DE102010036888A1

DE102010036888A1 - System zur Aufbereitung des in eine Turbomaschine eintretenden Luftstroms

Info

Publication number: DE102010036888A1
Application number: DE102010036888A
Authority: DE
Inventors: Jianmin Zhang; Douglas Scott Byrd; James P. Tomey
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2009-08-18
Filing date: 2010-08-06
Publication date: 2011-05-19
Also published as: CH701709B1; JP5692843B2; CH701709A2; US8196907B2; US20110042836A1; CN101994571A; CN101994571B; JP2011038523A

Abstract

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stie Aufbereitung eines in eine luftverbrauchende Maschine, wie z.B., jedoch nicht darauf beschränkt, in eine Gasturbine eintretenden Luftstroms bereit. Aufbereitung kann als ein Prozess betrachtet werden, der wenigstens eine physikalische Eigenschaft des Luftstroms anpasst. Die physikalische Eigenschaft kann umfassen: eine Feuchtkugeltemperatur, eine Trockenkugeltemperatur, relative Feuchte, Dichte oder dergleichen. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können sich die Hauptkomponenten des ACS (200) in nur einer Struktur befinden, welche als ein Modul (205) betrachtet werden kann. Abhängig von der Anwendung des ACS (200) können mehrere Module physikalisch und/oder funktionell auf der luftverbrauchenden Maschine zusammengefasst sein. Eine alternative Ausführungsform des ACS (200) kann ein Modul (205) mit mehreren Stufen aufweisen. Hier kann jede Stufe unabhängig von anderen Stufen arbeiten. Ferner kann jede Stufe ein von anderen Stufen getrenntes Fluid verwenden.

Description

Hintergrund der Erfindung
Diese Anmeldung steht mit der am 3. Juni 2009 eingereichten gemeinsam übertragenen US-Patentanmeldung 12/477,535 [ GE-Dokument 235108 ] in Beziehung.
Die vorliegende Erfindung betrifft im Wesentlichen einen in eine luftverbrauchende Maschine eintretenden Luftstrom und insbesondere ein System zum Aufbereiten des in das Einlasssystem der luftverbrauchenden Maschine eintretenden Luftstroms.
Luftverbrauchende Maschinen erzeugen und/oder transformieren die benötigte Energie in einer breiten Vielfalt von Anwendungen. Diese Maschinen können die Formen haben: eines Wärmetauschers; einer luftverbrauchenden Turbomaschine wie z. B., jedoch nicht darauf beschränkt, einer Gasturbine, eines Flugzeugtriebwerks, einer Gasturbine in Jetbauweise; oder dergleichen. Obwohl sich die nachstehende Diskussion primär auf Gasturbinen fokussiert, sind die diskutierten Konzepte nicht auf Gasturbinen beschränkt.
Eine Gasturbine enthält typischerweise: ein Einlasssystem, einen Verdichterabschnitt, einen Verbrennungsabschnitt, einen Turbinenabschnitt und einen Abgasabschnitt. Eine Gasturbine kann wie folgt arbeiten. Das Einlasssystem nimmt den Luftstrom aus dem umgebenden Umfeld der Gasturbine auf. Der Verdichtungsabschnitt verdichtet den Luftstrom. Der verdichtete Luftstrom strömt in den Verbrennungsabschnitt, wo vor der Verbrennung eine Vermischung mit Brennstoff erfolgt. Der Verbrennungsprozess erzeugt ein gasförmiges Gemisch, das den Turbinenabschnitt antreibt. Der Turbinenabschnitt wandelt die Energie des gasförmigen Gemisches in die mechanische Energie in der Form von Drehmoment um. Das Drehmoment wird üblicherweise genutzt, um einen elektrischen Generator, einen mechanischen Antrieb oder dergleichen anzutreiben.
Die Gasturbinenleistung wird üblicherweise von der Energieabgabe, dem Wärmewirkungsgrad und/oder Wärmeaufwandskoeffizienten bestimmt. Die Temperatur und Feuchtigkeit des ankommenden Luftstroms kann signifikante Einwirkungen auf die Gasturbinenleistung haben. Im Wesentlichen wird die Gasturbine weniger effizient, wenn die Temperatur des Luftstroms zunimmt.
Verschiedene Systeme wurden bereits zur Verringerung der Temperatur des Einlassstroms genutzt. Das Hauptziel dieser Systeme besteht in der Vergrößerung der Turbinenleistung während Umgebungsbedingungen, die höhere Temperaturen und/oder Feuchtigkeit des Luftstroms haben. Diese Systeme versuchen, dieses Ziel durch Aufbereitung des Luftstroms vor dem Eintritt in den Verdichterabschnitt zu erreichen. Die Aufbereitung kann als der Anpassungsprozess wenigstens einer physikalischen Eigenschaft des Luftstroms betrachtet werden. Die physikalische Eigenschaft kann beinhalten, ist jedoch nicht darauf beschränkt: eine Feuchtkugeltemperatur, eine Trockenkugeltemperatur, Feuchtigkeit und Dichte. Die Auswirkung der Anpassung der physikalischen Eigenschaft des Luftstroms sollte der Verbesserung der Leistung der Gasturbine dienen.
Einige bekannte Beispiele dieser Systeme umfassen: Verdampfungsabkühler, mechanische Kühler, Absorptionskühler, Wärmeenergiesysteme und dergleichen. Diese Systeme können an unterschiedlichen Stellen um die Gasturbine herum installiert sein.
Es gibt einige Probleme bei bekannten Systemen für die Aufbereitung des in eine Gasturbine eintretenden Luftstroms. Die Vorteile in Verbindung mit den bekannten Systemen rechtfertigen nicht die mit der Installation verbundenen wirtschaftlichen Kosten. Die Verwendung eines Verdampfungsabkühlsystems kann auf Gebiete begrenzt sein, in welchen heiße und feuchte Bedingungen vorherrschen. Bekannte Kühlsysteme erfordern eine Kühlschlange, welche signifikant zu den Kosten des Kühlsystems beiträgt. Einige bekannte Gasturbinen-Energieerzeugungsanlagen beinhalten sowohl Verdampfungsabkühlsysteme als auch Kühlsysteme. Hier erfordern die getrennten Strukturen dieser Systeme zusätzliche Installationszeit, Platz in der Nähe der Gasturbine und erhöhen auch die Betriebs- und Wartungskosten.
Aus den vorgenannten Gründen kann ein Wunsch nach einem neuen und verbesserten System zur Aufbereitung des Einlassluftstroms vorliegen. Das System sollte eine größere Einsetzbarkeit in heißen und feuchten Gebieten ermöglichen, während es gleichzeitig effizient in heißen und trockenen Gebieten arbeitet. Das System sollte nur eine Struktur bereitstellen, die Verdampfungsabkühlungs- und Kühlungsmöglichkeiten bereitstellen kann. Das System sollte auch ein Kühlsystem bereitstellen, das keine Kühlschlange erfordert.
Kurzbeschreibung der Erfindung
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein System zum Aufbereiten eines in eine luftverbrauchende Maschine eintretenden Luftstroms bereitgestellt, wobei das System aufweist: ein Luftaufbereitungssystem (ACS) (200), das dafür konfiguriert ist, eine physikalische Eigenschaft eines in eine luftverbrauchende Maschine eintretenden Luftstroms anzupassen, wobei das Luftaufbereitungssystem (200) ein Modul (205) aufweist, und wobei das Modul (205) aufweist: ein ohne Übertragungsvermittler arbeitendes Aufbereitungssystem (230), das für die Anpassung einer physikalischen Eigenschaft des Luftstroms konfiguriert ist, wenn ein Umgebungszustand innerhalb eines Bereiches liegt; wobei das ohne Übertragungsvermittler arbeitende Aufbereitungssystem (230) Düsen (235) aufweist, die dafür angepasst sind, ein Fluid auf den Luftstrom zu spritzen; und einen Direktaustausch-Übertragungsvermittler (220), der dafür angepasst ist, die physikalische Eigenschaft des Luftstroms zum Erzeugen zusätzlicher Ausgangsleistung der luftverbrauchenden Maschine anzupassen; wobei, wenn sich das dem ACS (200) zugeführte Fluid angenähert über einer Taupunkttemperatur befindet, dann das ACS (200) in dem Direktverdampfungsmodus arbeitet; und wenn sich das dem ACS (200) zugeführte Fluid angenähert unter einer Taupunkttemperatur befindet, dann das ACS (200) in dem Direktkühlmodus arbeitet.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verständlich, wenn die nachstehende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in welchen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente durchgängig durch die Zeichnungen bezeichnen.
1 ist eine schematische Darstellung einer Umgebung, in welcher eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung arbeiten kann.
2 ist eine schematische Darstellung einer Aufrissansicht von Modulen eines Luftaufbereitungssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine schematische Darstellung einer Aufrissansicht eines Luftaufbereitungssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine schematische Darstellung einer Aufrissansicht einer alternativen Ausführungsform der Module von 2 gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die nachstehende detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen nimmt auf die beigefügten Zeichnungen Bezug, welche spezifische Ausführungsformen der Erfindung darstellen. Weitere Ausführungsformen mit unterschiedlichen Strukturen und Operationen weichen nicht von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung ab.
Eine bestimmte Terminologie kann hierin nur zur Vereinfachung genutzt werden und ist nicht als eine Einschränkung des Schutzumfangs der Erfindung zu betrachten. Beispielsweise beschreiben Worte wie z. B. ”über”, ”unter”, ”oben”, ”unten”, ”oberer”, ”unterer”, ”links”, ”vorderseitig”, rechts”, ”horizontal” ”vertikal” ”stromaufwärts” ”stromabwärts” ”vorne” und ”hinten” lediglich die in den Figuren dargestellte Konfiguration. Tatsächlich können das Element oder Elemente einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in jeder beliebigen Richtung ausgerichtet sein und die Terminologie sollte sich daher als solche Varianten mit umfassend verstehen, sofern es nicht anderweitig spezifiziert wird.
So wie hierin verwendet, sollen ein in der Singularform bezeichnetes Element oder Schritt und dem auch die Worte ”einer, eine, eines” vorangestellt sind, nicht als mehrere Elemente oder Schritte ausschließend betrachtet werden, soweit nicht ein derartiger Ausschluss explizit angegeben wird. Ferner sollen Bezugnahmen auf ”eine Ausführungsform” der vorliegenden Erfindung nicht weitere ebenfalls die angegebenen Merkmale enthaltende Ausführungsformen ausschließen.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt ein Luftaufbereitungssystem (ACS) für die Aufbereitung eines in eine luftverbrauchende Maschine, wie z. B., jedoch nicht darauf beschränkt, in eine Gasturbine eintretenden Luftstroms bereit. Wie diskutiert, kann Aufbereitung als ein Prozess betrachtet werden, der wenigstens eine physikalische Eigenschaft des Luftstroms anpasst. Die physikalische Eigenschaft kann umfasen: eine Feuchtkugeltemperatur, eine Trockenkugeltemperatur, relative Feuchte, Dichte oder dergleichen. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können sich die Hauptkomponenten des ACS in nur einer Struktur befinden, welche als ein Modul betrachtet werden kann. Abhängig von der Anwendung des ACS können mehrere Module physikalisch und/oder funktionell auf der luftverbrauchenden Maschine zusammengefasst sein. Die nachstehende Diskussion konzentriert sich auf eine nicht einschränkende Ausführungsform des mit einer Gasturbine zusammengefassten ACS.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein ACS bereitstellen, das ein ohne Übertragungsvermittler arbeitendes Aufbereitungssystem und ein mit einem Übertragungsvermittler arbeitendes Aufbereitungssystem bereitstellt, wovon jedes in den 2 und 3 dargestellt ist. Eine Ausführungsform des ACS kann die Flexibilität eines Betriebs entweder in einem Verdampfungssystemmodus oder einem Kühlsystemmodus bereitstellen. Hier kann, wenn sich die dem ohne Übertragungsvermittler arbeitenden Aufbereitungssystem und dem mit Übertragungsvermittler arbeitenden Aufbereitungssystem zugeführten Fluide über der Taupunkttemperatur befinden, dann das ACS als ein Verdampfungssystem arbeiten. Ebenso kann, wenn sich die dem ohne Übertragungsvermittler arbeitenden Aufbereitungssystem und dem mit Übertragungsvermittler arbeitenden Aufbereitungssystem zugeführten Fluide unter der Taupunkttemperatur befinden, dann das ACS als ein Kühlsystem arbeiten.
In den Figuren, in welchen die verschiedenen Bezugszeichen gleichartige Elemente durchgängig durch die verschiedenen Ansichten bezeichnen, ist 1 eine schematische Darstellung einer Umgebung, in welcher eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung arbeiten kann. 1 veranschaulicht ein Einlasssystem 100, das typischerweise mit einem Verdichter 145 einer Gasturbine zusammengefasst ist. Die nachstehende Beschreibung liefert eine Übersicht über eine typische Konfiguration eines Einlasssystems 100. Die vorliegende Erfindung kann mit weiteren Konfigurationen des Einlasssystems 100 genutzt werden, welche nicht in den Figuren dargestellt sind.
Das Einlasssystem 100 führt den als ein Pfeil bzw. Pfeile durchgängig durch die Figuren dargestellten Luftstrom, der durch den Verdichter 145 eingesaugt wird. Der Luftstrom kommt üblicherweise aus der Umgebung, in welcher die Gasturbine arbeitet. Zu Beginn strömt der Luftstrom um eine Witterungsschutzhaube 105, welche das Eintreten von Witterungselementen, wie z. B. Regen, Schnee, Hagel oder dergleichen in den Verdichter 145 verhindern kann. Der Luftstrom strömt dann durch ein Einlassfiltergehäuse 110, welches im Wesentlichen Fremdobjekte und Schmutz aus dem Luftstrom entfernt. Anschließend strömt der Luftstrom durch das ACS 200, welches eine physikalische Eigenschaft des Luftstroms aufbereiten kann. Anschließend kann der Luftstrom durch ein Übergangsstück 120 und einen Einlasskanal 125 strömen, wobei diese Komponenten die Geschwindigkeit und den Druck des Luftstroms anpassen können. Anschließend kann der Luftstrom durch einen Schalldämpferabschnitt 130 strömen. Anschließend kann der Luftstrom durch ein Einlassabzweigwärmesystem 135 strömen, welches, wenn es eingesetzt wird, die Luftstromtemperatur vor dem Eintritt in den Verdichter 145 erhöht. Ein Schmutzsieb 140 oder dergleichen kann stromabwärts von dem Einlasskanal 125 angeordnet sein und kann im Wesentlichen den Eintritt von Schmutz in den Verdichter 145 verhindern.
2 ist eine schematische Darstellung einer Aufrissansicht von Modulen 205 eines Luftaufbereitungssystems 200 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 stellt dar, dass eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Hauptkomponenten des Luftaufbereitungssystems 200 in einem Modul 205 angeordnet hat. 2 veranschaulicht auch, wie eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Zusammenfassung mehrerer Module 205 ermöglicht, welche alle in dem Einlasssystem 100 untergebracht werden können. Drei ähnliche Module 205 sind in 2 in einer gestapelten Konfiguration dargestellt. Zur Vereinfachung für den Leser wurde die Verwendung redundanter Komponenten/Element-Bezugszeichen beschränkt. Beispielsweise, jedoch ohne Beschränkung darauf, ist das Komponenten/Element-Bezugszeichen 225, welches einen Tropfenabscheider repräsentiert, nur bei dem unteren Modul 205 dargestellt. Die oberen zwei Module 205 haben ebenfalls einen Tropfenabscheider 225, wie es in 2 dargestellt ist.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können sich die Hauptkomponenten des ACS 200 in dem Modul 205 befinden. Diese können Komponenten des ohne Übertragungsvermittler arbeitenden Aufbereitungssystems 230, des mit Übertragungsvermittler arbeitenden Aufbereitungssystems 260 und eines Tropfenabscheider 225 beinhalten.
Zum Betrieb können die Module 225 ein Fluid wie z. B., jedoch nicht darauf beschränkt, Wasser, ein Kühlmittel oder Kombinationen davon aus einem Verteiler 275 aufnehmen. Der Verteiler 275 kann das Fluid abhängig von dem Betriebsmodus des ACS 200 aus der nicht-gekühlten Fluidzuführung 240 oder aus der gekühlten Fluidzuführung 265 aufnehmen. Der Verteiler 275 kann dann das Fluid direkt an das dritte Ventil 300 und/oder an das Modul 205 ausgeben, wie es in den 2 und 3 dargestellt ist.
Eine Ausführungsform des ohne Übertragungsvermittler arbeitenden Aufbereitungssystems 230 kann (in 2 schematisch dargestellte) Sprühdüsen 235 bereitstellen. Die Sprühdüsen 235 können dazu dienen, einen Luftstrom vor einem Kontakt mit dem mit Übertragungsvermittler arbeitenden Aufbereitungssystem 260 vorab aufzubereiten. Die Voraufbereitung versucht ein nahezu gleichmäßiges Temperaturprofil des den Direktaustausch-Übertragungsvermittler 220 verlassenden Luftstroms zu erzielen. Die Sprühdüsen 235 können Fluidtröpfchen mit einer Größe erzeugen, die im Wesentlichen vor dem Eintritt des Luftstroms in einen Einlass zu dem Verdichter 142 verdampfen können. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Sprühdüsen 235 eine Düsengröße von ca. 2,54 mm bis ca. 6,35 mm (ca. 0,1 inches bis ca. 0,25 inches) haben. Hier kann ein Fluidsystemdruck weniger als ca. 10,35 bar (150 psi) betragen.
Die Komponenten des vermittlergestützt arbeitenden Aufbereitungssystems 260 können umfassen: einen Direktaustausch-Übertragungsvermittler 220 und eine gekühlte Fluidzuführung 265. Der Direktaustausch-Übertragungsvermittler 220 funktioniert im Wesentlichen als ein Wärmetauscher, der das Fluid nutzt, um eine physikalische Eigenschaft, wie z. B., jedoch nicht darauf beschränkt, die Trockenkugeltemperatur des Luftstroms anzupassen. Im Wesentlichen ermöglicht eine Ausführungsform des Direktaustausch-Übertragungsvermittlers 220 einen direkten Kontakt des Fluids mit dem durchströmenden Luftstrom. Die kühlere Temperatur des Fluids kann die Trockenkugeltemperatur absenken und/oder eine weitere physikalische Eigenschaft des Luftstroms anpassen.
Eine Ausführungsform des Direktaustausch-Übertragungsvermittlers 220 kann die Form eines Wärmetauschers mit Übertragungsvermittler annehmen. Diese Form eines Direktaustausch-Übertragungsvermittlers 220 stellt im Wesentlichen einen Wärmeübertragungsprozess mit direkter Berührung bereit, welcher den Wärmeübergangswiderstand im Vergleich zu einem Kühlschlangen-Wärmetauscher minimieren kann. Ferner kann diese Ausführungsform des Direktaustausch-Übertragungsvermittlers 220 aus einem gewellten, kreuzgeriffelten Material, wie z. B., jedoch nicht darauf beschränkt, einem Nylon, einem Kunststoff, einer Kohlenstofffaser, einem Zellulosematerial, einem synthetischen Polymermaterial oder einem Metall oder Kombinationen hergestellt sein. Dieser Vorteil kann die Notwendigkeit einer relativ teueren Kupferrohrleitung und von Aluminiumlamellen, welche üblicherweise zum Erzeugen eines Kühlschlangen-Wärmetauschers verwendet werden, erübrigen. Diese Ausführungsform des Direktaustausch-Übertragungsvermittlers 220 kann die Menge und die Art des für die Erzeugung der Wärmeübertragungsoberfläche eingesetzten Materials verringern, was zu einer signifikanten Kosten- und Gewichtsreduzierung führt.
Das Modul 205 kann auch einen Tropfenabscheider 225 enthalten. Der Tropfenabscheider 225 dient im Wesentlichen dazu, einen Teil des Fluids zu entfernen, das in den Luftstrom während des Betriebs des übertragungsvermittlerlos arbeitenden Aufbereitungssystems 230 und/oder des vermittlergestützt arbeitenden Aufbereitungssystems 260 mitgeführt werden kann. Gemäß der Darstellung in 2 platziert eine Ausführungsform des Moduls 205 den Tropfenabscheider 225 stromabwärts von dem vermittlerlos arbeitenden Aufbereitungssystem 230 und dem mit Übertragungsvermittler arbeitenden Aufbereitungssystem 260.
2 stellt auch dar, wie mehrere Module 205 eines ACS 200 in nur einem Einlasssystem 200 zusammenfasst sein können. 2 stellt dar, wie drei unabhängige ohne Übertragungsvermittler arbeitende Aufbereitungssysteme 230 eine gemeinsame Versorgung mit nicht-gekühltem Fluid aus dem Verteiler 275 und einen gemeinsamen Sammeltank 250 haben können. 2 stellt auch dar, wie drei unabhängige mit Übertragungsvermittler arbeitende Aufbereitungssysteme 260 ebenfalls eine gemeinsame Versorgung mit gekühltem Fluid aus dem Verteiler 275 und einen Fluidrücklauf 245 haben können, und alle gemeinsam einen Sammeltank 250 mit dem ohne Übertragungsvermittler arbeitenden Aufbereitungssystem 230 nutzen.
3 ist eine Darstellung, die eine Darstellung eines Luftaufbereitungssystems 200 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. 3 veranschaulicht die Komponenten des ACS 200, einschließlich derjenigen Komponenten, die nicht in dem Modul 205 angeordnet sein können. Wie nachstehend beschrieben, können diese Komponenten Teil des ersten Aufbereitungskreislaufs 255 und/oder des zweiten Aufbereitungskreislaufs 280 sein. Der erste Aufbereitungskreislauf 255 kann das ACS 200 in einem Direktverdampfungsabkühlmodus darstellen. Hier kann der erste Aufbereitungskreislauf aufweisen: die nicht-gekühlte Fluidzuführung 240; das ohne Übertragungsvermittler arbeitende Aufbereitungssystem 230; das mit Übertragungsvermittler arbeitende Aufbereitungssystem 260; den Sammeltank 250; den Fluidrücklauf 245, welcher mit einer Pumpe 270 verbunden sein kann; ein erstes Ventil 290, welches ein Dreiwegeventil aufweisen kann; und ein drittes Ventil 30. Der erste Aufbereitungskreislauf 255 kann eine Einspeisungsfluidzuführung 305 und ein Einspeisungs-Zuführungsventil 310 aufweisen, welche zusammenarbeiten können, um dem ersten Aufbereitungskreislauf 255 das während des Verdampfungsprozesses verbrauchte Fluid wieder zuzuführen.
Der zweite Aufbereitungskreislauf 280 kann das in einem Direktkühlmodus arbeitende ACS 200 repräsentieren. Der zweite Aufbereitungskreislauf 280 kann aufweisen: die gekühlte Fluidzuführung 265; das ohne Übertragungsvermittler arbeitende Aufbereitungssystem 230; das mit Übertragungsvermittler arbeitende Aufbereitungssystem 260; den Sammeltank 250; den Fluidrücklauf 245; die Pumpe 270; das erste Ventil 290; die Quelle 285; das zweite Ventil 295; und das dritte Ventil 300.
Im Einsatz kann das ACS 200 wenigstens zwei Betriebsarten aufweisen: einen Verdampfungsabkühlungsmodus, der primär den ersten Aufbereitungskreislauf 255 nutzt, und den Kühlmodus, der primär den zweiten Aufbereitungskreislauf 280 nutzt. Wie diskutiert, kann eine Ausführungsform des ACS 200 die Flexibilität eines Betriebs entweder in einem Verdampfungssystemmodus oder einem Kühlsystemmodus bereitstellen. Hier kann, wenn sich die dem ohne Übertragungsvermittler arbeitenden Aufbereitungssystem 230 zugeführten Fluide über der Taupunkttemperatur befinden, dann das ACS als ein Verdampfungsabkühlsystem funktionieren. Ebenso kann, wenn sich die dem ohne Übertragungsvermittler arbeitenden Aufbereitungssystem 230 zugeführten Fluide unter der Taupunkttemperatur befinden, dann das ACS 200 als ein Kühlsystem funktionieren.
Die nachstehende Diskussion stellt eine Betriebsübersicht über eine Ausführungsform des ACS 200 bereit. Ein Betrieb des ACS 200 in dem Verdampfungsabkühlmodus kann die nachstehenden, nicht einschränkenden, Schritte aufweisen. Das ohne Übertragungsvermittler arbeitende Aufbereitungssystem 230 und das mit Übertragungsvermittler arbeitende Aufbereitungssystem 260, wovon sich Teilabschnitte in dem Modul 205 befinden können, können nahezu gleichzeitig das Fluid über den Verteiler 275 erhalten, welches aus der nicht gekühlten Fluidzuführung 240 Zuführung wird. Anschließend können, während der Luftstrom durch das Modul 205 strömt, die Sprühdüsen 235 den Luftstrom mit dem Fluid besprühen. Anschließend kann, während der Luftstrom stromabwärts fließt, das mit Übertragungsvermittler arbeitende Aufbereitungssystem 260 das Fluid direkt auf dem Luftstrom verteilen, der durch das Direktaustausch-Übertragungsvermittler 220 strömt. Anschließend können Teile des Fluids in den Sammeltank 250 ablaufen.
Dann kann der Fluidrücklauf 245 einen Teil des Fluids in den Sammeltank 250 zu einem Einlass einer Pumpe 270 liefern. Ferner können die Einspeisungsfluidzuführung 305 und das Einspeisungszuführungsventil 310 so arbeiten, dass sie Einspeisungsfluid an den Einlass der Pumpe 270 liefern. Anschließend kann ein Auslass der Pumpe 270 das Fluid zu dem ersten Ventil 290 transportieren. In der Form eines Dreiwegeventils kann das erste Ventil 290 ermöglichen, dass das Fluid aus der Pumpe 270 in den ersten Aufbereitungskreislauf 255 strömt.
Nachdem der Luftstrom das ohne Übertragungsvermittler arbeitende Aufbereitungssystem 230 und den Direktaustausch-Übertragungsvermittler 220 durchströmt hat, kann der Luftstrom stromabwärts zu dem Tropfenabscheider 225 strömen. Gleichzeitig kann die Einspeisungsfluidzuführung 305 Einspeisungsfluid über das Einspeisungszuführungsventil 310 an den ersten Aufbereitungskreislauf 255 liefern. Wie diskutiert, dient das Einspeisungsfluid im Wesentlichen dazu, das während des Verdampfungsprozesses verbrauchte Fluid wieder aufzufüllen.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das dritte Ventil 300 dazu genutzt werden, das ACS 200 abzutrennen. Hier kann das dritte Ventil 300 geschlossen werden, wenn das ACS 200 nicht in Betrieb sein muss.
Der Betrieb im Kühlmodus kann die nachstehenden nicht einschränkenden Schritte beinhalten. Das ohne Übertragungsvermittler arbeitende Aufbereitungssystem 230 und das mit Übertragungsvermittler arbeitende Aufbereitungssystem 260, wovon sich Abschnitte in dem Modul 205 befinden können, können nahezu gleichzeitig das Fluid über den Verteiler 275 erhalten, welches aus der gekühlten Fluidzuführung 265 zugeführt wird. Anschließend können, während der Luftstrom durch das Modul 205 strömt, die Sprühdüsen 235 den Luftstrom mit dem Fluid besprühen. Anschließend kann das mit Übertragungsvermittler arbeitende Aufbereitungssystem 260 dem Fluid einen Kontakt mit dem durch das Direktaustausch-Übertragungsvermittler 220 strömenden Luftstrom ermöglichen. Anschließend können Teile des Fluids in den Sammeltank 250 abfließen. Anschließend kann der Fluidrücklauf 245 einen Teil des Fluids in dem Sammeltank 250 zu einem Einlass einer Pumpe 270 liefern. Anschließend kann ein Auslass der Pumpe 270 das Fluid zu dem ersten Ventil 290 liefern. Hier kann das erste Ventil 290 dem Fluid ermöglichen, aus der Pumpe 270 in den zweiten Aufbereitungskreislauf 280 zu strömen. Eine Quelle 285 kann ebenfalls Fluid an den zweiten Aufbereitungskreislauf 285 liefern, wenn zusätzliches Fluid erforderlich ist. Die Quelle 285 kann eine Zuführung aufweisen, die in der Lage ist, den erforderlichen Durchsatz und Druck des Fluids zu liefern. Beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, kann die Quelle 285 wenigstens eines aufweisen von: einem Wärmespeichersystem, einem Speichertank, einem Abkühlfluidsystem oder dergleichen. Nach dem Durchströmen des Direktaustausch-Übertragungsvermittlers 220 kann dann der Luftstrom stromabwärts zu dem Tropfenabscheider 225 strömen.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Durchsatz des durch die Düsen strömenden Fluids erhöht werden, um eine Reinigungsfunktion an Komponenten des ACS 200 auszuführen. Dieses Merkmal kann dazu beitragen, einen Betriebswirkungsgrad und eine Effektivität des ACS 200 aufrechtzuerhalten. Beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, kann die Reinigungsfunktion den Direktaustausch-Übertragungsvermittler 220 reinigen.
4 ist eine schematische Darstellung einer Aufrissansicht einer alternativen Ausführungsform der Module 205 von 2 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Im Wesentlichen weist diese alternative Ausführungsform mehrere Aufbereitungszonen in dem Modul 205 auf. Jede Zone kann dafür konfiguriert sein, einen Luftstrom unabhängig von einer anderen Zone des Moduls 205 aufzubereiten. Dieses kann eine gestufte Aufbereitung des Luftstroms ermöglichen.
4 stellt ein nicht einschränkendes Beispiel der alternativen Ausführungsform des Moduls 205 dar. Dieses Beispiel stellt ein Modul 205 mit zwei Zonen bereit. Eine weitere Konfiguration dieser alternativen Ausführungsform kann mehr als zwei Zonen aufweisen und mehr als zwei Aufbereitungsstufen des Luftstroms bereitstellen.
Gemäß Darstellung in 4 weist das Modul 205 eine erste Stufe 405 und eine zweite Stufe 410 auf. Die ersten und zweiten Stufen 405, 410 können jeweils ähnliche Komponenten des ohne Übertragungsvermittler arbeitenden Aufbereitungssystems 230 und des mit Übertragungsvermittler arbeitenden Aufbereitungssystems 260 gemäß Beschreibung aufweisen. Die zweite Stufe 410 kann ebenfalls einen Verteiler 415, einen Fluidrücklauf 420 und einen Sammeltank 425 aufweisen. Diese Komponenten können ähnlich wie der Verteiler 275, der Fluidrücklauf 245 und der Sammeltank 250 der ersten Stufe 405 arbeiten.
Diese alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann verschiedene Fluide zum Aufbereiten des Luftstroms ermöglichen. Beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, kann ein erstes Fluid in der ersten Stufe 405 und ein zweites Fluid in der zweiten Stufe 410 verwendet werden. Hier kann das erste Fluid wenigstens eines von: Wasser, einem flüssigen Trocknungsmittel oder Kombinationen davon enthalten. Ebenso kann das zweite Fluid wenigstens eines von: Wasser, einem flüssigen Trocknungsmittel oder Kombinationen davon enthalten.
Diese alternative Ausführungsform kann einem Benutzer ermöglichen, das ACS 200 mit dem ersten Fluid bei einer ersten Temperatur und mit dem zweiten Fluid bei einer zweiten Temperatur zu betreiben. Diese alternative Ausführungsform kann auch eine Unterschiedlichkeit des ersten Fluids und zweiten Fluids ermöglichen. Beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, kann das erste Fluid Wasser und das zweite Fluid ein flüssiges Trocknungsmittel sein. Diese Kombination kann für eine gewünschte Temperatursteuerung des Luftstroms vorgesehen sein. Diese Kombination kann auch den Feuchtigkeitsgehalt und die relative Feuchtigkeit des Luftstroms verringern.
Wie vorstehend beschrieben, bieten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung einem Benutzer mehrere Vorzüge und Vorteile gegenüber bekannten Systemen. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann breitere Anwendungsmöglichkeiten und eine Nutzung des Direktaustausch-Übertragungsvermittlers 200 in Luftaufbereitungssystemen 200 bereitstellen. Abhängig von den Temperaturniveaus kann die Aufbereitung des Luftstroms erfolgen über: a) einen reinen Verdampfungsprozess, in welchem die Fluidtemperatur höher als die oder gleich der Feuchtkugeltemperatur des Luftstroms ist; oder b) in dem Kühlprozess, in welchem die Fluidtemperatur wesentlich niedriger als die Feuchtkugeltemperatur des Luftstroms ist. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die Flexibilität der Steuerung des Aufbereitungsumfangs durch Regeln der Temperatur des Fluids bereitstellen.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann mehr Flexibilität für den wirtschaftlichen Betrieb der Gasturbine beitragen, indem die Wahlmöglichkeiten für eine Direktverdampfungsabkühlung und Direktkühlung während der Energieerzeugung bereitgestellt werden. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine verbesserte Kosteneffektivität in Bezug auf die bekannten Kühlschlangeneinheiten, verringerte Gehäusekosten, geringere Druckabfälle und weitere strukturelle Vorteile bereitstellen.
Obwohl die vorliegende Erfindung ziemlich detailliert in Bezug auf nur wenige ihrer exemplarischen Ausführungsformen dargestellt und beschrieben wurde, dürfte es sich für den Fachmann verstehen, dass die Erfindung nicht auf die Ausführungsformen beschränkt sein soll, da verschiedene Modifikationen, Weglassungen und Hinzufügungen an den offengelegten Ausführungsformen, insbesondere im Lichte der vorstehenden Lehren, ausgeführt werden können, ohne wesentlich von den neuen Lehren und Vorteilen der Erfindung abzuweichen. Demzufolge sollen alle derartigen Modifikationen, Weglassungen, Hinzufügungen und äquivalente, soweit sie in den Erfindungsgedanken und Schutzumfang der Erfindung gemäß Definition durch die nachfolgenden Ansprüche fallen, mit abgedeckt sein.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt ein Luftaufbereitungssystem (ACS) 200 für die Aufbereitung eines in eine luftverbrauchende Maschine, wie z. B., jedoch nicht darauf beschränkt, in eine Gasturbine eintretenden Luftstroms bereit. Aufbereitung kann als ein Prozess betrachtet werden, der wenigstens eine physikalische Eigenschaft des Luftstroms anpasst. Die physikalische Eigenschaft kann umfasen: eine Feuchtkugeltemperatur, eine Trockenkugeltemperatur, relative Feuchte, Dichte oder dergleichen. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können sich die Hauptkomponenten des ACS 200 in nur einer Struktur befinden, welche als ein Modul 205 betrachtet werden kann. Abhängig von der Anwendung des ACS 200 können mehrere Module physikalisch und/oder funktionell auf der luftverbrauchenden Maschine zusammengefasst sein. Eine alternative Ausführungsform des ACS 200 kann ein Modul 205 mit mehreren Stufen aufweisen. Hier kann jede Stufe unabhängig von anderen Stufen arbeiten, Ferner kann jede Stufe ein von anderen Stufen getrenntes Fluid verwenden.
Bezugszeichenliste

100: Einlasssystem
105: Witterungshaube
110: Einlassfiltergehäuse
120: Übergangsstück
125: Einlasskanal
130: Schalldämpferabschnitt
135: Einlassabzweigwärme
140: Schmutzsieb
145: Verdichter
200: Luftaufbereitungssystem
205: Modul
220: Direktaustausch-Übertragungsvermittler
225: Tropfenabscheider
230: ohne Übertragungsvermittler arbeitendes Aufbereitungssystem
235: Sprühdüse
240: nicht-gekühlte Fluidzuführung
245: Fluidrücklauf
250: Sammeltank
255: erster Aufbereitungskreislauf
260: mit Übertragungsvermittler arbeitendes Aufbereitungssystem
265: gekühlte Fluidzuführung
270: Pumpe
275: Verteiler
280: zweiter Aufbereitungskreislauf
285: gekühlte Fluidquelle
290: erstes Ventil
295: zweites Ventil
300: drittes Ventil
305: Einspeisungsfluidzuführung
310: Einspeiseventil
405: erste Stufe
410: zweite Stufe
415: Verteiler
420: Fluidrücklauf
425: Sammeltank

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

GE 235108 [0001]

Claims

System zum Aufbereiten eines in eine luftverbrauchende Maschine eintretenden Luftstroms, wobei das System aufweist: ein Luftaufbereitungssystem (ACS) (200), das dafür konfiguriert ist, eine physikalische Eigenschaft eines in eine luftverbrauchende Maschine eintretenden Luftstroms anzupassen, wobei das Luftaufbereitungssystem (200) ein Modul (205) aufweist, und wobei das Modul (205) aufweist: ein ohne Übertragungsvermittler arbeitendes Aufbereitungssystem (230), das für die Anpassung einer physikalischen Eigenschaft des Luftstroms konfiguriert ist, wenn ein Umgebungszustand innerhalb eines Bereiches liegt; wobei das ohne Übertragungsvermittler arbeitende Aufbereitungssystem (230) Düsen (235) aufweist, die dafür angepasst sind, ein Fluid auf den Luftstrom zu sprühen; und einen Direktaustausch-Übertragungsvermittler (220), das dafür angepasst ist, eine physikalische Eigenschaft des Luftstroms zum Erzeugen zusätzlicher Ausgangsleistung der luftverbrauchenden Maschine anzupassen; wobei, wenn sich das dem ACS (200) zugeführte Fluid angenähert über einer Taupunkttemperatur befindet, dann das ACS (200) in dem Direktverdampfungsmodus arbeitet; und wenn sich das dem ACS (200) zugeführte Fluid angenähert unter der Taupunkttemperatur befindet, dann das ACS (200) in dem Direktkühlmodus arbeitet.
System nach Anspruch 1, wobei sich das Modul (205) des Luftaufbereitungssystems (200) in einem Einlasssystem (100) der luftverbrauchenden Maschine befindet, wobei das Einlasssystem (100) wenigstens eines aufweist, von: einer Witterungsschutzhaube (105); einem Einlassfiltergehäuse (110); einem Übergangsstück (120); einem Einlasskanal (125); und einem Einlassabzweigwärmeabschnitt (135).
System nach Anspruch 2, wobei eine Konfiguration von Komponenten in dem Modul (205) aufweist: das ohne Übertragungsvermittler arbeitende Aufbereitungssystem (230), das sich stromabwärts von dem Einlassfiltergehäuse (110) befindet, den Direktaustausch-Übertragungsvermittler (220), der sich stromabwärts von dem ohne Übertragungsvermittler arbeitenden Aufbereitungssystem (230) befindet, und einen Tropfenabscheider (225), der sich stromabwärts von dem Direktaustausch-Übertragungsvermittler (220) befindet.
System nach Anspruch 1, wobei ein erster Aufbereitungskreislauf (255) aufweist: eine nicht-gekühlte Zuführung (240), die dafür konfiguriert ist, das Fluid an die Düsen (235) zu verteilen, den Direktaustausch-Übertragungsvermittler (220) und einen Tank (250) zum Sammeln von Teilen des verteilten Fluids.
System nach Anspruch 1, wobei ein zweiter Aufbereitungskreislauf (280) aufweist: eine gekühlte Fluidzuführung (265), die dafür konfiguriert ist, das Fluid aus der Quelle an die Düsen (235) zu liefern, und einen Fluidrücklauf (245), um einen Teil des durch die Düsen (235) verteilten Fluids zuliefern.
System nach Anspruch 1, wobei das Modul (205) mehrere Zonen aufweist.
System nach Anspruch 6, das ferner eine erste Zone aufweist, die zur Aufbereitung des Luftstroms konfiguriert ist.
System nach Anspruch 7, wobei ein von der ersten Zone genutztes Fluid wenigstens eines aufweist, von: Wasser, flüssigem Trocknungsmittel oder Kombinationen davon.
System nach Anspruch 6, das ferner eine zweite Zone aufweist, die zur Aufbereitung des Luftstroms konfiguriert ist.
System nach Anspruch 9, wobei ein von der zweiten Zone genutztes Fluid wenigstens eines aufweist, von: Wasser, flüssigem Trocknungsmittel oder Kombinationen davon.