CN104456630B - 一种利用生物质燃料的防结渣燃气轮机燃烧室 - Google Patents

Abstract

一种利用生物质燃料的防结渣燃气轮机燃烧室，包括由内至外依次设置的燃烧室、空气层和缸套层；其中，燃烧室的底端设置在灰渣收集器顶端的环形卡槽内，燃烧室的顶端由下至上依次设置有燃烧室进风口和燃料进口通道，燃烧室内设置有若干层孔状炉排；空气层的底端设置有空气层进风口，且空气层出风口与燃烧室进风口相连通；缸套层的两端通过轴承与空气层相连，在缸套层的侧壁上设置有缸套层进风口和缸套层出风口，在空气层外壁的周向上设置有风扇叶片；压气机的出风口分别与空气层进风口和缸套层进风口相连通；经燃烧室燃烧后的燃气经过燃气通道进入燃气轮机做功，同时燃气轮机带动同轴的压气机工作。本发明可广泛利用于秸秆等生物质能燃烧利用领域。

Description

一种利用生物质燃料的防结渣燃气轮机燃烧室

技术领域

本发明涉及一种燃气轮机燃烧室，具体涉及一种利用生物质燃料的防结渣燃气轮机燃烧室。

背景技术

在煤、石油、天然气等化石燃料日益稀缺的今天，燃料价格不断升高，新型能源已经成为能源领域的风向标，太阳能、地热能、氢能等新型能源已经投入大量研究，而其中生物质能作为21世纪新能源研究热点，它具有成本低的特点，但是类似于秸秆等生物质能在农村基本上都是直接焚烧，造成很严重的空气污染，而且白白浪费了一种潜在重要的能源供给。秸秆等生物质能在燃烧室中应用主要缺点在于结渣严重，易于堵塞燃烧室，影响了其在能源领域的进一步发展。

近年来，燃气轮机在航空、航海、军事方面应用逐渐广泛，它很能决定一个国家的国力，现在燃气轮机燃烧室燃料都采用液体和气体燃料，不能采用固体燃料；秸秆等生物质燃料在燃气轮机燃烧室中的应用势必是一个新的创新点，减少燃烧成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用生物质燃料的防结渣燃气轮机燃烧室，其能够很好的解决生物质燃料的结渣较严重的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种利用生物质燃料的防结渣燃气轮机燃烧室，包括由内至外依次设置的燃烧室、空气层和缸套层；其中，燃烧室的底端设置在灰渣收集器顶端的环形卡槽内，并且燃烧室的底端能够在环形卡槽内自由旋转，燃烧室的顶端由下至上依次设置有燃烧室进风口和燃料进口通道，燃烧室内设置有若干层孔状炉排；

空气层与燃烧室之间通过若干空气管刚性连接，空气层的底端设置有空气层进风口，空气层的顶端设置有空气层出风口，且空气层出风口与燃烧室进风口相连通；

缸套层的两端通过轴承与空气层相连，在缸套层的侧壁上设置有缸套层进风口和缸套层出风口，在空气层外壁的周向上设置有风扇叶片，且风扇叶片位于缸套层进风口和缸套层出风口之间；

压气机的出风口分别与空气层进风口和缸套层进风口相连通；经燃烧室燃烧后的燃气经过燃气通道进入燃气轮机做功，同时燃气轮机带动同轴的压气机工作。

本发明进一步的改进在于：燃烧室内从上至下依次设置有第一层孔状炉排、第二层孔状炉排和第三层孔状炉排，且第一层孔状炉排、第二层孔状炉排和第三层孔状炉排分别位于燃烧室的上部、中部和尾部。

本发明进一步的改进在于：第一层孔状炉排上的卸渣孔大于第二层孔状炉排上的卸渣孔，第二层孔状炉排上的卸渣孔大于第三层孔状炉排上的卸渣孔。

本发明进一步的改进在于：燃料进口通道内设置有旋转阀门。

本发明进一步的改进在于：每个空气管上开设有空气管进气口，空气管出气口与燃烧室的炉膛侧相连通。

本发明进一步的改进在于：空气管进气口的开口方向朝向空气层进风口的一侧。

本发明进一步的改进在于：若干空气管均匀布置在燃烧室上部和中部的周向上，且空气管的朝向为倾斜向上。

本发明进一步的改进在于：燃气通道内设置有燃气过滤网。

本发明进一步的改进在于：燃烧室的两端采用的是渐缩式结构。

本发明进一步的改进在于：工作时，通过外部动力机组带动压气机旋转至该燃气轮机燃烧室独立运行后脱开，从压气机出来的高速气流分别经空气层进风口、缸套层进风口进入空气层和缸套层，进入缸套层的高速气流经过风扇叶片带动整个燃烧室围绕缸套层上的轴承旋转，进入空气层的空气主流通过燃烧室进风口进入燃烧室，经过搅碎处理过的秸秆物质燃料从燃料进口通道进入燃烧室，进入燃烧室的燃料和空气主流边旋转边混合，再由燃烧室内部的火焰筒点燃开始燃烧，落到孔状炉排上的灰渣由于燃烧室旋转而振动到下一级，最后进入到灰渣收集器，经燃烧室燃烧后的燃气进入到燃气轮机，燃气带动燃气轮机做功，同时燃气轮机带动同轴的压气机工作。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明利用秸秆等生物质燃料作为燃气轮机燃料，能够降低秸秆不科学燃烧带来的大气污染问题；燃烧室内分为三层燃料燃烧区，分级燃烧，燃料能够充分燃烧；将秸秆等生物质燃料转换为热气流以推动燃气轮机工作；空气层提供燃烧所需的空气，空气层末端有主进气口，用作上部燃烧室主要燃烧，空气层内部有很多小空气管作为辅进气口并作为空气层与燃烧室的刚性连接，这样能达到给每一层燃烧室充分提供空气的好处。空气层的第二个好处是从下到上进气，能对燃烧室的壁面降温，能够有效减少秸秆等生物质燃料的结渣并对准备进入燃烧室的空气本身进行预热，能够提高燃烧效率；空气层还能起到保温的效果，使得燃烧后的燃气保持一个很高的温度，起到第三重的效果；缸套层设计成带风扇叶片的通道，使得整个空气层、燃烧室一起旋转，旋转的动力来源于压气机，旋转不仅能够对燃烧室壁面、也能够有效地对炉排上的灰渣振荡，更容易脱落到灰渣收集器中，并且使得进入燃烧室的空气有一个相对的周向速度，这样可以吹燃烧室壁面，更进一步可以减少结渣的概率；旋转还能使得秸秆等生物质燃料以及空气同时旋转燃烧，燃烧时间更长，更容易燃尽，类似于旋风炉，炉内可以保持很高的温度，并且燃烧温度越高，秸秆等生物质燃料产生的灰渣量更少，剩余灰分排出时仍然处于熔化的液体状态，更容易与燃气分离，且更方便收集；高温焚烧后的秸秆灰渣中扔含有较高的有效养分，特别是速效钾的含量比较高，秸秆产生的灰渣在农业上可以进一步进行利用。

附图说明

图1为本发明一种利用生物质燃料的防结渣燃气轮机燃烧室的结构示意图。

图2为本发明中灰渣收集器的正视图。

图3为本发明中灰渣收集器的俯视图。

图4为本发明中空气管的示意图。

图中：1-燃烧室，2.1-第一层孔状炉排，2.2-第二层孔状炉排，2.3-第三层孔状炉排，3-空气层，4-缸套层，5-灰渣收集器，5.1-环形卡槽，6-燃烧室进风口，7-燃料进口通道，7.1-旋转阀门，8-空气层进风口，9-空气管，9.1-空气管进气口，10-风扇叶片，11-缸套层进风口，12-缸套层出风口，13-轴承，14-燃气通道，14.1-燃气过滤网，15-燃气轮机，16-压气机。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1所示，本发明一种利用生物质燃料的防结渣燃气轮机燃烧室室，包括由内至外依次设置的燃烧室1、空气层3和缸套层4；其中，燃烧室1的底端设置在灰渣收集器5顶端的环形卡槽5.1内，并且燃烧室1的底端能够在环形卡槽5.1内自由旋转，燃烧室1的顶端由下至上依次设置有燃烧室进风口6和燃料进口通道7，燃料进口通道7内设置有旋转阀门7.1，燃烧室1内设置有若干层孔状炉排。

空气层3与燃烧室1之间通过若干空气管9刚性连接，每个空气管9上开设有空气管进气口9.1，空气管出气口与燃烧室1的侧壁相连通，且空气管进气口9.1的开口方向朝向空气层进风口8的一侧；空气层3的底端设置有空气层进风口8，空气层3的顶端设置有空气层出风口，且空气层出风口与燃烧室进风口6相连通。

缸套层4的两端通过轴承13与空气层3相连，在缸套层4的侧壁上设置有缸套层进风口11和缸套层出风口12，在空气层3外壁的周向上设置有风扇叶片10，且风扇叶片10位于缸套层进风口11和缸套层出风口12之间。

压气机16的出风口分别与空气层进风口8和缸套层进风口11相连通；经燃烧室1燃烧后的燃气经过燃气通道14进入燃气轮机15做功，同时燃气轮机15带动同轴的压气机16工作，其中，燃气通道14内设置有燃气过滤网14.1。

进一步地，参见图1，燃烧室1内从上至下依次设置有第一层孔状炉排2.1、第二层孔状炉排2.2和第三层孔状炉排2.3，且第一层孔状炉排2.1、第二层孔状炉排2.2和第三层孔状炉排2.3分别位于燃烧室1的上部、中部和尾部；且第一层孔状炉排2.1上的卸渣孔大于第二层孔状炉排2.2上的卸渣孔，第二层孔状炉排2.2上的卸渣孔大于第三层孔状炉排2.3上的卸渣孔，此外，在各层孔状炉排在靠近炉膛壁面均有较大的卸渣孔，方便灰渣泄漏。

为了可以与轴承13配合，燃烧室1的两端采用的是渐缩式结构，有轴承13的存在，风扇叶片10带动整个空气层3、燃烧室1一起旋转，且灰渣收集器5以及燃气通道14不随燃烧室1转动。灰渣收集器5的上端设计成环形卡槽5.1，可以使得燃烧室1下端在环形卡槽5.1内自由旋转而又不会产生漏气。

为了对本发明进一步了解，现对其具体工作过程做一说明：

整个燃烧室系统为圆筒形，工作时，通过外部动力机组带动压气机16旋转至该燃气轮机燃烧室独立运行后脱开，从压气机16出来的高速气流分别经空气层进风口8、缸套层进风口11进入空气层3和缸套层4，进入缸套层4的高速气流经过风扇叶片10带动整个燃烧室1围绕缸套层4上的轴承13旋转，进入空气层3的空气主流通过燃烧室进风口6进入燃烧室1，此时，经过搅碎等物理措施处理过的秸秆等生物质燃料从燃料进口通道7进入，并经过旋转阀门7.1进入燃烧室1，进入燃烧室1的燃料和主气流边旋转边混合，再由燃烧室1内部的火焰筒点燃开始燃烧，旋转燃烧大大增加了燃料与空气的混合时间，能够有效的燃尽，加之空气管9的空气分流的进入，使得空气可以向中心区进风，燃烧产生的灰渣不容易落到壁面上，落到孔状炉排上的灰渣由于燃烧室1旋转而振动到下一级，尽量减少灰渣在燃烧室中的残留，接着细小的燃料经过第一层孔状炉排2.1进入中部燃烧室，燃烧过程基本同上一个过程，再接着经过第一层孔状炉排2.2进入下部燃烧室，下部燃烧室基本上是燃气与少量空气的混合并带有来自上游的灰渣，最后经过第三层孔状炉排2.3进入到灰渣收集器5，燃气通过燃气过滤网14.1进入到燃气轮机15，燃气带动燃气轮机15做功，同时燃气轮机15带动同轴的压气机16工作，压气机16出口的空气进入空气层3和缸套层4。经过一定时间的使用之后可以卸下灰渣收集器5，提取灰渣收集器5中的有效的养分进一步对其进行利用。

本发明通过防结渣秸秆燃气轮机燃烧室，使得秸秆等生物质燃料能在富氧、旋转的燃烧室1内充分燃烧，并且利用空气层3使得燃烧室1保温效果较好，燃烧温度高，产生灰渣少，而且从压气机16进入的空气使得燃烧室壁面温度不至于过高并且预热空气本身，降低了在燃烧室壁面的结渣并提高了热利用率，而且空气管9结构，使得空气直吹向燃烧中心，使得壁面结渣更不易发生，并且提供的空气均匀，使得燃料能够更充分的燃烧，旋转的燃烧室，使得灰渣不易在燃烧室内残留，一直能够落到最后的灰渣收集器5里，使用更为持久，最后灰渣还有特殊的养分可以在农业中得到良好的应用，燃烧室1旋转的动力来源于压气机16，压气机16动力来源于燃气轮机15，燃气轮机15的动力来源于旋转燃烧室1，产生一个大的循环，效率更高。

因此，本发明既能减少化石燃料的使用，又能很好解决固体生物质燃料不能在燃气轮机中使用的局限性，具有结渣少、效率高、热利用效率高、低排放、节能效果好的特点。此外，本发明可广泛利用于秸秆等生物质能燃烧室利用领域。

Claims (10)

1.一种利用生物质燃料的防结渣燃气轮机燃烧室，其特征在于：包括由内至外依次设置的燃烧室(1)、空气层(3)和缸套层(4)；其中，燃烧室(1)的底端设置在灰渣收集器(5)顶端的环形卡槽(5.1)内，并且燃烧室(1)的底端能够在环形卡槽(5.1)内自由旋转，燃烧室(1)的顶端由下至上依次设置有燃烧室进风口(6)和燃料进口通道(7)，燃烧室(1)内设置有若干层孔状炉排；

空气层(3)与燃烧室(1)之间通过若干空气管(9)刚性连接，空气层(3)的底端设置有空气层进风口(8)，空气层(3)的顶端设置有空气层出风口，且空气层出风口与燃烧室进风口(6)相连通；

缸套层(4)的上端以及下端通过轴承(13)与空气层(3)相连，在缸套层(4)的侧壁上设置有缸套层进风口(11)和缸套层出风口(12)，在空气层(3)外壁的周向上设置有风扇叶片(10)，且风扇叶片(10)位于缸套层进风口(11)和缸套层出风口(12)之间；

压气机(16)的出风口分别与空气层进风口(8)和缸套层进风口(11)相连通；经燃烧室(1)燃烧后的燃气经过燃气通道(14)进入燃气轮机(15)做功，同时燃气轮机(15)带动同轴的压气机(16)工作。

2.根据权利要求1所述的一种利用生物质燃料的防结渣燃气轮机燃烧室，其特征在于：燃烧室(1)内从上至下依次设置有第一层孔状炉排(2.1)、第二层孔状炉排(2.2)和第三层孔状炉排(2.3)，且第一层孔状炉排(2.1)、第二层孔状炉排(2.2)和第三层孔状炉排(2.3)分别位于燃烧室(1)的上部、中部和尾部。

3.根据权利要求2所述的一种利用生物质燃料的防结渣燃气轮机燃烧室，其特征在于：第一层孔状炉排(2.1)上的卸渣孔大于第二层孔状炉排(2.2)上的卸渣孔，第二层孔状炉排(2.2)上的卸渣孔大于第三层孔状炉排(2.3)上的卸渣孔。

4.根据权利要求1所述的一种利用生物质燃料的防结渣燃气轮机燃烧室，其特征在于：燃料进口通道(7)内设置有旋转阀门(7.1)。

5.根据权利要求1所述的一种利用生物质燃料的防结渣燃气轮机燃烧室，其特征在于：每个空气管(9)上开设有空气管进气口(9.1)，空气管出气口与燃烧室(1)的炉膛侧相连通。

6.根据权利要求5所述的一种利用生物质燃料的防结渣燃气轮机燃烧室，其特征在于：空气管进气口(9.1)的开口方向朝向空气层进风口(8)的一侧。

7.根据权利要求5所述的一种利用生物质燃料的防结渣燃气轮机燃烧室，其特征在于：若干空气管(9)均匀布置在燃烧室(1)上部和中部的周向上，且空气管(9)的朝向为倾斜向上。

8.根据权利要求1所述的一种利用生物质燃料的防结渣燃气轮机燃烧室，其特征在于：燃气通道(14)内设置有燃气过滤网(14.1)。

9.根据权利要求1所述的一种利用生物质燃料的防结渣燃气轮机燃烧室，其特征在于：燃烧室(1)的上端以及下端采用的是渐缩式结构。

10.根据权利要求1所述的一种利用生物质燃料的防结渣燃气轮机燃烧室，其特征在于：工作时，通过外部动力机组带动压气机(16)旋转至该燃气轮机燃烧室独立运行后脱开，从压气机(16)出来的高速气流分别经空气层进风口(8)、缸套层进风口(11)进入空气层(3)和缸套层(4)，进入缸套层(4)的高速气流经过风扇叶片(10)带动整个燃烧室(1)围绕缸套层(4)上的轴承(13)旋转，进入空气层(3)的空气主流通过燃烧室进风口(6)进入燃烧室(1)，经过搅碎处理过的秸秆物质燃料从燃料进口通道(7)进入燃烧室(1)，进入燃烧室(1)的燃料和空气主流边旋转边混合，再由燃烧室(1)内部的火焰筒点燃开始燃烧，落到孔状炉排上的灰渣由于燃烧室(1)旋转而振动到下一级，最后进入到灰渣收集器(5)，经燃烧室(1)燃烧后的燃气进入到燃气轮机(15)，燃气带动燃气轮机(15)做功，同时燃气轮机(15)带动同轴的压气机(16)工作。