CN210289936U - 一种应用于燃气轮机上的进气冷却系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种应用于燃气轮机上的进气冷却系统，包括压气机，连于压气机出气口上的压气机进气管道，压气机通过压气机进气管道连通于燃气轮机上，压气机进气管道上设有若干疏水口，压气机进气管道内设有消音器；还包括泵站，泵站上连有高压供水管道，高压供水管道上连通有喷嘴矩阵，喷嘴矩阵与压气机配合使压气机进气管道内形成雾滴蒸发冷却进气，实现燃气轮机的冷却。本实用新型采用进气冷却方式对燃机进气进行降温，提高燃机的出力、降低燃机的燃耗、减少NOx排放、延长机组使用寿命，有利于节能降耗。

Description

一种应用于燃气轮机上的进气冷却系统

技术领域

本实用新型涉及燃气轮机冷却设备，更具体地说，涉及一种应用于燃气轮机上的进气冷却系统。

背景技术

某发电厂采用2套328.4MW的燃机联合循环机组，每套燃气-蒸汽循环机组是由一台“F”级燃气轮机发电机组和一台双压无再热的余热锅炉和一台双抽凝汽式汽轮机组成“1拖1”的双轴燃气-蒸汽联合循环机组。燃机采用包括所有必要的辅机在内的燃机机组，燃机型号为PG9351FA(9F.03)。燃料系统为使用天然气和轻油的双燃料系统，两种燃料可在运行中相互切换，并保证机组均能起动、带负荷运行和停机。燃机发电机型号为324-LU，单机额定容量为263.3MW，转子、定子铁芯为多路径向氢表面冷却，端面结构也为氢表面冷却，定子线圈绕组采用水冷却方式。

随着气温的升高，燃气轮机的实际输出功率将严重下降，气耗率也随之增加。同时燃机进气空气的相对湿度愈低，尾气有害物NOx的排放率愈高。在夏季用电高峰和热负荷高峰期，严重影响机组出力，同时也给机组的设备运行带来许多挑战，影响了企业的经济效益，不利于燃气轮机长期经济稳定的运行。

燃气轮机是一种定容设备，即在既定的转速下运送恒定容量的空气，其质量流量与空气温度成反比；在炎热的天气，空气变得稀薄，流通的空气质量流量降低，燃机出力减少，对重型燃气轮机而言，大气温度每升高1℃，出力将下降0.5～0.9％。另外，压气机的压缩功和空气的温度成正比，环境气温升高，使得压气机自身耗能增加，燃气轮机热耗增加，大气温度每升高1℃，热耗将增加0.2～0.3％。

实用新型内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本实用新型的目的是提供一种应用于燃气轮机上的进气冷却系统，采用进气冷却方式对燃机进气进行降温，提高燃机的出力、降低燃机的燃耗、减少NOx排放、延长机组使用寿命，有利于节能降耗。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种应用于燃气轮机上的进气冷却系统，包括压气机，连于压气机出气口上的压气机进气管道，压气机通过压气机进气管道连通于燃气轮机上，压气机进气管道上设有若干疏水口，压气机进气管道内设有消音器；

还包括泵站，泵站上连有高压供水管道，高压供水管道上连通有喷嘴矩阵，喷嘴矩阵与压气机配合使压气机进气管道内形成雾滴蒸发冷却进气，实现燃气轮机的冷却。

所述泵站，包括多台交流电机驱动的陶瓷柱塞式高压泵，陶瓷柱塞式高压泵上连通有除盐水进水管道，以及用于测定空气干球温度和相对湿度的气象站，气象站与陶瓷柱塞式高压泵之间通过PLC控制。

所述除盐水进水管道上还设有0.35μm除盐水进水过滤器。

所述喷嘴矩阵设于压气机进气管道内，并位于压气机出气口与消音器之间。

所述喷嘴矩阵设于压气机进气管道内，并位于消音器后面。

所述喷嘴矩阵设于压气机的吸气口前面。

所述喷嘴矩阵，包括若干撞针式喷嘴和若干旋流式喷嘴。

所述压气机出气口至消音器之间的压气机进气管道的直径设置呈逐渐变小形状。

在上述的技术方案中，本实用新型所提供的一种应用于燃气轮机上的进气冷却系统，还包括以下几点有益效果：

1)本实用新型进气冷却系统无需对原有的进气室进行大的改动，安装和维护费用小，由于增能所带来的收益间接减少了电厂的资本性支出；

2)本实用新型进气冷却系统有效地减少燃料消耗量，提高5％以上的热功率，冷却空气温度降低、湿度增加，有利于延长燃机热部件寿命；

3)本实用新型进气冷却系统降低尾气中的氮氧化物的排出，最多可减少30％，雾滴粒子极细，蒸发效率接近100％，低温潮湿地区也适宜使用。

附图说明

图1是本实用新型进气冷却系统的结构示意图；

图2是本实用新型进气冷却系统中喷嘴矩阵设于压气机后的示意图；

图3是本实用新型进气冷却系统中喷嘴矩阵设于压气机前的示意图；

图4是本实用新型进气冷却系统中喷嘴矩阵设于消音器后的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本实用新型的技术方案。

请结合图1所示，本实用新型所提供的一种应用于燃气轮机上的进气冷却系统，包括压气机1，连接在压气机1出气口上的压气机进气管道2，压气机1通过压气机进气管道2连通于燃气轮机3上，压气机进气管道2上设有若干疏水口4，压气机进气管道2内安装有消音器5。

较佳的，还包括泵站，泵站上连有高压供水管道6，高压供水管道6上连通有喷嘴矩阵7，喷嘴矩阵7与压气机6配合后使压气机进气管道内形成雾滴蒸发冷却进气8，从而实现燃气轮机3的冷却。燃机进气喷雾冷却是蒸发式冷却方式的一种，是将高压雾化水喷入空气中，液态水在汽化过程中吸收汽化潜热，从而降低空气温度，接近湿球温度，实现降低燃机进气温度的效果。高压供水管道6则是连接泵站和喷嘴矩阵7的高压不锈钢管道，疏水口4是布置在压气机进气管道2底部的逆止阀，以确保运行时正常疏水。

较佳的，所述泵站，包括多台交流电机驱动的陶瓷柱塞式高压泵9，陶瓷柱塞式高压泵9上连通有除盐水进水管道10，以及用于测定空气干球温度和相对湿度的气象站11，气象站11与陶瓷柱塞式高压泵9之间通过PLC控制，是一个可以露天布置的撬装台。

较佳的，所述除盐水进水管道10上还安装有0.35μm除盐水进水过滤器。

较佳的，所述压气机1出气口至消音器5之间的压气机进气管道2的直径设置呈逐渐变小形状，增加雾滴蒸发冷却进气8输出压力。

较佳的，所述喷嘴矩阵7，包括若干撞针式喷嘴和若干旋流式喷嘴，燃机应用进气喷雾的目标是要将水分裂为尽可能小的雾滴，以获得最大的表面积来增加雾滴表面和空气之间的传热。任何压力雾化喷嘴的根本原理是通过一个小孔将水的压力转变为动能。选择喷嘴最重要的因素是雾滴尺寸和在进气道横截面上雾滴的分布，因为这些都影响喷雾冷却的效率和透平运行的安全。因此，以针式喷嘴占主导地位。

撞针式喷嘴是水强行通过一个光滑的小孔以高速正面撞击一个位于喷孔上方的撞针。喷射的流速以及所产生的雾滴尺寸取决于喷水压力。水流撞击在撞针上形成一个薄的锥形膜，随着锥形膜离开喷孔而扩展，薄膜的面积也扩张，因而水膜变得越来越薄，最后表面张力使水膜变成“指状(梳状)”，空气流动的不稳定性使“指状”破碎为丝线，然后变为雾滴。水膜的厚度取决于孔的直径、撞针的几何形状和水压。提高水压即增加引起水膜扩张的速度从而使水膜厚度变薄，最终使雾滴尺寸减小以及喷嘴的流量增加。

对于旋流式喷嘴，液体由切向进入旋流腔，在从与旋流腔同心孔排出之前获得一个螺旋形路径。这导致在旋流腔中形成一个比孔口大的空心。旋流喷射形成轴对称的圆锥形薄水膜。圆锥形水膜分解成小丝然后形成小水滴。因为水流的漩涡性质，所以包含轴向的和径向的力(撞针式喷嘴只会形成垂直于喷嘴的轴向水丝)。当运行压力增强，径向和轴向力增强。运行压力增加到一定点后出现轴向速度处于支配地位和径向力减小，喷嘴运作如同“开放口”喷嘴，也就是随着渐增的压力锥体角度减小最终消失。最大的锥体角度取决于旋流式喷嘴的几何特性。注意漩涡产生切向力引起摩擦损失同样是重要的。其结果是使流动效率降低，所以旋流式喷嘴要达到撞针式喷嘴同样的流量必须有更大的喷嘴孔，从而将产生更大的水滴。

作为旋流式喷嘴，连续不断地增加运行压力引起水滴尺寸的减小仅仅发生在旋流现象分解(也就是喷嘴开始像一个打开的孔)之时。而撞针式喷嘴会随着压力的增强产生更小的雾滴。

由于采用旋流式喷嘴，为保证高进气流量下的冷却效果，将产生更大的水滴。为了使水滴充分蒸发并延长在进气道内的停留时间，就需要将整个进气道向外移动，并且加装一个足够面积的“蒸发室”来保证蒸发效果。

如图2所示，所述喷嘴矩阵7安装在压气机进气管道2内，并位于压气机1出气口与消音器5之间，是最常用的安装位置。此种安装方式既能保证雾化的效果，又能防止水滴进入压气机1，是当喷雾仅用于蒸发冷却时的最佳选择方案。

如图3所示，所述喷嘴矩阵7安装在压气机1的吸气口前面，当压气机进气管道2内没有足够空间时，可以安装在消音器5之前，能够洁净空气，延长消音器5寿命。但是需要压气机进气管道2前有足够的空间，压气机进气管道2口还要安装捕水器，耗水量是压气机进气管道2内安装的2倍。

如图4所示，所述喷嘴矩阵7安装在压气机进气管道2内，并位于消音器5后面，当消音器5前的空间受到限制，可以选择安装在消音器5的下游，此种方式一般应用于进气湿压缩，允许喷入过量的水，实现压气机1的中间冷却，降低压气机功耗，提升整机功率和效率，但湿压缩过量的水进入压气机1，可能对压气机1前几级叶片产生的影响。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新型，而并非用作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本实用新型的权利要求书范围内。

Claims (8)

1.一种应用于燃气轮机上的进气冷却系统，其特征在于：包括压气机，连于压气机出气口上的压气机进气管道，压气机通过压气机进气管道连通于燃气轮机上，压气机进气管道上设有若干疏水口，压气机进气管道内设有消音器；

还包括泵站，泵站上连有高压供水管道，高压供水管道上连通有喷嘴矩阵，喷嘴矩阵与压气机配合使压气机进气管道内形成雾滴蒸发冷却进气，实现燃气轮机的冷却。

2.如权利要求1所述的一种应用于燃气轮机上的进气冷却系统，其特征在于：所述泵站，包括多台交流电机驱动的陶瓷柱塞式高压泵，陶瓷柱塞式高压泵上连通有除盐水进水管道，以及用于测定空气干球温度和相对湿度的气象站，气象站与陶瓷柱塞式高压泵之间通过PLC控制。

3.如权利要求2所述的一种应用于燃气轮机上的进气冷却系统，其特征在于：所述除盐水进水管道上还设有0.35μm除盐水进水过滤器。

4.如权利要求1所述的一种应用于燃气轮机上的进气冷却系统，其特征在于：所述喷嘴矩阵设于压气机进气管道内，并位于压气机出气口与消音器之间。

5.如权利要求1所述的一种应用于燃气轮机上的进气冷却系统，其特征在于：所述喷嘴矩阵设于压气机进气管道内，并位于消音器后面。

6.如权利要求1所述的一种应用于燃气轮机上的进气冷却系统，其特征在于：所述喷嘴矩阵设于压气机的吸气口前面。

7.如权利要求4-6任一项所述的一种应用于燃气轮机上的进气冷却系统，其特征在于：所述喷嘴矩阵，包括若干撞针式喷嘴和若干旋流式喷嘴。

8.如权利要求1所述的一种应用于燃气轮机上的进气冷却系统，其特征在于：所述压气机出气口至消音器之间的压气机进气管道的直径设置呈逐渐变小形状。

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