JP2012145326A

JP2012145326A - 冷却塔用の水回収システム

Info

Publication number: JP2012145326A
Application number: JP2012003674A
Authority: JP
Inventors: Donald Gordon Laing; ドナルド・ゴードン・ライング; Harish Chandra Dhingra; ハリッシュ・チャンドラオ・ディングラ; Andrew Philip Shapiro; アンドリュー・フィリップ・シャピロ; Ching Jen Tang; チン−ゼン・タン
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2011-01-13
Filing date: 2012-01-12
Publication date: 2012-08-02
Also published as: EP2476884A2; US20120180512A1

Abstract

【課題】冷却塔では、冷却水は、空気と熱伝導的に接触し、空気は冷却水から熱を抽出してプルームまたは蒸気をもたらす。プルームから水を抽出することが望ましく、冷却塔用の水回収システムを提供する。
【解決手段】冷却塔５０用の水回収システム４０は、１次冷却器または中間冷却器４４、第１の回路部４６および第２の回路部４８を有している。水ストリッパ５２は、冷却塔５０を通過する空気に含まれる湿気を取り除くかまたは吸収する。第１の回路部４６は、抽気１９と熱交換関係にある液体乾燥剤を有し、液体乾燥剤は冷却塔５０から来る蒸気から湿気を除去する。フラッシュドラム５５で水を含んだ液体乾燥剤からの水は、急速に気化（フラッシュ）するかまたは蒸発して、濃縮溶液かまたは水を含まない液体乾燥剤を残す。フラッシュドラム５５から出る蒸気は濃縮器１００で冷却されて補給水になる。
【選択図】図１

Description

本明細書に開示されている主題は、冷却塔に関し、特に、冷却塔用の水回収システムに関する。

ターボ機械は高圧で動作する。発電および機械駆動用ガスタービン等の応用での動作を強化するために、多くのターボ機械は、圧縮機段の間で圧縮空気温度を低下させるように構成される中間冷却器を採用する。圧縮空気の温度を低下させる従来のシステムは、乾式冷却システムおよび湿式冷却システムの両方を含む。

乾式冷却システムでは、抽気からの熱が、伝熱面を有する伝熱板または伝熱管内を循環する冷却水に伝達される。冷却水は、熱を吸収した後、乾式冷却塔に送られ、さらなる伝熱板または伝熱管にわたって誘導され、その後、抽気を冷却するために再循環する。湿式冷却システムでは、冷却水は、抽気から熱を吸収した後、冷却塔に送られる。冷却塔では、冷却水は、空気と熱伝導的に接触する。空気は、冷却水から熱を抽出して、プルームまたは蒸気をもたらす。冷却水は、抽気と熱交換するために戻され、プルームは周囲に放出される。代替的な湿式冷却システムでは、水は、乾式システムで採用されるような伝熱板または伝熱管上に噴霧されることにより、閉ループ冷却水をさらに冷却する。閉ループ冷却水は、抽気と熱交換するように戻され、プルームは周囲に放出される。多くの場合、非常に乾燥した環境におけるように、または水が豊富でない場合、プルームから水を抽出することが望ましい。

本発明の一態様によれば、冷却塔用の水回収システムは、第１の回路部および第２の回路部を有する中間冷却器を有している。第１の回路部は、液体乾燥剤を受け入れるように構成されかつ配置され、第２の回路部は、冷媒を受け入れるように構成されかつ配置されている。フラッシュドラムが、第１の回路部に流体的に接続された入口と、蒸気出口と、液体乾燥剤出口とを有している。濃縮器が、フラッシュドラムの蒸気出口に流体的に結合されている。濃縮器は、濃縮液出口を有している。冷却塔が、フラッシュドラムの液体乾燥剤出口および濃縮器に流体的に接続されている。冷却塔は、収集器部材を有する水ストリッパと、水ストリッパの下方に配置された冷却器とを有している。収集器部材は、水を含んだ液体乾燥剤を受け入れるように構成されかつ配置され、冷却器は、濃縮器から補給水を受け入れるように構成されかつ配置されている。

本発明の別の態様によれば、ターボ機械システムは、抽出出口を有する第１のターボ機械セクションと、第１のターボ機械セクションの抽出出口に流体的に接続された抽出入口を有する第２のターボ機械セクションと、ターボ機械システムに動作的に接続された水回収システムとを有している。水回収システムは、第１の回路部および第２の回路部を有する中間冷却器部材を有している。第１の回路部は、液体乾燥剤を受け入れるように構成されかつ配置され、第２の回路部は、冷媒を受け入れるように構成されかつ配置されている。中間冷却器部材は、抽出出口から出る抽出流体から熱を除去するように構成されかつ配置されている。フラッシュドラムが、第１の回路部に流体的に接続された入口と、蒸気出口と、液体乾燥剤出口とを有している。濃縮器が、フラッシュドラムの蒸気出口に流体的に結合されている。冷却塔が、フラッシュドラムの液体乾燥剤出口および濃縮器に流体的に接続されている。冷却塔は、収集器部材を有する水ストリッパと、水ストリッパの下方に配置された冷却器とを有している。収集器部材は、水を含んだ液体乾燥剤を受け入れるように構成されかつ配置され、冷却器は、濃縮器から水を受け入れるように構成されかつ配置されている。

本発明のさらに別の態様によれば、冷却塔によって放出される蒸気から水を抽出する方法は、水を含んだ液体乾燥剤を中間冷却器に通すステップと、水を含んだ液体乾燥剤に熱を吸収して熱を含んだ液体乾燥剤を形成するステップと、熱を含んだ液体乾燥剤をフラッシュドラムに向けるステップと、フラッシュドラムにおいて熱を含んだ液体乾燥剤から水蒸気を抽出して、実質的に水を含まない液体乾燥剤を形成するステップと、冷却塔において実質的に水を含まない液体乾燥剤を湿り空気に導入するステップと、湿り空気から実質的に水を含まない液体乾燥剤に水を吸収して水を含んだ液体乾燥剤を形成するステップと、水を含んだ液体乾燥剤を中間冷却器に戻すステップとを含む。

これらのおよび他の利点および特徴は、図面とともに以下の説明からより明らかとなろう。

本発明とみなされる主題は、本明細書の末尾の特許請求の範囲において詳細に示され、かつ明確に請求されている。本発明の上述したおよび他の特徴および利点は、添付図面とともに以下の詳細な説明から明らかである。

例示的な実施形態による、冷却塔から水を回収するシステムを含むターボ機械システムの概略図である。

以下の説明は、例として図面を参照して、利点および特徴とともに本発明の実施形態を説明する。

図に最もよく示すように、例示的な実施形態によるターボ機械システムを全体として２で示す。ターボ機械システム２は第１の圧縮機セクション４を有しており、第１の圧縮機セクション４は第２の圧縮機セクション６に動作的に接続されている。第２の圧縮機セクション６は、燃焼器１０を介してタービンセクション８に流体的に接続されている。第１の圧縮機セクション４および第２の圧縮機セクション６は、共通の圧縮機／タービンシャフト１２を介してタービンセクション８に動作的に接続されている。第１の圧縮機セクション４は、取入口１６を介して空気を受け取る入口１５を有している。第１の圧縮機セクション４はまた、第２の圧縮機セクション６の抽気入口に抽気１９を供給する抽気出口１８も有している。第２の圧縮機セクション６を、燃焼器１０に流体的に接続されている出口２２を有するようにも示す。タービンセクション８を、燃焼器出口（別個には符号を付していない）に流体的に接続されている入口２４と、排気筒３０に至る出口または排気口２６とを有するように示す。図示する例示的な実施形態によれば、抽気入口２０に導入される前に抽気１９から熱が除去される。熱は水回収システム４０によって除去され、水回収システム４０はまた、後により十分に説明するように、冷却塔蒸気から水を回収することに加えて、第１の圧縮機セクション４と第２の圧縮機セクション６との間を流れる抽気の温度を低下させる。

図示するように、水回収システム４０は１次冷却器または中間冷却器４４を有し、それは、水ストリッパまたは水吸収器５２を有する冷却塔５０に至る第１の回路部４６および第２の回路部４８を有している。水ストリッパ５２は、冷却塔５０を通過する空気に含まれる湿気を取り除くかまたは吸収する。後により十分に説明するように、中間冷却器４４において、第１の回路部４６は、第２の回路部４８から流体的に隔離されている。第１の回路部４６および第２の回路部４８は、冷却塔５０に流体的に接続されている。第１の回路部４６は、抽気１９と熱交換関係にある液体乾燥剤を有している。後により容易に明らかとなるように、液体乾燥剤は、冷却塔５０から来る蒸気から湿気を除去するように構成されている。例示的な実施形態によれば、液体乾燥剤は、ハロゲン化アルカリ水溶液、硝酸アルカリ水溶液またはグリコールの形態をとる。ハロゲン化アルカリには、臭化リチウム（ＬｉＢｒ）、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）、塩化カルシウム（ＣａＣｌ₂）、塩化亜鉛（ＺｎＣｌ₂）、臭化亜鉛（ＺｎＢｒ）等が挙げられる。硝酸アルカリには、硝酸カリウム（ｋＮＯ₃）、硝酸リチウム（ＬｉＮＯ₃）等が挙げられる。グリコールには、エチレングリコール（Ｃ₂Ｈ₆Ｏ₂）等が挙げられる。当然ながら、液体乾燥剤の特定のタイプを容易に変更することができることが理解されるべきである。

第１の回路部４６は、中間冷却器４４からフラッシュドラム５５に至る。冷媒または水を含んだ液体乾燥剤は、フラッシュドラム５５の入口５７から入る。フラッシュドラム５５では、水を含んだ液体乾燥剤からの水は、急速に気化（フラッシュ）するかまたは蒸発して、濃縮溶液かまたは実質的に水を含まない液体乾燥剤を残す。実質的に水を含まないとは、フラッシュドラム５５から出る液体乾燥剤の含水量が、フラッシュドラム５５に入る液体乾燥剤の含水量の少なくとも０．４％未満であることであることが理解されるべきである。蒸気は、蒸気出口６０からフラッシュドラム５５を出て、実質的に水を含まない液体乾燥剤は、液体乾燥剤出口６３からフラッシュドラム５５を出る。

実質的に水を含まない液体乾燥剤は、液体乾燥剤出口６３から熱交換器６８に進んだ。熱交換器６８は、実質的に水を含まない液体乾燥剤内に含まれる熱を除去する。実質的に水を含まない液体乾燥剤は、熱交換機６８から、ポンプ７４によって液体乾燥剤噴霧部材７１を通るように向けられる。液体乾燥剤噴霧部材７１は、実質的に水を含まない液体乾燥剤を、冷却塔５０から上方に流れる湿り空気内に分散する。実質的に水を含まない液体乾燥剤は、湿り空気に含まれる湿気を吸収し、水を含んだ液体乾燥剤になり、液体乾燥剤収集器８０内に落ちる。ポンプ８４が、水を含んだ液体乾燥剤を中間冷却器４４の第１の回路４６に押し戻す。

さらに例示的な実施形態によれば、フラッシュドラム５５から出る蒸気は濃縮器１００に案内される。蒸気は、冷却されて補給水になる。そして、補給水は、ポンプ１０６により水噴霧部材１０４に送られる。この時点で、外部水供給導管１０８を介して水噴霧部材１０４に追加の補給水を供給してもよいことが理解されるべきである。補給水は、２次熱交換器または冷却器１２０上に落ちるかまたは噴霧される。２次冷却器１２０を用いて、第２の回路部４８からの残りの熱が周囲に出るのが防止される。例示的な実施形態の一態様によれば、２次冷却器１２０は、蒸発性能を向上させるために利用されるウィッキング材料を含む。例示的な実施形態の一態様によれば、２次冷却器１２０の下方に収集トレー１２５が配置されている。収集トレーは、２次冷却器１２０から出る過剰な水を捕えるために配置されている。収集トレー１２５にはポンプ（図示せず）が流体的に接続され、任意の回収された水をたとえばポンプ１０６に再循環させるように動作する。別のポンプ１３０が、冷却水を中間冷却器４４の第２の回路部４８に押し戻す。この構成により、水回収システム４０は、冷却塔から出る水の損失を低減するのみでなく、圧縮機抽出の温度を低下させる冷却も提供する。当然ながら、冷却塔に結合された中間冷却器（または等価の熱交換器）を、蒸気タービン凝縮器システム等の多種多様の施設で採用することができ、ターボ機械抽出を冷却することに限定されるようにみなすべきではないことが理解されるべきである。

例示的な実施形態には、代替的な乾式冷却法に比較して利点がある。従来の乾式冷却システムは、中間冷却器を出る高温の冷媒を空冷式熱交換機に供給する。冷媒は、空冷式熱交換器において中間冷却器の必要な戻り温度まで冷却される。この目的で設計された空冷式熱交換器は、多くの場合、空気と冷媒の戻り温度との温度差が小さい、正常より高い温度を含む周囲条件に適するために、非常に大型かつ高価である。対照的に、例示的な実施形態では、空冷式熱交換器を、従来の乾式冷却システムで可能であるより高い出口温度で動作させることができる。たとえば、液体乾燥剤空気冷却器の出口温度は約１２２°Ｆ（５０℃）である。これは、約１０２°Ｆ（３８．９℃）である必要な中間冷却器戻り温度より大幅に高い。このように温度限界または駆動力が加わることにより、空気冷却器がより小型かつ安価となり、高気温での動作マージンが大きくなる。

例示的な実施形態のさらなる利点は、動作条件の柔軟性である。たとえば、液体乾燥剤が冷却塔で用いられる水の略すべてを収集し、それにより必要な補給水が非常にわずかであるように、冷却システムを動作させることができる。しかしながら、本システムを、冷却塔において、液体乾燥剤によって収集されるより多くの水を用いる柔軟性があるように設計することができる。この動作は、システムを、最も困難な条件に対して設計される場合とは対照的に、年間を通じての性能に対して最適化することができるため、高気温において有用であり得る。

本発明を、限られた数の実施形態にのみ関連して詳細に説明したが、本発明がこうした開示した実施形態に限定されないことが容易に理解されるはずである。むしろ、本発明を、上述していないが、本発明の趣旨および範囲に対応するさまざまな変形、改変、置換または等価な構成を組み込むように変更することができる。さらに、本発明のさまざまな実施形態について説明したが、本発明の態様は説明した実施形態のいくつかのみを含んでもよいことが理解されるべきである。したがって、本発明は、上述した説明によって限定されるものとみなされるべきではなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。

２ターボ機械システム
４第１の圧縮機セクション
６第２の圧縮機セクション
８タービンセクション
１０燃焼器
１２共通の圧縮機／タービンシャフト
１５、２４、５７入口
１６空気取入口
１８抽気出口
１９抽気
２０抽気入口
２２出口
２６出口または排気口
３０排気筒
４０水回収システム
４４１次冷却器または中間冷却器
４６第１の回路部
４８第２の回路部
５０水冷却塔
５２水ストリッパまたは吸収器
５５フラッシュドラム
６０蒸気出口
６３液体乾燥剤出口
６８熱交換器
７１液体乾燥剤噴霧部材
７４、８４、１０６ポンプ
８０液体乾燥剤収集器
１００濃縮器
１０４水噴霧部材
１０８外部水供給導管
１２０２次熱交換器または冷却器
１２５収集トレー
１３０水ポンプ

Claims

冷却塔（５０）用の水回収システム（４０）であって、
第１の回路部（４６）および第２の回路部（４８）を有する中間冷却器部材（４４）であって、前記第１の回路部（４６）が液体乾燥剤を受け入れるように構成されかつ配置され、前記第２の回路部（４８）が冷媒を受け入れるように構成されかつ配置される、中間冷却器部材（４４）と、
前記第１の回路部（４６）に流体的に接続された入口、蒸気出口（６０）および液体乾燥剤出口（６３）を有するフラッシュドラム（５５）と、
前記フラッシュドラム（５５）の前記蒸気出口に流体的に結合された濃縮器（１００）であって、濃縮液出口を含む濃縮器（１００）と、
前記フラッシュドラム（５５）の前記液体乾燥剤出口（６３）および前記濃縮器（１００）に流体的に接続された冷却塔（５０）であって、収集器部材を有する水ストリッパ（５２）と、前記水ストリッパ（５２）の下方に配置された熱交換器（６８）とを有し、前記収集器部材が、水を含んだ液体乾燥剤を受け入れるように構成されかつ配置され、前記熱交換器（６８）が、前記濃縮器（１００）から補給水を受け入れるように構成されかつ配置された、冷却塔（５０）と
を具備する水回収システム（４０）。
前記フラッシュドラム（５５）の前記乾燥剤出口（６３）と前記水ストリッパ（５２）との間に流体的に接続された熱交換器（６８）であって、前記フラッシュドラム（５５）から前記水ストリッパ（５２）に流れる液体乾燥剤の温度を低下させるように構成されかつ配置される熱交換器（６８）をさらに具備する、請求項１記載の水回収システム（４０）。
前記第１の回路部（４６）が、前記中間冷却器（４４）において前記第２の回路部（４８）から流体的に隔離されている、請求項１記載の水回収システム（４０）。
前記水ストリッパ（５２）に配置された乾燥剤噴霧部材（７１）であって、前記フラッシュドラム（５５）の前記液体乾燥剤出口（６３）に流体的に結合されている乾燥剤噴霧部材（７１）をさらに具備する、請求項１記載の水回収システム（４０）。
前記水ストリッパ（５２）に配置された水噴霧部材（１０４）であって、前記濃縮器（１００）の前記濃縮液出口に流体的に結合されている水噴霧部材（１０４）をさらに具備する、請求項１記載の水回収システム（４０）。
前記水噴霧部材（１０４）が、前記補給水を前記熱交換器（６８）に向ける、請求項５記載の水回収システム（４０）。
前記収集器部材が、前記第１の回路部（４６）に流体的に接続されている、請求項１記載の水回収システム（４０）。
前記熱交換器（６８）が、前記第２の回路部（４８）に流体的に接続されている、請求項１記載の水回収システム（４０）。