数，N_p换热器的管程数，摩擦系数λ，f₀壳程流体摩擦因数，N_B折流板数，u_i管程流速，u₀壳程流速，z折流挡板间距，ρ_c空气密度，ρ_h烟气密度，F_t管侧修正系数，F_t’壳侧修正系数，D壳径；

采用两种方案，均能达到除冰效果，除冰所需的热量来源于燃气轮机燃烧后的高温烟气或其与余热锅炉产生烟气的混合烟气，不仅降低了烟囱的排烟温度，还节约了大量的能源，实现了能源的再利用，有利于环保节能。

优选地，所述第三通道与第四通道的输入端均设置有三级过滤件。防止高温烟气中的灰尘颗粒进入到换热器中，对换热器造成堵塞。

优选地，所述三级过滤件通过卡扣活动连接在第三通道与第四通道的输入端。便于拆卸三级过滤件，并对其进行清洗，提高使用寿命。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

A.混合烟气的温度适中，无需对换热器进行预热，使得除冰系统运行稳定；由换热器对从进气壳体进入的空气进行加热，避免空气中的水汽结冰，对燃气轮机造成损害，既保护了燃气轮机运行的安全性，也使得从燃气轮机产生的气体携带的热量与余热锅炉产生烟气的热量得到了再利用，节约了大量的能源，实现了能源的再利用，有利于环保节能；

B.在第三通道与第四通道的输入端均设置三级过滤件，防止高温烟气中的灰尘颗粒进入到换热器中，对换热器造成堵塞，通过卡扣活动将三级过滤件安装到第三通道与第四通道上，便于拆卸三级过滤件，并对其进行清洗，提高使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图。

具体实施方式

为便于本领域技术人员理解本实用新型技术方案，现结合说明书附图对本实用新型技术方案做进一步的说明。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例一

参阅图1，本实施例公开了一种运行稳定的燃气轮机进气除冰系统，包括气体经第一通道5依次通过的进气组件1、燃气轮机2、余热锅炉3、烟囱4；还包括第二通道6、第三通道7及第四通道8；所述进气组件1包括进气壳体 11及换热器14；所述换热器14设置在进气壳体11内，所述换热器14的输出端通过第二通道6与烟囱4的输入端连接；所述余热锅炉3的输出端通过第三通道7与换热器14的输入端连接；所述燃气轮机2的输出端通过第四通道8与第三通道7连通。

气体从燃气轮机2的输出端进入到第四通道8时，携带有大量的热量，从余热锅炉3进入到第三通道7的烟气同样含有热量，从余热锅炉3出来的烟气热量减少，两者混合后的烟气顺着第三通道7进入到换热器14中，混合烟气的温度适中，无需对换热器14进行预热，使得除冰系统运行稳定；之后由换热器14对从进气壳体11进入的空气进行加热，避免空气中的水汽结冰，对燃气轮机2造成损害，既保护了燃气轮机2的安全性，也使得从燃气轮机2产生的气体携带的热量与余热锅炉3产生烟气的热量得到了再利用，节约了大量的能源，有利于环保节能。

所述第三通道7分为前后两段管路，前后两段管路以第三通道7与第四通道8连接处的节点为分割点。前段管路为节点到换热器14输入端的管路；后段管路为节点到余热锅炉3输出端的管路。

所述前段管路、后段管路及第四通道8上均设有手动阀和电动阀。通过手动阀及电动阀的两者结合来控制管路的闭合与开启，有利于检修管路。

所述燃气轮机2包括压气机、燃烧室及透平。所述第四通道8的进气口连接在透平的输出端。

所述进气组件1还包括二级过滤件12及一级过滤件13。所述一级过滤件 13设置在进气壳体11的进口处。所述二级过滤件12设置在换热器14的后方。

所述一级过滤件13为百叶窗、过滤网中的一种。

所述二级过滤件12为滤网、滤芯中的一种。

所述换热器14为浮头式换热器、固定管板式换热器、U形管板换热器或板式换热器中的一种。

本实施例的工作原理是：空气通过一级过滤件13进入到进气壳体11内，然后空气依次经过换热器14及二级过滤件12，并顺着第一通道5进入到燃气轮机2内，空气在经过压气机、燃烧室及透平后，形成带有高温的烟气，顺着第一通道5进入到余热锅炉3内，最后从余热锅炉3进入到烟囱4中，并由烟囱4排出烟气；当室外温度低于0℃，或压气机进口空气温度低于3℃时，打开除冰系统，选择以下两种方案进行除冰操作：

方案一：打开所有的手动阀，将所有的电动阀门打开，开口调节为10％的电动阀门大小；空气经过燃气轮机2后，产生的高温烟气，一部分顺着第一通道5进入到余热锅炉3内，一部分沿着第四通道8进入到第三通道7内；进入到余热锅炉3的烟气，一部分顺着第一通道5进入到烟囱4内，一部分进入到第三通道7内，并与从第四通道8进入到第三通道7内的高温烟气形成混合烟气，最后混合烟气进入到换热器14中，由换热器14将混合烟气中的温度传递到进气壳体11内，对从进气壳体11进入的空气进行升温，有效地防止了空气中的水份温度过低，形成冰渣，对压气机造成损坏；之后，低温的混合烟气顺着第二通道6进入到烟囱4中；由于混合后的烟气温度比余热锅炉3进入到烟囱4内的温度高，混合烟气的压力大于余热锅炉3出口处的压力，因此，混合烟气的流动，无需增加风机进行增压；

方案二：将第三通道7的后段管路上的手动阀及电动阀关闭，其它阀门同方案一，在经过燃气轮机2燃烧后的高温烟气通过第四通道8进入到第三通道7的前段管路，并沿着管路进入到换热器14中，同方案一中的步骤，由换热器14对进气壳体1中进入的空气进行加热，同样能够防止空气中的水汽温度过低而结冰；

换热器14的选择计算：

吸热量Q₀＝q_m·c

平均传热温差(逆流)Δt_m＝(Δt’-Δt”)/ln(Δt’/Δt”)

计算传热面积S＝Q₀/(K·Δt_m)

管侧压降ΣΔP＝(ΔP₁+ΔP₂)F_tN_sN_p

ΔP₁＝0.5λρ_cu_i ²/d

ΔP₂＝1.5ρ_cu_i ²

壳侧压降ΣΔP’＝(ΔP₁’+ΔP₂’)F_t’N_s’

ΔP₁’＝0.5Ff₀n_c(N_B+1)ρ_hu₀ ²

ΔP₂’＝0.5N_B(3.5-2z/D)ρ_hu₀ ²

其中：Q₀吸热量，q_m进气系统空气质量流量，c空气比热容，Δt_m平均传热温差(逆流),Δt’换热器进口侧温度差，Δt”换热器出口侧温度差，S计算传热面积,K传热系数，ΣΔP管侧压降，N_s换热器的壳程数，N_p换热器的管程数，摩擦系数λ，f₀壳程流体摩擦因数，N_B折流板数，u_i管程流速，u₀壳程流速，z折流挡板间距，ρ_c空气密度，ρ_h烟气密度，F_t管侧修正系数，F_t’壳侧修正系数，D壳径；

采用两种方案，均能达到除冰效果，除冰所需的热量来源于燃气轮机2 燃烧后的高温烟气或其与余热锅炉3产生烟气的混合烟气，不仅降低了烟囱4 的排烟温度，还节约了大量的能源，实现了能源的再利用，有利于环保节能。

实施例二

所述第三通道7与第四通道8的输入端均设置有三级过滤件(图中未示出)。防止高温烟气中的灰尘颗粒进入到换热器14中，对换热器14造成堵塞。

所述三级过滤件(图中未示出)通过卡扣活动连接在第三通道7与第四通道8的输入端。便于拆卸三级过滤件，并对其进行清洗，提高使用寿命。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

以上所述实施例仅表示实用新型的实施方式，本实用新型的保护范围不仅局限于上述实施例，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型保护范围。

Claims (10)

1.一种运行稳定的燃气轮机进气除冰系统，其特征在于：包括气体经第一通道(5)依次通过的进气组件(1)、燃气轮机(2)、余热锅炉(3)、烟囱(4)；还包括第二通道(6)、第三通道(7)及第四通道(8)；所述进气组件(1)包括进气壳体(11)及换热器(14)；所述换热器(14)设置在进气壳体(11)内，所述换热器(14)的输出端通过第二通道(6)与烟囱(4)的输入端连接；所述余热锅炉(3)的输出端通过第三通道(7)与换热器(14)的输入端连接；所述燃气轮机(2)的输出端通过第四通道(8)与第三通道(7)连通。

2.根据权利要求1所述的一种运行稳定的燃气轮机进气除冰系统，其特征在于：所述第三通道(7)分为前后两段管路，前后两段管路以第三通道(7)与第四通道(8)连接处的节点为分割点；前段管路为节点到换热器(14)输入端的管路；后段管路为节点到余热锅炉(3)输出端的管路。

3.根据权利要求2所述的一种运行稳定的燃气轮机进气除冰系统，其特征在于：所述前段管路、后段管路及第四通道(8)上均设有手动阀和电动阀。

4.根据权利要求3所述的一种运行稳定的燃气轮机进气除冰系统，其特征在于：所述燃气轮机(2)包括压气机、燃烧室及透平；所述第四通道(8)的进气口连接在透平的输出端。

5.根据权利要求1所述的一种运行稳定的燃气轮机进气除冰系统，其特征在于：所述进气组件(1)还包括二级过滤件(12)及一级过滤件(13)；所述一级过滤件(13)设置在进气壳体(11)的进口处；所述二级过滤件(12)设置在换热器(14)的后方。

6.根据权利要求5所述的一种运行稳定的燃气轮机进气除冰系统，其特征在于：所述一级过滤件(13)为百叶窗、过滤网中的一种。

7.根据权利要求5所述的一种运行稳定的燃气轮机进气除冰系统，其特征在于：所述二级过滤件(12)为滤网、滤芯中的一种。

8.根据权利要求4或7所述的一种运行稳定的燃气轮机进气除冰系统，其特征在于：所述换热器(14)为浮头式换热器、固定管板式换热器、U形管板换热器或板式换热器中的一种。

9.根据权利要求8所述的一种运行稳定的燃气轮机进气除冰系统，其特征在于：所述第三通道(7)与第四通道(8)的输入端均设置有三级过滤件。

10.根据权利要求9所述的一种运行稳定的燃气轮机进气除冰系统，其特征在于：所述三级过滤件通过卡扣活动连接在第三通道(7)与第四通道(8)的输入端。

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