燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣防冰除濕裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型設(shè)計(jì)一種能夠減小空氣濕度，防止冬季壓氣機(jī)入口及濾芯結(jié)冰，同時不影響燃?xì)廨啓C(jī)本身效率的新型節(jié)能燃機(jī)進(jìn)氣防冰除濕裝置。該裝置包括設(shè)在燃機(jī)TCA冷卻風(fēng)出口處的罩殼、引風(fēng)管路、控制閥、加壓風(fēng)機(jī)和設(shè)在燃機(jī)濾芯進(jìn)口前部機(jī)殼內(nèi)的混合換熱器，高溫空氣經(jīng)過罩殼匯集后通過引風(fēng)管路引出，經(jīng)過加壓風(fēng)機(jī)加壓后高溫空氣進(jìn)入混合換熱器，混合換熱器的出氣進(jìn)入燃機(jī)濾芯。本實(shí)用新型將TCA（透平冷卻空氣）冷卻器冷卻風(fēng)扇排出的熱空氣，通過引出管路引至風(fēng)機(jī)處進(jìn)行增壓，其中控制閥用于控制熱空氣的流量。經(jīng)過風(fēng)機(jī)加壓后的熱空氣被管路輸送至混合換熱器中，熱空氣從換熱管側(cè)面噴嘴噴出，與燃機(jī)進(jìn)氣充分混合后通過濾芯進(jìn)入到壓氣機(jī)內(nèi)部。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型是一種燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣防冰除濕裝置，是針對三菱燃機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的節(jié)能 改造，涉及了燃?xì)廨啓C(jī)、管道系統(tǒng)、除濕防冰和節(jié)能等領(lǐng)域。 燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣防冰除濕裝置

【背景技術(shù)】
[0002] M701F機(jī)組是東方汽輪機(jī)有限公司和日本三菱公司合作生產(chǎn)的一款9F級重型燃 機(jī)。截止2012年底，國內(nèi)共有16臺M701F機(jī)組投入運(yùn)行，占中國9F級投運(yùn)機(jī)組的27%。它 與GE、西門子公司的9F燃機(jī)在葉片冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)上有所不同，即M701F采用了 TCA冷卻器。 圖4 M701F葉片冷卻系統(tǒng)示意圖。
[0003] TCA即透平冷卻空氣冷卻器，其構(gòu)造如圖5所示。它通過三組風(fēng)扇鼓風(fēng)將壓氣機(jī)排 氣冷卻到200°C。經(jīng)過TCA冷卻后的冷卻空氣分成兩股，一股經(jīng)第一級輪盤上的徑向孔引至 第一級動葉根部，再流入第一級空心動葉內(nèi)部冷卻通道進(jìn)行冷卻后，從葉頂和葉片出氣邊 小孔排至主燃?xì)饬髦?；另一股空氣?jīng)第一級輪盤上的軸向孔流至第二、三、四級輪盤之間的 空腔，經(jīng)葉根槽底部的徑向孔去冷卻第二、三、四級輪緣及葉根。這樣，使每級葉輪的進(jìn)氣側(cè) 和出氣側(cè)都有冷卻空氣流過，燃?xì)馔钙礁骷壢~輪的表面全部被冷卻空氣所包圍，與燃?xì)馔?全隔開，冷卻效果很好，燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)口初溫在1400°C的情況下，保證了透平能夠長期安全運(yùn) 行。
[0004] 三菱燃?xì)廨啓C(jī)這種獨(dú)特的冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)有效的保護(hù)了燃?xì)廨啓C(jī)透平葉片和主軸 的安全穩(wěn)定工作，但是其TCA冷卻器風(fēng)扇的廢熱并沒有能夠有效利用，并對外造成了一定 的熱污染。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)思想是利用三菱燃機(jī)獨(dú)特的冷卻空氣系統(tǒng)排出的廢熱，設(shè)計(jì)一 種能夠減小空氣濕度，防止冬季壓氣機(jī)入口及濾芯結(jié)冰，同時不影響燃?xì)廨啓C(jī)本身效率的 新型節(jié)能燃機(jī)進(jìn)氣防冰除濕裝置。
[0006] 本實(shí)用新型的目的是通過以下措施實(shí)現(xiàn)的：
[0007] -種燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣防冰除濕裝置，包括設(shè)在燃機(jī)TCA冷卻風(fēng)出口處的罩殼、引風(fēng) 管路、控制閥、加壓風(fēng)機(jī)和設(shè)在燃機(jī)濾芯進(jìn)口前部機(jī)殼內(nèi)的混合換熱器，高溫空氣經(jīng)過罩殼 匯集后通過引風(fēng)管路引出，經(jīng)過加壓風(fēng)機(jī)加壓后高溫空氣進(jìn)入混合換熱器，混合換熱器的 出氣進(jìn)入燃機(jī)濾芯。
[0008] 本實(shí)用新型的進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，所述混合換熱器上、下兩端為聯(lián)箱管，兩聯(lián)箱管之 間排列多根混合換熱管，每個混合換熱管垂直于燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的進(jìn)氣方向布置，同時 每個混合換熱管側(cè)面安裝有若干換熱噴嘴，熱空氣從換熱噴嘴中流出與冷空氣混合，加熱 的空氣進(jìn)入燃機(jī)濾芯。
[0009] 加壓風(fēng)機(jī)的出風(fēng)管分別經(jīng)接口法蘭管與上、下兩端的聯(lián)箱管連通。
[0010] 本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0011] 本實(shí)用新型針對三菱燃機(jī)特有的TCA(轉(zhuǎn)子冷卻空氣冷卻器)系統(tǒng)的余熱利用。TCA 系統(tǒng)是三菱燃機(jī)用于冷卻轉(zhuǎn)子及動葉冷卻空氣的冷卻器。它通過換熱器將壓氣機(jī)排氣熱量 傳遞給天然氣，同時在換熱器下部設(shè)置有三臺冷卻風(fēng)扇。冷卻風(fēng)扇將大量空氣送入換熱器 中，帶走壓氣機(jī)排氣的多余熱量。
[0012] 通過系統(tǒng)分析和熱力計(jì)算，利用TCA排出的熱空氣能夠?qū)⑷紮C(jī)入口氣溫提高4°C 左右，提高了入口空氣相對濕度，防止濾芯和壓氣機(jī)進(jìn)口導(dǎo)葉（IGV)結(jié)冰。該進(jìn)氣防冰除濕 裝置與常規(guī)燃機(jī)廠商配備的進(jìn)氣防冰裝置不同。它布置在進(jìn)氣濾芯的前部，不僅僅能夠防 止IGV結(jié)冰，而且能夠保護(hù)濾芯，防止濾芯結(jié)冰和濕堵現(xiàn)象的發(fā)生。
[0013] 主要有以下幾個特點(diǎn)：
[0014] (1)節(jié)能環(huán)保。在充分利用系統(tǒng)自身能源的同時，減小了燃機(jī)電廠的熱污染。
[0015] (2)安全可靠。本實(shí)用新型熱源采用TCA排放的廢熱，不涉及燃機(jī)本體的能量輸 送，因此不會影響到燃機(jī)自身的運(yùn)行安全。同時，本發(fā)明系統(tǒng)簡單，控制邏輯清晰，運(yùn)行維護(hù) 簡便，可靠性高。
[0016] (3)提高燃機(jī)效率。由于本系統(tǒng)不從燃機(jī)本體抽取熱空氣或者蒸汽作為加熱源，因 此不會影響燃機(jī)效率。同時，進(jìn)氣加熱能夠減小進(jìn)氣系統(tǒng)在雨雪等高濕天氣下的濾網(wǎng)阻力， 減小壓氣機(jī)耗功，從而提高燃?xì)廨啓C(jī)整個系統(tǒng)的效率。
[0017] (4)投資較少。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，主要裝置為引風(fēng)管路及混合換熱器，并且在 有條件的燃機(jī)系統(tǒng)中可以省掉引風(fēng)風(fēng)機(jī)。因此本發(fā)明具有較高的投資回報比。
[0018] 本實(shí)用新型適用于三菱燃機(jī)TCA系統(tǒng)的改造，尤其是在我國北部雨雪天氣較多以 及常年濕度大的地區(qū)。由于本系統(tǒng)不對燃機(jī)本體進(jìn)行作業(yè)，因此不涉及到燃機(jī)本體安全問 題，具有很強(qiáng)的可實(shí)施性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣防冰除濕裝置示意圖；
[0020] 圖2混合換熱器正視圖；
[0021] 圖3換熱管示意圖；
[0022] 圖4 M701F葉片冷卻系統(tǒng)示意圖；
[0023] 圖5 TCA工作原理示意圖。
[0024] 其中，圖1、圖2中：1一燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)，2-燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)，3-混合換熱器， 4一燃機(jī)濾芯，5-加壓風(fēng)機(jī)，6-控制閥，7-引風(fēng)管路，8-TCA冷卻器，9一混合換熱管，10- 換熱噴嘴，11 一聯(lián)箱管，12-接口法蘭管，13-換熱管開孔
[0025] 圖4、圖5中：14一燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)，15-燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室，16-燃?xì)廨啓C(jī)燃?xì)馔?平，17-燃?xì)馔钙届o葉冷卻空氣，18-透平轉(zhuǎn)子冷卻空氣冷卻器（TCA)，19-TCA冷卻風(fēng)扇， 20-空氣冷卻換熱器，21-天然氣加熱換熱器。

【具體實(shí)施方式】
[0026] 目前燃?xì)廨啓C(jī)自帶進(jìn)氣防冰裝置一般布置在進(jìn)氣系統(tǒng)精濾后部，主要用于防止壓 氣機(jī)進(jìn)口導(dǎo)葉進(jìn)氣結(jié)冰，無法解決濾芯結(jié)冰和濕堵的問題，而本實(shí)用新型解決了。本實(shí)用新 型的原理分析如下：
[0027] 如圖1所示，將TCA (透平冷卻空氣）冷卻器8冷卻風(fēng)扇排出的熱空氣，通過引出 管路7引至風(fēng)機(jī)5處進(jìn)行增壓，其中控制閥6用于控制熱空氣的流量。經(jīng)過風(fēng)機(jī)5加壓后 的熱空氣被管路輸送至混合換熱器3中，熱空氣從換熱管側(cè)面噴嘴噴出，與燃機(jī)進(jìn)氣充分 混合后通過濾芯進(jìn)入到壓氣機(jī)內(nèi)部。
[0028] 本實(shí)用新型進(jìn)氣防冰除濕裝置所用混合換熱器3如圖2所示，熱空氣通過上下兩 個聯(lián)箱管11上的接口法蘭管12進(jìn)入換熱器內(nèi)部。聯(lián)箱管之間布置有多根混合換熱管9,熱 空氣從聯(lián)箱管內(nèi)進(jìn)入換熱管中，再通過換熱管兩側(cè)的噴嘴噴出。
[0029] 本實(shí)用新型燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣防冰除濕裝置所用熱源為三菱燃機(jī)TCA冷卻器冷卻風(fēng) 扇所排熱風(fēng)，其相關(guān)參數(shù)如下：
[0030] 單臺風(fēng)機(jī)_14. Im3/s_ 兩臺風(fēng)機(jī)_28. 2m3/s (冬季)_ 三臺風(fēng)機(jī)_39. 5m3/s (夏季)_ 風(fēng)機(jī)出口空氣溫度 |llO°C-130°C (冬季）
[0031] M701F型燃機(jī)額定進(jìn)氣量為一般為684 kg/s，TCA風(fēng)機(jī)在120°C定性溫度下(空氣 密度0.898 kg/m3)的流量為：單臺12.7 kg/s，兩臺風(fēng)機(jī)25.3 kg/s，三臺風(fēng)機(jī)35.5 kg/ s。在此條件下可以根據(jù)熱力學(xué)原理計(jì)算其冬季工況下的最大加熱能力。
[0032] 冬-:- --4.8TL 684kg^
[0033] 上式計(jì)算說明，在冬季工況下，TCA兩臺風(fēng)機(jī)運(yùn)行的風(fēng)量最大能夠?qū)?°C的燃機(jī)進(jìn) 氣加熱到4. 8°C。由于在溫度較低時，空氣的比熱變化較小，因此可以近似認(rèn)為該加熱系統(tǒng) 能夠?qū)⑷細(xì)廨啓C(jī)的進(jìn)氣加熱4. 8°C，從而保證燃機(jī)進(jìn)氣干濕球溫差處于安全范圍以內(nèi)并降 低進(jìn)氣相對濕度，防止進(jìn)氣結(jié)冰及濕堵現(xiàn)象的發(fā)生。
[0034] 實(shí)施例二
[0035] 本例以三菱M701F3機(jī)組為例，其進(jìn)氣防冰除濕裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。本實(shí)用 新型的燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣防冰除濕裝置包括設(shè)在燃機(jī)TCA冷卻風(fēng)出口處的罩殼、引風(fēng)管路7、控 制閥6、加壓風(fēng)機(jī)5和設(shè)在燃機(jī)濾芯進(jìn)口前部機(jī)殼內(nèi)的混合換熱器3,高溫空氣經(jīng)過罩殼匯 集后通過引風(fēng)管路7引出，經(jīng)過加壓風(fēng)機(jī)5加壓后高溫空氣進(jìn)入混合換熱器3,混合換熱器 3的出氣進(jìn)入燃機(jī)濾芯4。
[0036] 混合換熱器上、下兩端為聯(lián)箱管，兩聯(lián)箱管之間排列多根混合換熱管9,每個混合 換熱管9垂直于燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的進(jìn)氣方向布置，同時每個混合換熱管9側(cè)面安裝有若 干換熱噴嘴10,熱空氣從換熱噴嘴10中流出與冷空氣混合，加熱的空氣進(jìn)入燃機(jī)濾芯4。加 壓風(fēng)機(jī)5的出風(fēng)管分別經(jīng)接口法蘭管12與上、下兩端的聯(lián)箱管11連通。
[0037] 工作時，TCA (透平冷卻空氣）冷卻器8冷卻風(fēng)扇排出的熱空氣，通過引出管路7 引至風(fēng)機(jī)5處進(jìn)行增壓，其中控制閥6用于控制熱空氣的流量。經(jīng)過加壓風(fēng)機(jī)5加壓后的 熱空氣被管路輸送至混合換熱器3中。本實(shí)用新型中混合換熱器3布置在燃機(jī)濾芯前部， 能夠有效防止因進(jìn)氣壓損導(dǎo)致的濾芯結(jié)冰現(xiàn)象。
[0038] 熱空氣通過上下兩個聯(lián)箱管11上的接口法蘭管12進(jìn)入換熱器內(nèi)部。聯(lián)箱管之間 布置有多根混合換熱管9。熱空氣從聯(lián)箱管11內(nèi)進(jìn)入換熱管9中，再通過換熱管兩側(cè)的噴 嘴噴出。換熱噴嘴10主要作用是使熱空氣充分混合在燃機(jī)進(jìn)氣中，同時燃機(jī)進(jìn)氣在流過換 熱噴嘴10時產(chǎn)生湍動，強(qiáng)化混合換熱效果。
[0039] 本實(shí)用新型中的引風(fēng)機(jī)5在管路條件較好，引風(fēng)阻力較小的燃機(jī)電廠中可以取 消，進(jìn)一步減小進(jìn)氣防冰除濕系統(tǒng)的工程造價，同時減小日常維護(hù)的工作量。對于引風(fēng)管路 布置復(fù)雜，管線較長的燃機(jī)電廠，可以在使用引風(fēng)機(jī)5的同時采用圖3所示換熱管形式，以 減小整個系統(tǒng)的流動阻力和能耗。
[0040] 本實(shí)用新型是一種節(jié)能可靠的燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣防冰除濕裝置，其具有系統(tǒng)簡單，維 護(hù)方便，投資費(fèi)用省的特點(diǎn)，能夠很好的保障燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的安全穩(wěn)定并減小雨雪、高 濕天氣時燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣濾網(wǎng)壓差，提高燃機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行效率。
【權(quán)利要求】
1. 一種燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣防冰除濕裝置，其特征是：包括設(shè)在燃機(jī)透平冷卻空氣冷卻器冷 卻風(fēng)出口處的罩殼、引風(fēng)管路、控制閥、加壓風(fēng)機(jī)和設(shè)在燃機(jī)濾芯進(jìn)口前部機(jī)殼內(nèi)的混合換 熱器，高溫空氣經(jīng)過罩殼匯集后通過引風(fēng)管路引出，經(jīng)過加壓風(fēng)機(jī)加壓后高溫空氣進(jìn)入混 合換熱器，混合換熱器的出氣進(jìn)入燃機(jī)濾芯。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣防冰除濕裝置，其特征是：所述混合換熱器上、下 兩端為聯(lián)箱管，兩聯(lián)箱管之間排列多根混合換熱管，每個混合換熱管垂直于燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣 系統(tǒng)的進(jìn)氣方向布置，同時每個混合換熱管側(cè)面安裝有若干換熱噴嘴，熱空氣從換熱噴嘴 中流出與冷空氣混合，加熱的空氣進(jìn)入燃機(jī)濾芯。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣防冰除濕裝置，其特征是：加壓風(fēng)機(jī)的出風(fēng) 管分別經(jīng)接口法蘭管與上、下兩端的聯(lián)箱管連通。
【文檔編號】F02C7/047GK203892024SQ201420292722
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年6月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月4日
【發(fā)明者】劉志坦, 郝洪亮, 朱鴻飛, 王文飛, 常連成, 張濤 申請人:國電科學(xué)技術(shù)研究院