專利名稱：用于冷卻燃?xì)鉁u輪進口空氣的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文所公開的主題涉及用于冷卻燃?xì)鉁u輪進口空氣的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
燃?xì)鉁u輪發(fā)動機燃燒燃料與空氣的混合物以驅(qū)動一個或多個渦輪級。應(yīng)了解，燃 氣渦輪發(fā)動機通常將環(huán)境空氣引入到壓縮機內(nèi)，壓縮機壓縮空氣至合適壓力用于在燃燒器 中最佳地燃燒燃料。令人遺憾的是，由于地理位置、季節(jié)等原因，環(huán)境空氣的溫度和濕度可 能顯著不同?？諝庵械臐駳饪赡懿焕谌?xì)鉁u輪發(fā)動機的構(gòu)件。例如，濕氣可增加燃?xì)鉁u 輪壓縮機中的腐蝕和結(jié)冰。此外，環(huán)境空氣的溫度可降低燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的性能。因此，控 制到燃?xì)鉁u輪發(fā)動機內(nèi)的空氣的溫度和濕度可大大地改進燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的性能和壽命。

發(fā)明內(nèi)容
在下文中總結(jié)了在范圍上與原始要求保護的本發(fā)明相應(yīng)的某些實施例。這些實施 例并不預(yù)期限制所要求保護的本發(fā)明的范圍，相反這些實施例預(yù)期僅僅提供本發(fā)明的可能 形式的簡要總結(jié)。實際上，本發(fā)明可涵蓋可類似于或不同于下文所陳述的實施例的多種形 式。在第一實施例中，系統(tǒng)包括渦輪空氣品質(zhì)裝置，其包括液體干燥劑(liquid desiccant)路徑和安置于液體干燥劑路徑中的多孔介質(zhì)，液體干燥劑路徑構(gòu)造成循環(huán)液 體干燥劑通過導(dǎo)向至渦輪進口的氣流，其中多孔介質(zhì)構(gòu)造成傳遞氣流與液體干燥劑直接接 觸。在第二實施例中，系統(tǒng)包括空氣冷卻器，其包括空氣路徑；熱交換器，其構(gòu)造成冷 卻液體干燥劑；和激冷器(chiller)，其構(gòu)造成接收液體干燥劑并且使液體干燥劑流動成 與空氣路徑直接接觸，其中液體干燥劑構(gòu)造成冷卻空氣路徑中的空氣并從空氣移除水分。在第三實施例中，系統(tǒng)包括介質(zhì)激冷器，其包括空氣路徑；液體干燥劑路徑；和安 置于介質(zhì)激冷器中、空氣路徑和液體干燥劑路徑中的多孔介質(zhì)，其中多孔介質(zhì)構(gòu)造成能使 空氣路徑中的空氣與液體干燥劑路徑中的液體干燥劑直接接觸。


當(dāng)參看附圖來閱讀下文的具體描述時，本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點將 會變得更好理解，在所有附圖中，相似附圖標(biāo)記表示相似部件，在附圖中圖1是根據(jù)實施例的帶有空氣冷卻單元的整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)發(fā)電廠的 實施例的示意方塊圖；圖2是根據(jù)實施例的如圖1所示的空氣冷卻單元和燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的方塊圖；圖3是根據(jù)實施例的如圖2所示的空氣冷卻單元的激冷器的圖解；以及圖4是根據(jù)實施例的如圖1所示的空氣冷卻單元的操作的圖示。元件列表
100整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)系統(tǒng)102燃料源104進料制備單元106氣化器108 爐·110氣體清潔單元111 硫112硫處理器113 鹽114水處理單元116氣體處理器117殘余氣體組分118燃?xì)鉁u輪發(fā)動機120燃燒器122空氣分離單元123空氣壓縮機124稀釋氣態(tài)氮氣(DGAN)壓縮機130 渦輪131驅(qū)動軸132壓縮機133空氣冷卻單元134 負(fù)載136蒸汽渦輪發(fā)動機138熱回收蒸汽發(fā)生(HRSG)系統(tǒng)140 負(fù)載142冷凝器143聯(lián)合循環(huán)發(fā)動機144 路徑146介質(zhì)激冷器148 路徑150 介質(zhì)152過濾器154 忙槽156 泵158 管線160旁通閥162 管線164 管線166再生單元
4
168熱交換器
170熱流
172方向箭頭
174熱交換器
176歧管
178噴射單元
180芯部
182接觸器表
184環(huán)境空氣
186導(dǎo)葉通路
188貯槽
190管線
192管線
194冷卻器
196歧管
198噴射單元
199內(nèi)部
200方向線
202分段
204分段
206分段
208管線
210管線
212噴射端口
213進口側(cè)
214匯集區(qū)域
216管線
218方向箭頭
220除霧器
222曲線
224曲線
226曲線
228起點
具體實施例方式
將在下文中描述本發(fā)明的一個或多個具體實施例。為了提供這些實施例的簡潔描 述，在說明書中可能不描述實際實施方式的所有特征。應(yīng)了解，在任何這些實際實施方式的 改進中，如在任何工程或設(shè)計項目中，必須做出多種具體實施方式
的決策來實現(xiàn)開發(fā)者的 具體目的，諸如符合系統(tǒng)相關(guān)和商業(yè)相關(guān)的約束，這些約束在不同實施方式之間可能不同。此外，應(yīng)了解，這些開發(fā)工作可為復(fù)雜且耗時的，但仍是受益于本公開內(nèi)容的本領(lǐng)域技術(shù)人 員設(shè)計、制作和制造的常規(guī)任務(wù)。當(dāng)介紹本發(fā)明的各種實施例的元件時，冠詞“一 ”、“ 一個”、“該，，和“所述，，預(yù)期表
示存在這些元件中的一個或多個。術(shù)語“包括”、“包含”和“具有”預(yù)期是包括性的并且表 示可存在除了所列出元件之外的額外元件。如下文詳細(xì)地討論，所公開的實施例涉及利用液體干燥劑循環(huán)來激冷燃?xì)鉁u輪進 口空氣的系統(tǒng)和方法。特別地，所公開的實施例可采用使用液體干燥劑循環(huán)的直接接觸介 質(zhì)式水分吸收器/激冷器，而不是間接接觸式熱交換器(例如，在盤管內(nèi)隔離的工作流體)、 蒸發(fā)式冷卻器、機械式激冷器、吸收式激冷器和熱能存儲系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有用于激冷液體干 燥劑的至少一個回路以從燃?xì)鉁u輪進口氣流吸收熱和水分，從而導(dǎo)致顯著地低于環(huán)境的干 球溫度和明顯地小于100%的相對濕度的空氣條件。當(dāng)進口空氣透過直接接觸式激冷器時， 發(fā)生熱和質(zhì)量轉(zhuǎn)移過程，該直接接觸式激冷器可安裝于一個或多個渦輪進口空氣過濾器的 下游。激冷液體干燥劑與通過激冷器中的空氣路徑移動的空氣直接接觸。這使得液體干 燥劑從空氣吸收水且變得被水稀釋。此外，激冷液體干燥劑與空氣的直接接觸造成冷卻空 氣并且加熱液體干燥劑的傳熱。干燥劑和水經(jīng)由介質(zhì)(諸如多孔介質(zhì))與空氣分開，并且 干燥劑和水積聚于激冷器的貯槽中。在稀釋的且加熱的液體干燥劑到達貯槽之后，它被泵 送到至少一個冷卻熱交換器以排放所吸收的熱，從而將液體干燥劑的溫度降回到其預(yù)設(shè)水 平以再循環(huán)到進口空氣激冷器。為了維持所希望的干燥劑濃度，系統(tǒng)配備至少一個再生回 路，其接收稀釋的且加熱的液體干燥劑的旁通流動，通過至少一個加熱器升高其溫度，并且 然后使用蒸發(fā)器迫使液體干燥劑釋放所捕獲的水分。再生的液體干燥劑被供給回至激冷器 貯槽。為了節(jié)能，加熱器可使用從燃?xì)鉁u輪排氣或其它可用熱源(諸如渦輪封殼通風(fēng)排放) 回收的熱。圖1是整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)系統(tǒng)100的實施例的圖解，系統(tǒng)100可產(chǎn)生和 燃燒合成氣體，即合成氣。如下文所討論，系統(tǒng)100可采用一個或多個空氣冷卻單元(例 如，133)，其利用具有液體干燥劑循環(huán)的直接接觸介質(zhì)式水分吸收器/激冷器，其中每個空 氣冷卻單元可構(gòu)造成同時降低空氣的溫度和濕度。下文的討論預(yù)期提供所公開的空氣冷卻 單元的可能應(yīng)用情形。IGCC系統(tǒng)100的元件可包括燃料源102，諸如固體進料，其可用作用 于IGCC的能源。燃料源102可包括煤、石油焦炭、生物量、木基材料、農(nóng)業(yè)廢料、焦油、焦?fàn)t 煤氣和浙青或者其它含碳物質(zhì)。燃料源102的固體燃料可傳遞到進料制備單元104。進料制備單元104例如可通 過切碎、銑削、粉碎、磨碎、壓塊或堆積燃料源102而使燃料源102改變大小或改變形狀以生 成進料。此外，水或其它合適液體可在進料制備單元104中添加到燃料源102以形成漿狀 進料。在其它實施例中，不向燃料源添加液體，從而得到干進料。進料可從進料制備單元104傳遞到氣化器106。氣化器106可將進料轉(zhuǎn)變成合成 氣，例如一氧化碳與氫氣的組合。取決于所用的氣化器106的類型，這種轉(zhuǎn)化可通過使進料 經(jīng)受高壓(例如，大約20巴至85巴)和高溫(例如大約700攝氏度至1600攝氏度)的受 控量的蒸汽和氧氣而實現(xiàn)。氣化過程可包括使進料經(jīng)歷熱解過程，由此進料被加熱。取決于 用于生成進料的燃料源102，在熱解過程期間，在氣化器106內(nèi)的溫度的范圍可為大約150
6攝氏度至700攝氏度。在熱解過程期間對進料的加熱可生成固體(例如，木炭)和殘余氣 體(例如，一氧化碳、氫氣和氮氣)。從熱解過程來自進料的剩余木炭可僅在重量方面高達 原始進料重量的大約30%。然后燃燒過程可在氣化器106中發(fā)生。燃燒可包括將氧氣引入到木炭和殘余氣 體。木炭和殘余氣體可與氧氣反應(yīng)以形成二氧化碳和一氧化碳，這向隨后的氣化反應(yīng)提供 熱。燃燒過程期間的溫度的范圍可為大約700攝氏度至1600攝氏度。之后，可在氣化步驟 期間，將蒸汽引入到氣化器106內(nèi)。木炭可與二氧化碳和蒸汽反應(yīng)以在范圍為大約800攝 氏度至1100攝氏度的溫度下產(chǎn)生一氧化碳和氫氣。實質(zhì)上，氣化器利用蒸汽和氧氣以允許 某些進料“燃燒”以產(chǎn)生一氧化碳并釋放能量，其驅(qū)動將另外的進料轉(zhuǎn)變成氫氣和額外二氧 化碳的第二反應(yīng)。這樣，生成氣體由氣化器106制造。這種生成氣體可包括大約85%的等比例的一 氧化碳和氫氣，以及CH4、HCl、HF、COS、NH3> HCN和H2S (基于進料的硫含量)。這種生成氣 體可被稱作臟合成氣，這是因為它包含例如H2S。氣化器106也可生成廢料，諸如爐渣108， 其可為濕灰材料。這種爐渣108可從氣化器106移除并且例如作為路基或另外的建筑材料 而處置。為了清潔臟合成氣，可利用氣體清潔單元110。氣體清潔單元110可凈化臟合成氣 以從臟合成氣移除HCl、HF、COS、HCN和H2S,該臟合成氣可包括例如通過硫處理器112中的 酸氣移除過程而在硫處理器112中分離硫111。而且，氣體清潔單元110可經(jīng)由水處理單元 114從臟合成氣體分離鹽113，水處理單元114可利用水凈化技術(shù)來從臟合成氣生成可用鹽 113。隨后，來自氣體清潔單元110的氣體可包括清潔合成氣(例如，硫111已從合成氣移 除)，其帶有痕量的其它化學(xué)品，例如NH3(氨)和CH4 (甲烷)。氣體處理器116可用于從清潔合成氣移除殘余氣體組分117，諸如氨和甲烷，以及 甲醇或任何殘余化學(xué)品。但是，從清潔合成氣移除殘余氣體組分117是可選的，這是因為清 潔合成氣可用作燃料，甚至在包含殘余氣體組分117(例如，尾氣)時。在這點，清潔合成氣 可包括大約3%的C0，大約55%的H2,以及大約40%的CO2,并且顯著地剝離H2S。這種清潔 合成氣可作為可燃的燃料傳輸至燃?xì)鉁u輪發(fā)動機118的燃燒器120，例如燃燒室?；蛘?，CO2 可在傳輸?shù)饺細(xì)鉁u輪發(fā)動機之前從清潔合成氣移除。IGCC系統(tǒng)100還包括空氣分離單元(ASU) 122。ASU 122可操作以例如通過蒸餾技 術(shù)將空氣分成組分氣體。ASU 122可從空氣分離氧氣，該空氣從補充空氣壓縮機123供應(yīng)到 ASU 122，并且ASU 122可將分離的氧氣轉(zhuǎn)移至氣化器106。此外，ASU 122可將分離的氮氣 傳輸?shù)较♂尩獨?DGAN)壓縮機124。DGAN壓縮機124可將從ASU 122接收的氮氣至少壓縮到等于燃燒器120中壓力的 壓力水平，以便不干擾合成氣的適當(dāng)燃燒。因此，一旦DGAN壓縮機124將氮氣充分地壓縮 到適當(dāng)水平，DGAN壓縮機124可將壓縮氮氣傳輸?shù)饺細(xì)鉁u輪發(fā)動機118的燃燒器120。氮 氣可用作稀釋劑以例如便于控制排放。如先前所述，壓縮氮氣可從DGAN壓縮機124傳輸至燃?xì)鉁u輪發(fā)動機118的燃燒器 120。燃?xì)鉁u輪發(fā)動機118可包括渦輪130、驅(qū)動軸131和壓縮機132，以及燃燒器120。燃 燒器120可接收燃料，諸如合成氣，其可在壓力下從燃料噴嘴噴射。這些燃料可與壓縮空氣 以及來自DGAN壓縮機124的壓縮氮氣混合，并且在燃燒器120內(nèi)燃燒。這種燃燒可形成熱 加壓排氣。
燃燒器120可將排氣引向渦輪130的排氣出口。由于來自燃燒器120的排氣通過 渦輪130，排氣迫使渦輪130中的渦輪葉片使驅(qū)動軸131沿著燃?xì)鉁u輪發(fā)動機118的軸線旋 轉(zhuǎn)。如圖所示，驅(qū)動軸131連接到燃?xì)鉁u輪發(fā)動機118的各種構(gòu)件，包括壓縮機132。驅(qū)動軸131可將渦輪130連接到壓縮機132以形成轉(zhuǎn)子。壓縮機132可包括聯(lián)接 到驅(qū)動軸131的葉片。因此，渦輪130中的渦輪葉片的旋轉(zhuǎn)可使將渦輪130連接到壓縮機 132的驅(qū)動軸131旋轉(zhuǎn)壓縮機132內(nèi)的葉片。壓縮機132中的葉片的這種旋轉(zhuǎn)使壓縮機132 壓縮經(jīng)由壓縮機132中的空氣進口接收的空氣。經(jīng)由壓縮機132的空氣進口接收的壓縮空 氣可從空氣冷卻單元133 (例如，空氣冷卻器)接收。然后冷卻空氣可由壓縮機132壓縮， 并且壓縮空氣可供給到燃燒器120且與燃料和壓縮氮氣混合以允許更高效率燃燒。驅(qū)動軸 131也可連接到負(fù)載134，其可為固定負(fù)載，諸如例如在電廠中用于發(fā)電的發(fā)電機。實際上， 負(fù)載134可為由燃?xì)鉁u輪發(fā)動機118的旋轉(zhuǎn)輸出提供功率的任何合適裝置。如下文詳細(xì)地討論，空氣冷卻單元133的實施例(即，渦輪空氣品質(zhì)單元)包括帶 有液體干燥劑循環(huán)的直接接觸介質(zhì)式水分吸收器/激冷器，其中空氣冷卻單元133構(gòu)造成 同時降低空氣的溫度和濕度。空氣的降低的溫度和降低的濕度可改進燃?xì)鉁u輪發(fā)動機118 的性能和壽命。例如，降低的溫度可增加燃?xì)鉁u輪發(fā)動機118的軸功率輸出，并且降低的濕 度可減輕發(fā)動機118的構(gòu)件由于空氣中的水分而腐蝕的趨勢。使用帶有液體干燥劑循環(huán)的 直接接觸介質(zhì)式水分吸收器/激冷器的空氣冷卻單元133在低濕度氣候和高濕度氣候下良 好地冷卻，而不是類似于蒸發(fā)式冷卻器地限于低濕度氣候。作為另一實例，使用帶有液體干 燥劑循環(huán)的直接接觸介質(zhì)式水分吸收器/激冷器的空氣冷卻單元133的實施例利用簡單介 質(zhì)和與液體干燥劑的直接接觸而良好地冷卻，而不是在可較為昂貴且占據(jù)大量空間的熱交 換器的較大盤管中隔離冷卻劑。IGCC系統(tǒng)100還可包括蒸汽渦輪發(fā)動機136和熱回收蒸汽發(fā)生(HRSG)系統(tǒng)138。 蒸汽渦輪發(fā)動機136可驅(qū)動第二負(fù)載140。第二負(fù)載140也可為用于發(fā)電的發(fā)電機。然而， 第一負(fù)載134和第二負(fù)載140都可為能由燃?xì)鉁u輪發(fā)動機118和蒸汽渦輪發(fā)動機136驅(qū)動 的其它類型的負(fù)載。此外，盡管燃?xì)鉁u輪發(fā)動機118和蒸汽渦輪發(fā)動機136可驅(qū)動單獨的 負(fù)載134和140，但是如圖示實施例所示，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機118和蒸汽渦輪發(fā)動機136也可 串聯(lián)地用于經(jīng)由單個軸驅(qū)動單個負(fù)載。蒸汽渦輪發(fā)動機136以及燃?xì)鉁u輪發(fā)動機118的具 體構(gòu)造可視具體實施方式
而定并且可包括分段的任何組合。系統(tǒng)100還可包括HRSG 138。來自燃?xì)鉁u輪發(fā)動機118的熱排氣可輸送到HRSG 138內(nèi)并且用于加熱水和產(chǎn)生用于向蒸汽渦輪發(fā)動機136提供功率的蒸汽。例如來自蒸汽 渦輪發(fā)動機136的低壓分段的排氣可被導(dǎo)向至冷凝器142內(nèi)。冷凝器142可利用冷卻塔128 來用激冷水交換熱水。冷卻塔128用于向冷凝器142提供冷水以輔助使從蒸汽渦輪發(fā)動機 136傳輸至冷凝器142的蒸汽冷凝。而來自冷凝器142的冷凝液可被導(dǎo)向至HRSG 138內(nèi)。 同樣，來自燃?xì)鉁u輪發(fā)動機118的排氣也可被導(dǎo)向至HRSG 138內(nèi)以加熱來自冷凝器142的 水并產(chǎn)生蒸汽。在諸如IGCC系統(tǒng)100的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)中，熱排氣可從燃?xì)鉁u輪發(fā)動機118流動且 傳遞到HRSG 138，其中，該熱排氣可用于生成高壓高溫蒸汽。然后由HRSG 138產(chǎn)生的蒸汽 可通過蒸汽渦輪發(fā)動機136用于產(chǎn)生功率。此外，所產(chǎn)生的蒸汽也可被供應(yīng)到可使用蒸汽 的任何其它過程，諸如供應(yīng)到氣化器106。燃?xì)鉁u輪發(fā)動機118發(fā)生循環(huán)常常被稱作“頂循環(huán)”，而蒸汽渦輪發(fā)動機136發(fā)生循環(huán)常常被稱作“底循環(huán)”。這些發(fā)動機的組合可為聯(lián)合循 環(huán)發(fā)動機143。通過聯(lián)合如圖1所示的這兩個循環(huán)，IGCC系統(tǒng)100可導(dǎo)致兩個循環(huán)中更大 的效率。特別地，來自頂循環(huán)的排氣熱可被捕獲并用于生成在底循環(huán)中使用的蒸汽。來自 燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的排氣也可結(jié)合空氣冷卻單元133使用，如下文所討論。圖2是燃?xì)鉁u輪發(fā)動機118和空氣冷卻單元133的實施例的示意圖。雖然僅簡單 循環(huán)燃?xì)鉁u輪發(fā)動機118在圖2中示出和在下文描述，但是應(yīng)當(dāng)指出的是，空氣冷卻單元 133可與結(jié)合IGCC系統(tǒng)100或者獨立于IGCC系統(tǒng)100的簡單循環(huán)發(fā)動機一起使用。同樣， 空氣冷卻單元133可應(yīng)用于在IGCC系統(tǒng)100中或獨立于IGCC系統(tǒng)100的簡單循環(huán)發(fā)動機 或者聯(lián)合循環(huán)發(fā)動機143。實際上，如下文所陳述的空氣冷卻單元133的應(yīng)用可大體上應(yīng)用 于任何渦輪系統(tǒng)。如先前所討論，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機18包括燃燒器120、渦輪130和沿著燃?xì)鉁u輪發(fā)動 機118的軸線的驅(qū)動軸131、負(fù)載134和壓縮機132。壓縮機132從空氣冷卻單元133沿著 路徑144接收激冷空氣。這種空氣的冷卻可經(jīng)由在下文中關(guān)于空氣冷卻單元133描述的激 冷和除濕過程來實現(xiàn)。如上文所述，空氣冷卻單元133可操作以冷卻用于傳輸?shù)綁嚎s機132的空氣?？?氣冷卻單元133可通過沿著路徑144傳遞空氣通過介質(zhì)激冷器146而實現(xiàn)這個冷卻過程。 介質(zhì)激冷器146可為熱交換器，其從沿著路徑144傳遞以引入到壓縮機132的空氣移除熱。 在圖示實施例中，介質(zhì)激冷器146允許液體干燥劑沿著一個或多個路徑148通過介質(zhì)150 和/或沿著介質(zhì)150的表面流動，從而能使空氣沿著路徑144流動以直接接觸介質(zhì)150和 液體干燥劑。此外，在某些實施例中，介質(zhì)激冷器146可將液體干燥劑中的某些噴霧到介質(zhì) 150的表面上，而液體干燥劑中的某些或大部分被直接發(fā)送至介質(zhì)150內(nèi)或沿著介質(zhì)150 的表面。然而，某些實施例可排除將液體干燥劑噴霧到氣流內(nèi)，且相反可包括使液體干燥劑 直接流動(或噴射)到介質(zhì)150內(nèi)和沿著介質(zhì)150以減小液體干燥劑隨著氣流被帶走的可 能性。在任一情況下，液體干燥劑并不與管內(nèi)環(huán)境(例如，氣流)或類似環(huán)境隔離，而是介 質(zhì)150使得氣流能沿著介質(zhì)150的外表面或多孔內(nèi)部在空氣與液體干燥劑之間形成直接接 觸。在所公開的實施例中，液體干燥劑響應(yīng)于空氣與液體干燥劑之間的直接接觸而從 空氣吸收水分和熱。因此，由于水含量，液體干燥劑可描述為液體干燥劑溶液。例如，液體 干燥劑溶液可為吸濕溶液(即，通過吸收或吸附從周圍環(huán)境吸引水分子的物質(zhì))，諸如水和 氯化鋰(H20/LiCl)、水和溴化鋰(H20/LiBr)以及水和甲酸鉀(H20/CHK02)。也就是說，由于 液體干燥劑(或者液體干燥劑溶液)直接接觸沿著路徑144流動的空氣，故液體干燥劑從 空氣移除水(即，降低濕度)以相對于液體干燥劑增加水含量。如本文所討論，術(shù)語液體干 燥劑和液體干燥劑溶液可互換地使用，這是因為由于水分由液體干燥劑收集且隨后從液體 干燥劑移除，水含量相對于液體干燥劑含量可不斷改變。介質(zhì)150可例如為接觸空氣/干燥劑溶液的多孔波紋或脊?fàn)钏芰?。在其它實施?中，石墨和/或金屬化合物可用于形成介質(zhì)150。介質(zhì)150可被結(jié)構(gòu)化，諸如以橫流模式，或 者它可不被結(jié)構(gòu)化。無論介質(zhì)150結(jié)構(gòu)如何，介質(zhì)150提供用于空氣與液體干燥劑溶液之 間的直接接觸的區(qū)域。這個區(qū)域可被稱作空氣/液體干燥劑溶液的直接相互作用區(qū)。在這 個直接相互作用區(qū)，空氣中的水分可冷凝在介質(zhì)150上并且然后收集到液體干燥劑溶液內(nèi)和/或空氣中的水分可直接收集到液體干燥劑溶液內(nèi)。因此，沿著一個或多個路徑148流 動的液體干燥劑溶液可捕獲空氣中水分的至少某些部分，同時仍允許空氣(減去收集的水 分)繼續(xù)沿著路徑144流動到壓縮機132內(nèi)。在某些實施例中，直接相互作用區(qū)可減小空 氣濕度至少大約 5%，10%，15%，20%，30%，40%，50%，60%，70%，80%或 90%，同時造 成液體干燥劑溶液中的水含量增加。以此方式，水分(例如，水或濕氣)至少顯著地從通過 介質(zhì)150的空氣剝離(S卩，分離)。而且，如下文進一步討論，空氣可顯著地由液體干燥劑溶 液冷卻。例如，液體干燥劑溶液可被冷卻至低于空氣的溫度，從而允許從空氣向液體干燥劑 溶液傳熱。應(yīng)當(dāng)指出的是，介質(zhì)150可與污濁的空氣或過濾的空氣一起操作。因此，過濾器 152可在介質(zhì)150上游利用以在空氣與介質(zhì)150中和/或介質(zhì)150上的液體干燥劑溶液直 接接觸之前移除空氣攜帶的雜質(zhì)?；蛘?，過濾器152可從空氣冷卻單元133移除。而且，過 濾器152可與介質(zhì)激冷器146成整體或分開。如上文所述，液體干燥劑溶液沿著路徑148流動，而空氣沿著路徑144流動。在從 空氣收集水分之后，液體干燥劑溶液(具有增加的水含量)可收集在介質(zhì)激冷器146的貯 槽154或底部中。液體干燥劑溶液可由泵156經(jīng)由管線158從貯槽154移除。泵156可經(jīng) 由管線162將液體干燥劑溶液傳輸至旁通閥160。旁通閥160可例如調(diào)節(jié)液體干燥劑的再 生以及控制液體干燥劑向介質(zhì)激冷器146的供應(yīng)。因此，旁通閥可將管線162中的小部分， 例如大約5%，6%，7%，8%，9%或10%的液體干燥劑溶液導(dǎo)送至管線164用于傳輸至再生 單元166。再生單元166可為與介質(zhì)激冷器146分開的單獨單元。再生單元166可例如從液 體干燥劑溶液自動移除水以維持干燥劑在適當(dāng)濃度。也就是說，再生單元166可操作以從 液體干燥劑溶液移除水從而生成用于介質(zhì)激冷器146中的濃縮的液體干燥劑。在再生單元 166中，液體干燥劑溶液循環(huán)通過熱交換器168。熱交換器168利用熱流170加熱液體干燥 劑溶液，使得它的水蒸汽壓力顯著地高于外部空氣184的水蒸汽壓力。熱流170可例如從渦 輪130的排氣接收，或者再生單元166可采用其它熱源，諸如鍋爐水、電加熱器等。在一個 實施例中，液體干燥劑溶液可流過熱交換器168的管件和/或盤管，如方向箭頭172所示。 熱流170可接觸熱交換器168中的管件，并且因此可通過加熱管件而間接地加熱其中的液 體干燥劑溶液?；蛘?，熱流170可直接接觸熱交換器168中的液體干燥劑溶液以允許發(fā)生 直接熱交換。無論熱交換器168中熱交換方法如何，熱給予至熱交換器168中的液體干燥 劑溶液。給予至熱交換器168中液體干燥劑溶液的熱便于升高液體干燥劑溶液中水的部分 蒸汽壓力。實際上，熱液體干燥劑溶液與外部(環(huán)境)空氣184之間的水蒸汽壓差是水分 移除的驅(qū)動，如將在下文所討論。再生單元166將流體從熱交換器168傳遞到第二熱交換器174 (例如，液體干燥劑 冷卻器)，其構(gòu)造成冷卻流體。圖示的熱交換器174可包括歧管176以將流體均勻地分配 至一個或多個噴射單元178，其構(gòu)造成將流體分散到芯部180內(nèi)，芯部180可包括填充床接 觸器表面182。如上文所指出，熱交換器熱168利用熱流170將熱給予至液體干燥劑溶液， 使得液體干燥劑溶液中的水的水蒸汽壓力顯著地高于外部空氣184的水蒸汽壓力。外部空 氣184通過填充床接觸器表面182，并且水從干燥劑溶液蒸發(fā)到外部空氣184內(nèi)，從而濃縮 該溶液。來自再生單元166的熱濕潤空氣隨著外部空氣184排放，并且現(xiàn)在冷卻且濃縮的
10液體干燥劑可沿著方向線186通過芯部180流動到熱交換器174的貯槽188內(nèi)。因此，貯 槽188可為用于再生液體干燥劑的收集位置。該液體干燥劑然后可經(jīng)由管線190傳輸至介 質(zhì)激冷器146的貯槽154。在貯槽154中，液體干燥劑可與液體干燥劑溶液混合以增加貯 槽154中液體干燥劑與水的總比例。應(yīng)當(dāng)額外地指出的是，可控制再生單元166的水移除 容量以匹配壓縮機132的進口的水分負(fù)載。這可通過調(diào)節(jié)到熱交換器168的熱流170以維 持恒定的干燥劑溶液濃度來實現(xiàn)。如先前所述，液體干燥劑溶液可經(jīng)由泵156、經(jīng)由管線158從貯槽154移除。泵156 可經(jīng)由管線162將液體干燥劑溶液傳輸至旁通閥160。旁通閥160可控制液體干燥劑到介 質(zhì)激冷器146的供應(yīng)。因此，旁通閥160可沿著管線192經(jīng)由冷卻器194將液體干燥劑溶 液導(dǎo)送至介質(zhì)激冷器146。冷卻器194可為冷卻式熱交換器，其操作以減少液體干燥劑溶液的熱。以此方式， 傳輸?shù)浇橘|(zhì)激冷器146的液體干燥劑溶液可在溫度方面低于沿著路徑144傳遞的進入空 氣。因此，由于從通過介質(zhì)激冷器146傳遞的空氣移除水分，空氣向激冷液體干燥劑溶液的 直接暴露可作為直接熱交換，以降低沿著路徑144通過介質(zhì)激冷器146傳遞的空氣的總溫 度。接觸沿著路徑144流過介質(zhì)激冷器146的空氣的液體干燥劑溶液可經(jīng)由歧管196與空 氣接觸，歧管196可操作以將液體干燥劑溶液均勻地分配至介質(zhì)激冷器146的一個或多個 噴射單元198。此外，安置于介質(zhì)150頂部上的歧管196可經(jīng)由噴射單元將液體干燥劑溶 液導(dǎo)送至介質(zhì)150的內(nèi)部199。也就是說，噴射單元198可將液體干燥劑溶液分散(例如， 噴霧)至介質(zhì)激冷器146內(nèi)(例如，至介質(zhì)激冷器的內(nèi)部內(nèi))，使得它可直接接觸沿著路徑 144流動的空氣以直接冷卻空氣和從空氣移除水分，如上文所述。以此方式，激冷和除濕的 空氣可傳遞到壓縮機132，從而造成燃?xì)鉁u輪發(fā)動機118的更大軸功率輸出以及減少燃?xì)?渦輪發(fā)動機118的構(gòu)件經(jīng)受經(jīng)由水蒸汽造成的腐蝕。圖3是介質(zhì)激冷器146的實施例的圖解。如先前所述，介質(zhì)激冷器146可操作以冷 卻用于壓縮機138的空氣并對該空氣進行除濕。如圖所示，溫?zé)峥諝饪裳刂较蚓€200流 入到介質(zhì)激冷器146內(nèi)。在圖示的實施例中，空氣流動到介質(zhì)激冷器146的三個分段202、 204和206中的每個內(nèi)。雖然圖示了三個分段，但是應(yīng)當(dāng)指出的是，一個或多個分段可構(gòu)成 整個介質(zhì)激冷器146。每個分段202、204和206包括歧管196，歧管196可操作以將富含干 燥劑的溶液均勻地分配到介質(zhì)激冷器146的一個或多個噴射單元198。噴射單元196可將 富含干燥劑的溶液分散(例如，噴霧或噴射)到介質(zhì)激冷器146內(nèi)，使得它可直接接觸沿著 方向線200流動的空氣以直接冷卻空氣和從空氣移除水分。歧管196可經(jīng)由管線208供應(yīng) 有干燥劑，管線208可例如為連接到圖2的冷卻器194的管道。此外，第二管線210可用于 將富含干燥劑的溶液供應(yīng)至介質(zhì)激冷器146內(nèi)。第二管線210也可例如為連接到圖2的冷卻器194的管道。但是，管線210并不 終止于歧管196。相反，管線210可包括噴射端口 212，噴射端口 212可將富含干燥劑溶液 的薄霧直接噴霧(或噴射)到介質(zhì)激冷器146內(nèi)以接觸沿著方向線200通過介質(zhì)激冷器的 空氣。也就是說，噴射端口 212可將液體干燥劑噴霧到朝向介質(zhì)150的進口側(cè)213的氣流 內(nèi)。應(yīng)當(dāng)指出的是，管線208和210可彼此結(jié)合利用以提供富含干燥劑的溶液向介質(zhì)激冷 器146中的空氣的更均勻地分配?；蛘撸我还芫€208或210可單個地用于例如降低介質(zhì) 激冷器146的總成本。
液體干燥劑接觸沿著方向箭頭200流動的空氣中的水分，液體干燥劑從空氣收集 水并在介質(zhì)150中將它帶走。如先前指出，介質(zhì)150提供接觸區(qū)域以允許空氣與液體干燥 劑溶液之間的直接接觸，同時也提供流動路徑以在冷卻空氣和降低空氣濕度之后帶走液體 干燥劑溶液。應(yīng)了解，液體干燥劑可相對于空氣顯著地冷，例如比空氣更冷10華氏度，20華 氏度，30華氏度，40華氏度或50華氏度。因此，溫差可造成空氣中的濕氣冷凝在介質(zhì)150 上，其中液體干燥劑可收集冷凝的水并將它帶走。但是，溫差也可造成空氣中的濕氣直接冷 凝或收集在液體干燥劑上，例如，在介質(zhì)150中液體干燥劑噴霧液滴和/或液體干燥劑流。 無論如何，經(jīng)由直接的空氣/液體干燥劑接觸，液體干燥劑冷卻氣流，同時也從氣流移除水 分。而液體干燥劑溶液(具有收集的水分)流過介質(zhì)150遠(yuǎn)離氣流，同時氣流繼續(xù)遠(yuǎn)離介質(zhì) 150。以此方式，液體干燥劑溶液顯著地剝離通過介質(zhì)150的空氣的濕氣(例如，水含量)。 干燥劑溶液可收集在匯集區(qū)域214中以經(jīng)由管線216移除到介質(zhì)激冷器146的貯槽154內(nèi)。 從這里，富含水的干燥劑溶液可經(jīng)由管線158從介質(zhì)激冷器146移除用于再循環(huán)/再生，如 先前所述。由于與先前激冷的干燥劑溶液直接接觸而現(xiàn)在減少水含量以及激冷的空氣沿著 方向箭頭218遠(yuǎn)離介質(zhì)150傳遞。在這點，沿著方向箭頭218流動的空氣可遇到介質(zhì)150 下游的除霧器220。除霧器220可用于在傳輸?shù)綁嚎s機132之前從沿著方向箭頭218傳遞 的空氣移除任何過量的蒸汽/噴霧(例如，流體)。例如，除霧器220可從噴射端口 212收 集任何殘余的液體干燥劑噴霧。除霧器220可例如為過濾器，其限制水分傳遞而允許空氣 傳遞。而且，應(yīng)當(dāng)指出的是，基于空氣速度和液體干燥劑和介質(zhì)150從通過介質(zhì)激冷器146 的空氣移除水的能力，除霧器220可以可選地從介質(zhì)激冷器146移除。圖4是利用上文所述的空氣冷卻器133的效果的圖示。特別地，圖4圖示了所公 開的空氣冷卻器133與替代冷卻技術(shù)之間的比較，從而示出歸因于空氣冷卻器133的改進 性能。特別地，曲線222代表蒸發(fā)式冷卻技術(shù)，曲線224代表激冷技術(shù)，并且曲線226代表 根據(jù)所公開的空氣冷卻器133的某些實施例的除濕和激冷技術(shù)。這些曲線222、224和226 中的每個始于大約100華氏度、大約20%相對濕度和大約0. 008比濕度的共同起點228。如 圖所示，這些曲線222、224和226在溫度和濕度方面可從共同起點228顯著變化。例如，蒸 發(fā)式冷卻曲線222展示空氣溫度降至大約75華氏度，但也展示相對濕度至超過60 %和比濕 度至大約0. 015的顯著增加。這些增加的濕度水平可造成壓縮機132進入口結(jié)冰，并且該 濕度水平可導(dǎo)致燃?xì)鉁u輪發(fā)動機118的構(gòu)件的腐蝕。激冷曲線224展示了空氣溫度降低至 大約50華氏度，而相對濕度顯著地增加至大約90%。盡管激冷曲線224指示大體上恒定的 比濕度直到大約60華氏度，但是在大約50華氏度處比濕度降低至大約0. 007。相反，通過與激冷干燥劑和介質(zhì)150的直接接觸的組合使用，如上文所討論，通過 空氣冷卻單元133的空氣可經(jīng)歷除濕和冷卻過程，如曲線226所示。上文關(guān)于空氣冷卻單 元133描述的技術(shù)可導(dǎo)致空氣溫度降低至大約小于60華氏度。在將空氣冷卻至此溫度時， 空氣的比濕度可降低至大約0. 0025，而相對濕度可保持在大約30%。因此，通過在介質(zhì)激 冷器146中使用激冷干燥劑和介質(zhì)150，可復(fù)制與空氣激冷器中所經(jīng)歷的溫度降低類似的 溫度降低，但處在更低的濕度水平，從而導(dǎo)致燃?xì)鉁u輪發(fā)動機118的更大的軸功率輸出，以 及燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的構(gòu)件中減輕的由于進口空氣水分造成的腐蝕。本書面描述使用實例來公開本發(fā)明，包括最佳方式，并且也使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能實踐本發(fā)明，包括做出和使用任何裝置或系統(tǒng)和執(zhí)行任何合并的方法。本發(fā)明的專利保 護范圍由權(quán)利要求書限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它實例。如果其它實例具 有與權(quán)利要求書的字面語言并無不同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果其它實例包括與權(quán)利要求書的 字面語言非實質(zhì)差異的等效結(jié)構(gòu)元件，這些其它實例預(yù)期在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種系統(tǒng)，其包括空氣冷卻器(133)，其包括空氣路徑(144)；熱交換器(174)，其構(gòu)造成冷卻液體干燥劑；以及激冷器(194)，其構(gòu)造成接收所述液體干燥劑并且使所述液體干燥劑流動成與所述空氣路徑(144)直接接觸，其中，所述液體干燥劑構(gòu)造成冷卻所述空氣路徑(144)中的空氣和從所述空氣移除水分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括介質(zhì)(150)，其構(gòu)造成使所 述液體干燥劑流過所述空氣路徑(144)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述介質(zhì)(150)包括多孔介質(zhì)，其構(gòu)造成 使所述液體干燥劑與所述空氣路徑(114)中的空氣直接接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括噴霧噴射器(198)，其構(gòu)造 成將所述液體干燥劑噴霧至所述介質(zhì)(150)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括在所述介質(zhì)(150)下游的 所述空氣路徑(144)中的除霧器(220)，其中，所述除霧器(220)構(gòu)造成從所述空氣路徑 (144)中的空氣移除流體。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括液體干燥劑再生器(166)， 其構(gòu)造成從所述液體干燥劑移除水分。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括噴霧噴射器(212)，其構(gòu)造 成將所述液體干燥劑噴霧至所述空氣路徑(144)內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括貯槽(154)和泵(156)，所 述貯槽(154)構(gòu)造成收集所述液體干燥劑，所述泵(156)構(gòu)造成將所述液體干燥劑從所述 貯槽(154)傳遞至所述液體干燥劑冷卻器(194)。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述介質(zhì)(150)包括塑料、石墨或金屬化 合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述液體干燥劑包括氯化鋰、溴化鋰或 甲酸鉀。
全文摘要
一種用于冷卻燃?xì)鉁u輪進口空氣的系統(tǒng)，包括空氣冷卻器(133)。該空氣冷卻器(133)包括空氣路徑(144)；熱交換器(174)，其構(gòu)造成冷卻液體干燥劑；以及激冷器(194)，其構(gòu)造成接收液體干燥劑并且使液體干燥劑流動成與空氣路徑(144)直接接觸。此外，液體干燥劑構(gòu)造成冷卻空氣路徑(144)中的空氣并從空氣移除水分。
文檔編號F02C7/141GK101929388SQ20101021759
公開日2010年12月29日 申請日期2010年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月19日
發(fā)明者B·基佩爾, J·張 申請人:通用電氣公司