TW201447094A - 吸氣冷卻系統 - Google Patents

Abstract

以防止到達吸氣管之歧管部之排水向壓縮機滲入為目的，本發明之燃氣渦輪機18之吸氣冷卻系統100之特徵在於包括：吸氣管12，其將自吸氣入口22獲取之吸氣導入燃氣渦輪機18之壓縮機14；冷卻部26，其設於吸氣管內，藉由與自外部導入之冷卻介質之熱交換而對吸氣進行冷卻；排水排出管線102，其連接於較壓縮機之入口14a更下方之吸氣管之部分，可排出沿吸氣管之內周面流動之排水；及水封部104，其設於排水排出管線，以至少壓縮機之入口附近之負壓量之大小之水壓對該排水排出管線之一部分進行水封。

Description

吸氣冷卻系統

本發明係關於一種對燃氣渦輪機之吸氣進行冷卻之吸氣冷卻系統。

於由壓縮機、燃燒器、及渦輪機等構成之發電用燃氣渦輪機中，渦輪機之輸出受到被吸入壓縮機之吸氣之溫度的影響。例如，於大氣溫度較高之夏季，吸氣之密度降低而質量流量下降，故而渦輪機之輸出降低。為抑止此種渦輪機之輸出降低，開發有具備藉由與冷媒之熱交換而降低自外部氣體吸氣之空氣溫度之冷卻盤管之吸氣冷卻系統、及將水向被吸氣之空氣進行噴霧而利用該水之汽化熱進行吸氣冷卻的吸氣冷卻系統。若應用具備冷卻盤管之吸氣冷卻系統，大氣中之水分會因與冷卻盤管之熱交換所致之冷卻而冷凝變成排水。排水被設於冷卻盤管下部之排水皿回收，並自排水配管被排出。

然而，若使用該吸氣冷卻系統，則存在附著於冷卻盤管表面之排水與通過冷卻盤管之吸氣一併向下游側飛散、或未被排水皿完全回收而自排水皿漏出。因此，存在排水流入作為燃氣渦輪機之吸氣側之壓縮機，壓縮機被堵塞或產生沖蝕而損傷壓縮機葉片之問題。作為減少排水流入燃氣渦輪機之壓縮機之先前技術，於專利文獻1中揭示有一種燃氣渦輪機吸氣冷卻裝置，其設有噴霧除去機構，該噴霧除去機構捕獲噴霧器之吸氣管內之下游側未被蒸發之噴霧而自吸氣除去噴霧。又，於專利文獻2中揭示有一種燃氣渦輪機，於供被供給有水之 作動空氣流通之流通路徑之內壁面、燃氣渦輪機之轉子或者外殼流路面設置旋轉對稱之槽，將附著於內壁面或流路面之噴霧回收。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2007-120479號公報

[專利文獻2]日本專利特開2006-037877號公報

作為將吸氣導入壓縮機之吸氣管，為實現導入壓縮機之吸氣之整流化，抑制壓力損失之產生且抑制壓縮機之性能降低，存在具有與吸入外部氣體之導入部之口徑相比而縮小壓縮機之入側之口徑之歧管部者。歧管部構成為例如經由相對於吸氣管內之設有冷卻盤管之水平管而於鉛直方向朝下彎曲之鉛直管，向高度較冷卻盤管之設置面低之方向延伸出。

若藉由具備此種構成之吸氣管之吸氣冷卻系統進行吸氣冷卻，存在過冷卻時等於冷卻盤管之表面凝結產生之排水向下游側飛散，到達燃氣渦輪機入口側之歧管部而積存之顧慮。若該排水之積存水超出限度，則會向燃氣渦輪機之壓縮機內滲入，有引發壓縮機阻塞或故障、壓縮機葉片損傷等風險。於上述專利文獻1及專利文獻2中，雖提及捕獲通過吸氣管之排水或附著於吸氣管之壁面之排水，但並未提及吸氣管之歧管部積存之排水對策。

本發明係鑒於上述問題研究而成者，其目的在於提供一種可防止到達吸氣管之歧管部之排水向壓縮機滲入之新穎且經改良之吸氣冷卻系統。

本發明之一態樣係一種燃氣渦輪機之吸氣冷卻系統，其特徵在 於包括：吸氣管，其將自吸氣入口獲取之吸氣導入上述燃氣渦輪機之壓縮機；冷卻部，其設於上述吸氣管內，藉由與自外部導入之冷卻介質之熱交換而對上述吸氣進行冷卻；排水排出管線，其連接於較上述壓縮機之入口更位於下方之上述吸氣管之部分，可排出沿上述吸氣管之內周面流動之排水；及水封部，其設於上述排水排出管線，以至少上述壓縮機之上述入口附近之負壓量之大小之水壓對該排水排出管線之一部分進行水封。

根據本發明之一態樣，藉由設置水封部而以燃氣渦輪機之壓縮機之入口附近之負壓量以上之大小之水壓對排水排出管線進行密封，故而排水到達排水排出管線後，可將排水排出至吸氣管之系統外。

此時，於本發明之一態樣中，亦可為上述吸氣管於上述冷卻部之下游側具有將上述吸氣導入上述壓縮機之歧管部，且上述排水排出管線連接於上述歧管部之底面，將該歧管部積存之排水排出。

若如此，當歧管部積存有排水時，可藉由排水排出管線將排水排出至歧管部之系統外。

此時，於本發明之一態樣中，亦可為上述水封部具備構成為藉由曲管連接2個鉛直管路之下部之U字型管路，且於上述U字型管路以設於上述歧管部側之一鉛直管路之水位相較另一鉛直管路之水位而到達上述負壓量以上之大小之位置的方式填充有水。

如此，利用U字型管路以壓縮機之入口附近之負壓量以上之大小之水壓對排水排出管線進行密封，積存，當歧管部積存有排水時，可藉由排水排出管線將排水排出至系統外。

又，於本發明之一態樣中，亦可為於上述排水排出管線在上述歧管部之底面側與上述U字型管路之間設置可開閉該排水排出管線之閥，且上述閥於上述壓縮機之運轉時始終開放。

若如此，藉由於壓縮機之清洗或修理等維護時使用閥，可適當 地進行維護。

如以上所說明般，根據本發明，可將到達吸氣管之歧管部之排水排出至歧管部之系統外，故而可防止排水向壓縮機之滲入。

10‧‧‧燃氣渦輪機設備

12‧‧‧吸氣管

12a‧‧‧水平管

12b‧‧‧曲管

12c‧‧‧鉛直管

12d‧‧‧歧管部

12d1‧‧‧(歧管部之)底面

14‧‧‧壓縮機

14a‧‧‧(壓縮機之)入口

16‧‧‧燃燒器

18‧‧‧燃氣渦輪機

20‧‧‧發電機

22‧‧‧吸氣入口

24‧‧‧預濾器

26‧‧‧冷卻盤管(冷卻部)

28‧‧‧第1循環路徑

29‧‧‧第1循環路徑

30‧‧‧第1循環泵

32‧‧‧冷凍機

34‧‧‧第2循環路徑

35‧‧‧第2循環路徑

36‧‧‧第2循環泵

38‧‧‧冷卻塔

40‧‧‧消音器

42‧‧‧過濾器

100‧‧‧吸氣冷卻系統

102‧‧‧排水排出管線

104‧‧‧U字型管路(水封部)

104a‧‧‧鉛直管路

104b‧‧‧鉛直管路

104c‧‧‧曲管

106‧‧‧閥

圖1係表示具備本發明之一實施形態之吸氣冷卻系統之燃氣渦輪機設備之構成的方塊圖。

圖2係本發明之一實施形態之吸氣冷卻系統具備之排水排出管線之概略構成圖。

以下，詳細說明本發明之較佳實施形態。再者，以下說明之本實施形態並非受到申請專利範圍所記載之本發明之內容不當限定者，且本實施形態所說明之構成並不一定均為本發明之解決手段。

一面使用圖式一面說明本發明之一實施形態之吸氣冷卻系統之構成。圖1係表示具備本發明之一實施形態之吸氣冷卻系統之燃氣渦輪機設備之構成的方塊圖，圖2係本發明之一實施形態之吸氣冷卻系統具備之排水排出管線之概略構成圖。

作為發電設備之燃氣渦輪機設備10具備吸氣管12、壓縮機14、燃燒器16、燃氣渦輪機18、及發電機20。又，燃氣渦輪機設備10具備用於冷卻燃氣渦輪機18之吸氣之吸氣冷卻系統100。於本實施形態中，吸氣冷卻系統100至少具備吸氣管12、冷卻盤管26(冷卻部)、冷凍機32、冷卻塔38、排水排出管線102、及水封部104。此處，作為吸氣冷卻系統100之其他實施形態，亦可構成為將水向被吸氣之空氣進行噴霧，利用該水之汽化熱進行吸氣冷卻。

吸氣管12將自吸氣入口22獲取之吸氣(外部氣體：空氣)導入壓縮機14。壓縮機14對經由吸氣管12被供給之吸氣進行壓縮。燃燒器16使 用自壓縮機14供給之吸氣令燃料燃燒。燃氣渦輪機18藉由自燃燒器16供給之燃燒氣體而旋轉。發電機20藉由燃氣渦輪機18之旋轉而發電。

如圖1所示，吸氣管12自上流側起具備水平管12a、曲管12b、鉛直管12c，且於鉛直管12c之下游側，設有使吸氣一面整流一面導入壓縮機14之歧管部12d。於本實施形態中，歧管部12d構成為經由相對於水平管12a而於鉛直方向朝下彎曲之鉛直管12c而朝下延伸出。

又，於吸氣管12之吸氣入口側，設有自從吸氣入口22獲取之吸氣中除去相對較大粉塵等之預濾器24。又，於吸氣管12(水平管12a)內之預濾器24之後段，設有藉由與自外部導入之冷卻介質之熱交換而對通過預濾器24之吸氣進行冷卻之冷卻盤管26。於冷卻盤管26之下部，設有用於回收因與吸氣之冷卻盤管26之熱交換所致之冷卻而冷凝之排水的排水皿(未圖示)，且經排水皿回收之排水自排水配管(未圖示)而被排出至吸氣管12之系統外。

於冷卻盤管26經由第1循環路徑28、第1循環泵30而自渦輪冷凍機或吸收式冷凍機等冷凍機32被供給有較冷之循環水(冷卻介質)。冷卻盤管26內因與吸氣之熱交換而被加溫之循環水經由第1循環路徑29而返回至冷凍機32。於冷凍機32經由第2循環路徑34、35、第2循環泵36而自冷卻塔38被供給有較冷之循環水。冷凍機32內與在第1循環路徑28、29循環之循環水經熱交換後之循環水經由第2循環路徑34而返回至冷卻塔38，並於冷卻塔38內再次被冷卻。

又，於吸氣管12之水平管12a內，在較冷卻盤管26更下游側設有抑制包括吸氣時產生之聲音在內之振動的消音器40。又，於吸氣管12之與鉛直管12c連結之歧管部12d之入口側設有過濾器42，該過濾器42用於去除經由鉛直管12c導入之吸氣所含之雜質、或吸氣管內之作業中等落下之螺絲等。

吸氣冷卻系統100為防止因冷卻盤管26之熱交換之吸氣冷卻所產 生之排水向壓縮機14之滲入，而具備回收排水之功能。為具備該功能，排水排出管線102係較壓縮機14之入口14a更設於下方，且排水排出管線102之一端連接於較壓縮機14之入口14a更位於下方之吸氣管12之部分。於本實施形態中，於壓縮機14之入口14a之正下方，排水排出管線102連接於吸氣管12之底部。若因冷卻盤管26之表面產生之排水向下游側飛散等，而沿吸氣管12之內周面到達歧管部12d，則被排水排出管線102回收並排出。又，於排水排出管線102之中途，設有U字型管路104作為水封部，該水封部以至少壓縮機14之入口14a附近之負壓量之大小之水壓對該排水排出管線102之一部分進行水封。

進而，於歧管部12d之底部12d1與U字型管路104之間，設有可開閉排水排出管線102之管路之閥106。該閥106之特徵在於：除了壓縮機14之清洗或修理等維護時以外，在壓縮機14之運轉時該閥106始終開放。即，通常時候係使閥106始終開放，藉此利用排水排出管線102去除歧管部12d積存之排水，而於壓縮機之清洗或修理等維護時，將閥106關閉，而可適當地進行維護。

如圖2所示，排水排出管線102係連接於壓縮機14之入口14a之正下方具備之歧管部12d之底面側，排出該歧管部12d內積存之排水。即，排水排出管線102具有於歧管部12d積存有排水時將排水排出至歧管部12d之系統外之功能。為了於歧管部12d積存有排水時可將排水排出至歧管部12d之系統外，本實施形態中，係於排水排出管線102之中途設置以壓縮機14之入口14a之附近之負壓量以上之大小之水壓進行水封的水封部104。

於本實施形態中，水封部104具備以曲管104c連接2個鉛直管路104a、104b之下部而構成之U字型管路104。而且，於U字型管路104以歧管部側具有之一鉛直管路104a之水位L1相較另一鉛直管路104b之水位L2而到達壓縮機14之入口14a之附近之負壓量以上之大小之位置 的方式填充有水。具體而言，於壓縮機14作動過程中，壓縮機14之入口14a之附近被施加250mmH₂O左右之負壓。因此，為了利用水壓對排水排出管線102進行密封，以鉛直管路104a之水位L1達到較鉛直管路104b之水位L2高出至少250mm之位置的方式，向U字型管路104填充水，而實現壓力平衡。

於燃氣渦輪機設備10之壓縮機14運轉時，壓縮機14之入口14a被施加有250mmH₂O左右之負壓。因此，藉由以鉛直管路104a之水位L1成為較鉛直管路104b之水位L2高出250mm之位置的方式向U字型管路104填充水，即便閥106始終開放，亦可利用雙方之鉛直管路104a、104b之壓力平衡對排水排出管線102進行密封。

如此，於本實施形態中，由於設有排水排出管線102及水封部104，若歧管部12d積存有排水，由於排水排出管線102之閥106始終開放，因此排水會流入排水排出管線102。於是，U字型管路104之雙方之鉛直管路104a、104b之壓力平衡被破壞，排水自歧管部12d側之鉛直管路104a朝向另一鉛直管路104b移動，而被排出至歧管部12d之系統外。

即，藉由設置連接於歧管部12d之底面12d1側之排水排出管線102，於冷卻盤管26產生之排水飛散而到達歧管部12d之情形時，可經常將該排水排出至歧管部12d之系統外。因此，可防止歧管部12d內積存之排水向壓縮機14之滲入，故而可抑制因排水所致之壓縮機14之破損或故障。

尤其，歧管部12d之底面側12d1為了使吸氣整流後均勻地導入壓縮機14，而較壓縮機14之入口14a更朝下方凸出，從而於歧管部12d之內部規定出位於壓縮機14之入口14a之正下方的空間部12d2。歧管部12d之空間部12d2成為排水積存處，排水容易積存。因此，於本實施形態中，藉由設有連接於歧管部12d之底面12d1側之排水排出管線 102，而成為能夠一直去除排水之構成，因此可防範因排水向壓縮機14滲入所致之壓縮機14之故障等於未然。

又，考慮到冷卻盤管26關閉後，未經冷卻盤管26冷卻之吸氣於完全冷卻之吸氣管12(12a、12b、12c)之內壁面冷凝而產生排水。因此，於吸氣管12之內壁面產生之排水經過吸氣管12而到達位於壓縮機14之入口14a之下側的歧管部12d之部分，因此需要將該排水排出至吸氣管12之系統外。為了亦排出此種排水，於本實施形態中，係於歧管部12d之底面12d1連接排水排出管線102。

進而，於因冷卻盤管26之破損等而產生漏水之情形時，該漏出之水會到達歧管部12d，故而亦可藉由設置排水排出管線102，而檢測冷卻盤管26之破損等異常產生。即，若產生冷卻盤管26之破損等異常，則漏出之冷媒會流入吸氣管12內而到達歧管部12d，因此水會以通常運轉時不會出現之勢頭流過排水排出管線102。因此，可將排水排出管線102亦用於檢測冷卻盤管26之異常產生。

再者，於本實施形態中，壓縮機14之入口14a被施加有250mmH₂O左右之負壓，因此，以鉛直管路104a之水位L1與鉛直管路104b之水位L2之液面差成為250mm之方式進行水封，但該液面差並不限定於250mm。即，U字型管路104之雙方之水位之液面差可調整為根據壓縮機14之入口14a附近之負壓之大小，適當地調整向U字型管路104填充之水量取得壓力平衡而進行水封。

如此，於本實施形態中，於位於壓縮機14之入口14a之正下方之歧管部12d之底面12d1，連接有可將成為排水積存處之歧管部12d內積存之排水排出的排水排出管線102。又，於排水排出管線102設有成為水封部之U字型管路104，且於壓縮機14之運轉時使設於歧管部12d與U字型管路104之閥106始終開放。因此，可經常去除經過吸氣管12而易於積存於歧管部12d之排水，故而可防範排水向壓縮機14之滲入， 及因排水滲入所致的壓縮機故障等於未然。

再者，如上述般對本發明之一實施形態進行了詳細說明，但本領域技術人員當可容易地理解，根據本發明之新穎事項及效果可實現不脫離實體之多種變化。因此，此種變化例均包含於本發明之範圍。

例如，於說明書或圖式中，至少一次與更廣義或同義之不同用語一併記載之用語，在說明書或圖式之任何部位均可置換為此不同用語。又，燃氣渦輪機設備、燃氣渦輪機之吸氣冷卻系統之構成、動作亦不限定於本發明之一實施形態之說明，而可進行各種變化實施。

10‧‧‧燃氣渦輪機設備

12‧‧‧吸氣管

12a‧‧‧水平管

12b‧‧‧曲管

12c‧‧‧鉛直管

12d‧‧‧歧管部

12d1‧‧‧(歧管部之)底面

14‧‧‧壓縮機

14a‧‧‧(壓縮機之)入口

16‧‧‧燃燒器

18‧‧‧燃氣渦輪機

20‧‧‧發電機

22‧‧‧吸氣入口

24‧‧‧預濾器

26‧‧‧冷卻盤管(冷卻部)

28‧‧‧第1循環路徑

29‧‧‧第1循環路徑

30‧‧‧第1循環泵

32‧‧‧冷凍機

34‧‧‧第2循環路徑

35‧‧‧第2循環路徑

36‧‧‧第2循環泵

38‧‧‧冷卻塔

40‧‧‧消音器

42‧‧‧過濾器

100‧‧‧吸氣冷卻系統

102‧‧‧排水排出管線

104‧‧‧U字型管路(水封部)

106‧‧‧閥

Claims (4)

1. 一種吸氣冷卻系統，其特徵在於其係燃氣渦輪機之吸氣冷卻系統，且包括：吸氣管，其將自吸氣入口獲取之吸氣導入上述燃氣渦輪機之壓縮機；冷卻部，其設於上述吸氣管內，藉由與自外部導入之冷卻介質之熱交換而對上述吸氣進行冷卻；排水排出管線，其連接於較上述壓縮機之入口更位於下方之上述吸氣管之部分，可排出沿上述吸氣管之內周面流動之排水；及水封部，其設於上述排水排出管線，以至少上述壓縮機之上述入口附近之負壓量之大小之水壓對該排水排出管線之一部分進行水封。
2. 如請求項1之吸氣冷卻系統，其中上述吸氣管在上述冷卻部之下游側具有將上述吸氣導入上述壓縮機之歧管部，且上述排水排出管線連接於上述歧管部之底面側，將該歧管部內積存之排水排出。
3. 如請求項2之吸氣冷卻系統，其中上述水封部具備以曲管連接2個鉛直管路之下部而構成之U字型管路，且於上述U字型管路以上述歧管部側具有之一鉛直管路之水位較另一鉛直管路之水位到達上述負壓量以上之大小之位置的方式填充有水。
4. 如請求項3之吸氣冷卻系統，其中於上述排水排出管線在上述歧管部之底面側與上述U字型管路之間設有可開閉該排水排出管線之閥，且上述閥於上述壓縮機之運轉時始終開放。