[发明专利]冷却空气的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种冷却空气，特别是冷却燃气轮机的燃烧空气的方法和装置。

目前，用燃气轮机发电正日益广泛被采用，因为不仅所有国家都受水资源的限制，还因为原子能电站技术非常昂贵和复杂。

燃气轮机对环境空气温度非常敏感，所供给的供燃烧用的空气温度越高，燃气轮机产生的最大功率越低，其效率也越低，引起所生产的单位KW电能耗油的增加。通常，这一问题出现在夏季，特别是在功率消耗较大的时期。

由于功率随着燃烧用空气的温度变化，ISO国际标准以15℃干泡温度建立燃气轮机功率的标称额定值，以此为参考基准，已经发现，在35℃下运行的燃气轮机功率将下降17％之多。先有技术

这样，为提高燃气轮机的效率，采用了燃烧空气冷却系统，它基本上由下列部分构成：

a)一个带压缩机(往复式，螺杆式或离心式)的公共冷却系统，设置或者不设(水或冰)蓄热系统； 

b)多个吸收装置，用蒸汽或热流体作为获得冷却作用的能源。

在具有蓄热装置的燃烧空气的冷却系统中，用燃气轮机本身的一部分功率，在夜间制冰，将冰存在适当的罐中，在次日的尖峰负荷时将冰用于冷却燃气轮机的燃烧空气，以提高其效率和功率。先有技术缺陷

现有技术的燃烧空气冷却系统的第一个缺点是初期装置成本高。

另一个缺点是，由于消耗燃气轮机本身的功率仅有部分能回收，这类系统的运行成本相当高。由于冷却空气过程中不可避免地会产生水份凝结，这类系统中会产生大量能量损失。冷凝空气所需的能量，在大多数情况下，高于降低空气温度所需的的能量，也就是说所消耗的一半以上的能量毫无效果地消耗掉了。本发明的目的

本发明的目的是借助降低燃气轮机的燃烧空气的温度来提高燃气轮机的效率和功率利用率。发明概要

用一种冷却空气的方法实现上述目的，该方法包括：

a)至少一个用提高空气温度的减湿步骤之后，接着进行冷却；

b)一个用冷却使空气加湿的步骤。

为实施上述方法，还提供了一种装置，它包括：

a)一个空气减湿器；

b)供一第一外部流体进入所述减湿器的进口装置；

c)伴随从减湿器中去除水份，供所述第一外部流体离开该减湿器的出口装置；

d)一由一第二外部流体冷却的空气冷却器，其设置成能接收来自该减湿器的减湿空气；和

e)一个空气饱和装置，其设置成能对来自所述冷却器的空气加湿。

这样，例如35℃温度的燃烧空气被引入减湿器，在第一外部流体作用下，其水份被降低，该第一外部流体包括温度范围为130℃-170℃的燃气轮机(和热回收蒸发器)的排气。这个减湿步骤的结果，使空气温度升高，因而该空气必须在一个冷却器中冷却，在该冷却器中冷却之后，近似达到同样的初始干泡温度。在该冷却器中作用的第二外部流体包括环境空气或水(作为降热源)。经过至少一个湿度降低步骤和随后的冷却之后，空气在通过再循环水的饱和器中再加湿，被冷却至20℃以下的温度。

本发明的优点，除较高的效率外，还在于采用的是通常被废弃的能量。通常由燃气轮机烟囱和/或与燃气轮机相连的回热锅炉排入大气的热排气，在减湿器中被利用。因此该空气冷却过程所需的全部能量(除用于流体的流动外)皆来自排放气流。

本发明的另一个显著的优点是，装置成本低于已有的技术中使用的机械冷却系统。

本发明第三个优点是，由于燃气轮机的效率提高，矿物燃料的消耗减少，这又减小了用燃气轮机进行电能生产对环境产生的影响。目前电能生产是造成环境污染的最重要的原因之一。

为使冷却系统达到较高的效率水平，可以采用两个或多个空气减湿级，并随后进行冷却。在高干泡温度的极端条件下，除上述用具有环境温度的水或空气冷却的热交换器外，还可采用使用冷却过的水的热交换器。本发明的详细描述

以下结合各附图，以举例方式更详细地说明本发明。

图1为按照本发明的一种优选实施例给出的一个与一燃气轮机相连的空气冷却装置示意图，它具有一个减湿步骤，随后进行冷却；

图2为该装置的示意图，它主要示出其中的基本部件；

图3为图1所示装置的示意图，它具有两个减湿步骤，随后进行冷却；

图4为图1所示装置的示意图，其中增加了冷却水热交换器；

图5为图3所示装置的示意图，其中增加了冷却水热交换器；

图6为具有一个减湿步骤的冷却循环图；

图7为具有两个减湿步骤的冷却循环图；

图8为具有三个减湿步骤的冷却循环图；和