用于清潔燃氣渦輪機的進氣的過濾系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明大體涉及過濾，以及尤其涉及一種用于清潔將在燃氣渦輪機中使用的進氣的改進設備和方法。
【背景技術】
[0002]燃氣渦輪機通常需要大量的進氣用于燃料的燃燒。周圍空氣的自然污染導致渦輪機性能相當大的損害。例如，來自空氣的顆粒沉積在燃氣渦輪機的壓縮機葉片上，并且引起不平衡或者影響壓縮機葉片的流動剖面中的變化。空氣中含有的鹽晶或者鹽氣溶膠導致燃氣渦輪機中(尤其渦輪機葉片上)的腐蝕。這些和其它機制導致渦輪機性能和能量效率的嚴重降低。為此，對進氣進行過濾，以移除盡可能多的不希望的污染物。通常，這通過位于過濾器室中的大量的過濾器來完成。過濾器室經由流道連接到燃氣渦輪機，已凈化的空氣通過該流道供給到燃氣渦輪機。
[0003]過濾器附接到至少一個過濾器壁，該過濾器壁在過濾器室內構成與各過濾器壁相關的相對原料氣體區域和相對干凈氣體區域的分隔。過濾器也能夠稱為基質。過濾器壁密封地連接到過濾器室的壁，并且關于其高度和寬度由這些壁限制。過濾器壁具有開口，通過該開口能夠發生原料氣體與干凈氣體側之間的空氣交換。過濾器安裝在這些開口的前部或其中。
[0004]過濾器能夠具有不同的設計。例如，在所有不同實施例中使用濾筒、袋狀過濾器和筒式過濾器。也并不少見的是，若干過濾器壁以串聯連接定位成彼此緊挨著，由此，通常以此方式選擇過濾器的過濾級別和分離效率，使得其從第一過濾器壁增加至最后過濾器壁。定位在入口側上的過濾器壁由此用作對于后續的過濾階段的空氣的預過濾。
[0005]所有現有的過濾系統的共同之處在于，各個過濾器僅安裝在分隔壁的一側上。通常，這是過濾器壁的相應的原料氣體或臟側。通常認為有利的是，在燃氣渦輪機停止時，也從原料氣體側卸掉所裝載的過濾器，使得來自過濾器所喪失的任何污染物均不能滲透至干凈氣體區域。然而，在流動方向上最后過濾階段的過濾器總是安裝在過濾器壁的干凈氣體側。
[0006]燃氣渦輪機也用使用在離岸石油和天然氣生產平臺上。它們用于產生電力以便運行平臺或者分別栗送和壓縮所生產出來的石油和天然氣。由于平臺結構的有限空間和重量限制，與離岸設施相比，過濾器室建造得比平常更小且更緊湊。由于過濾器室的尺寸更小，過濾器壁的尺寸也因此更小，并且通常，明顯較小的過濾器以與陸上相同渦輪機模型通常將采用的方式來安裝。相反，由于總體積流量由燃氣渦輪機確定，所以這意味著采用比在陸上高出許多的體積流量的待過濾空氣來運行過濾器。因此，離岸運行的燃氣渦輪機通常具有每個過濾器接近7000到超過8000 m3/h的體積流量，而陸上運行的燃氣渦輪機通常具有3400到4300 m3/h的體積流量。
[0007]至于離岸運行的燃氣渦輪機，近年來已經趨向于更高值的過濾。尤其，根據EN1822:2009的EPA或HEPA過濾器的使用已經證明是有利的，這是因為對在過濾器使用壽命期間的燃氣渦輪機的能量效率的影響是非常積極的。然而，過濾介質的過濾效率的提高通常也會增加其壓差。因此，新過濾器的壓差尤其是過濾介質和所應用的體積流量的函數。由于限制了過濾器室或者燃氣渦輪機本身的最大壓差，所安裝的預定數量的過濾器導致過濾級別的限制。由于離岸燃氣渦輪機的大體積流量，幾乎僅使用根據EN779:2012的過濾器或等效物。根據EN1822: 2009的更高值的過濾器或者等效物尚未變得普遍，盡管它們對渦輪機效率的積極影響會是所希望的。在基于陸地的燃氣渦輪機的情況下，可以通過擴大過濾器室并由此增加過濾器的數量來減少每個過濾器的體積流量。然而，在離岸設施的情況下，在大多數情況下這是不可能的。安裝空間完全被限制，尤其是相對于現有平臺。例如，離岸平臺上每個甲板的高度是固定的，并且過濾器室不能擴展越過若干甲板。將多個工藝緊密地設在一起，其中管道和電纜導管填充中間大部分空間。因此，增加過濾器室的空間將需要對多個工藝進行完全的重新設計和重新布置，即便并非不可能，但也會是一項較大的任務。
[0008]另一個問題是過濾器的使用壽命。這也是體積流量關于過濾器室內特定等級的總共使用的介質面積的函數。過濾器的較長使用壽命是令人期望的，因為其延長了必須更換過濾器的間隔時間，并且由此增加了燃氣渦輪機的可用性。在過濾器壽命的早期階段，響應于迅速變化的環境條件，過濾器壓差變化不大，但是隨著過濾器壽命的終結，例如濕度的較小變化將導致過濾器壓差的大幅度且迅速的增加，這可能觸發渦輪機的警報器或者行程限制，從而導致整個系統的意外關停。因此，需要在過濾器進入不穩定狀態之前更換過濾器，并且避免意外關停。較長的過濾器壽命不僅減少了過濾器不穩定運行狀況與穩定運行狀況的比值，而且還允許在進入不穩定階段之前更換過濾器。因此，通過增加所使用的過濾介質面積，過濾系統將提供更好的工藝可靠性。
【發明內容】
[0009]本發明的目的在于，增加流道內分隔壁上并行順序的過濾器的數量而無須增大流道或者分隔壁的尺寸或者截面。
[0010]本發明包括一種尤其用于清潔燃氣渦輪機的進氣的過濾系統，其包括:流道，該流道由具有流入開口和流出開口的壁圍繞;具有至少兩個開口的分隔壁，該分隔壁定位在流入開口與流出開口之間并且由流道的壁限定；以及至少兩個過濾器或過濾器元件，其用于清潔流過流體通道的流體，其中，至少一個過濾器安裝在分隔壁的臟側/入口側的第一開口處，并且至少一個過濾器安裝在分隔壁的干凈側/出口側的第二開口處。
[0011]流道具有將流體流(尤其包括例如灰塵、粉末或者鹽霧的細小顆粒的氣體或者氣流)從流入開口引導到流出開口的用途。它具有將流體流與流道外部的環境介質(通常為環境空氣)隔開并且防止與后者混合的壁。待凈化的流體在壓力下通過流入開口進入流道，并且通過流出開口離開流道。流道的流出開口通常連接到被供給流體流的消耗器，尤其燃氣渦輪機。在流道內部，分隔壁相對于流體流定位成大體上橫向的，并且完全流體密封地連接到流道的壁，從而提供流道內的橫向于流體流的方向的分隔平面。通過此類布置，分別通過分隔壁中的開口和附接到該開口的過濾器來引導流體流。由此凈化流體流。由于過濾器減少了流體流中含有的粒子數量，所以分隔壁因此構成了流道的相對臟側與相對干凈側之間的分隔。
[0012]根據本發明的教導，在所述分隔壁處附接有第一種類或者類型的過濾器以便基本上在流道的臟側處延伸，其中每個過濾器組成單一的安裝單元。此外，第二種類或者類型的過濾器附接在所述分隔壁處以便基本上在流道的干凈側處延伸，其中每個過濾器再次組成單一的安裝單元。
[0013]本發明基于如下認識:因為過濾器安裝在過濾器壁的單一側上，所以必須并排放置這些過濾器。因此，過濾器的外部尺寸，尤其其寬度和高度，確定了能夠安裝在具有一定寬度和高度的過濾器壁上的過濾器的最大數量。利用根據本發明的解決方案，不存在這種限制。
[0014]過濾器的安裝能夠如下進行:從臟側/入口側安裝第一過濾器，從流道的干凈側/出口側安裝第二過濾器。可替代地，過濾器的安裝也能夠如下進行:從臟側/入口側安裝第一過濾器，也從流道的臟側/入口側安裝第二過濾器。在此類可替代安裝過程中，只須將第二過濾器從流道的臟側/入口側通過第二開口移動到流道的干凈側/出口側。借助于此解決方案，對于安裝第二過濾器不需要接近或者介入流道的干凈側/出口側。
[0015]優選地，過濾器具有框架，使用該框架將過濾器固定到分隔壁。過濾器的框架是流體密封的并且為過濾器提供機械穩定性。此外，它將過濾介質保持在適當的位置處。流體流通過框架中的開口流入以及流出過濾介質。優選地，過濾器的框架的一部分完全圍繞分隔壁中的開口。優選地，每個過濾器流體密封地附接到分隔壁。優選地，第一過濾器和第二過濾器的框架至少部分地在大體垂直于分隔壁的一個方向上重疊。按照這種方式，兩種過濾器在分隔壁上總共需要較小的空間。因此，分隔壁中開口之間的空間是更小的。優選地，按照這種方式，能夠增加分隔壁中開口的數量，并且由此能夠安裝更多的過濾器。因此，在流體的總體積流量恒定的情況下，減少了每個過濾器的體積流量。每個過濾器的較低體積流量引起過濾器的使用壽命更長且壓差更低。優選地，第一過濾器和第二過濾器的框架在大體垂直于分隔壁的一個方向上重疊的面積占由分隔壁組成的分隔平面中的過濾的總投影面積的至少2%。更優選地，第一過濾器和第二過濾器的框架重疊的面積占分隔平面中的過濾的總投影面積的至少5%、10%、15%，以及最優選的20%。優選地，過濾器布置成至少一排。更優選地，過濾器設置成平行的若干排。優選地，該至少一排的過濾器交替地或者分別地從臟側和從干凈側固定，該至少一排的過濾器交替地基本上延伸到臟側和干凈側。優選地，過濾器元件布置成若干平行的第一排和相對于第一排傾斜的第二排。優選地，平行的第一排的過濾器和相對于第一排傾斜的第二排的過濾器交替地或者分別地從臟側和從干凈側固定，平行的第一排的過濾器和相對于第一排傾斜的第二排的過濾器交替地基本上延伸到臟側和干凈側。優選地，傾斜的第二排設置布置成垂直于第一排。優選地，過濾器具有大體圓形的、橢圓形的、矩形的、正方形的或者多邊形的截面。優選地，過濾器包含有折疊的或者凸出的過濾介質。優選地，過濾器具有根據EN779:2009的過濾級別G、M或F中的一種或者根據EN1822:2012的過濾級別EPA1、HEPA2或者ULPA3中的一種。其中，?ΡΑ”指“有效顆粒空氣過濾器”，“HEPA”指“高效顆粒空氣過濾器”，以及“ULPA”指“超低穿透空氣過濾器”。優選地，流體為氣體、空氣或者液體。優選地，流出開口連接到流體消耗器，該流體消耗器優選為壓縮機、燃氣渦輪機、栗、或者建筑物、汽車或者工藝通風系統。優選地，過濾器中含有的過濾介質在流動方向上具有非對稱結構。優選地，過濾介質包括至少一個膜層。更優選地，過濾介質具有多層結構。
[0016]此外，本發明包括一種尤其用于清潔燃氣渦輪機的進氣的方法，該方法借助于:流道，該流道由具有流入開口和流出開口的壁圍繞;具有至少兩個開口的分隔壁，該分隔壁位于流入開口與流出開口之間并且由流道的壁限定；以及至少兩個過濾器，其用于凈化流動的流體，其特征在于，至少一個過濾器安裝或設置在分隔壁的臟側/入口側的