CN110905659A - 燃气涡轮鼓风机/泵 - Google Patents

Abstract

以天然气和沼气组合作为燃料运行的低排放的高效燃气涡轮机发动机，其结合热回收系统驱动高效涡轮鼓风机或高效涡轮泵系统，并且在其他实施例中提供发电机或通过使用排放气体中剩余的废热来提供蒸发冷却。

Description

燃气涡轮鼓风机/泵

技术领域

本发明涉及曝气鼓风机和泵技术。更特别地，本发明涉及以天然气或沼气、废水处理的副产品为燃料的燃气涡轮发动机，其中，该燃气涡轮发动机直接驱动鼓风机或泵，在燃气涡轮机中使用回收的热量将燃气涡轮机入口温度增加至1800华氏度至2000华氏度，并且热交换器冷却系统或由下游系统驱动的发电机系统排出废热。

本发明的一方面是在相同的设计中将从由天然气和沼气作为燃料的燃气涡轮机到鼓风机或泵的叶轮的直接机械动力与来自排放气体的热回收，所有这些都组合到一个高效的系统。

背景技术

鼓风机和泵用于各种应用，所述应用包括水和废水处理、食品和饮料、石油和天然气、发电、纸浆和造纸以及制药行业。这种鼓风机以高体积和典型地低于1.0大气压的排气压力的压力输送气流。泵以不同的水头传输低水流量或高水流量。在过去，鼓风机和泵由电动机驱动。电动机需要使用各种电动联合发电机在现场产生的电力或从电网获得该电力。电动机驱动的鼓风机和泵需要若干复杂的电气部件，所述电气部件包括变频驱动器、正弦波滤波器、线路输入电抗器、谐波滤波器和电力变压器。这些电气部件产生电损耗和废热，这将导致估计12％至15％的能量损失。

在某些情况下，往复式燃气发动机或柴油发动机驱动鼓风机和泵。这些往复式发动机效率低、噪音大、尺寸大，产生大量废热，并且难以改装它们以满足不断发展的排放标准。另一方面，多年来，当燃气涡轮机被用于航天、航空和发电的各种应用中时，它们发展为高效、低排放的。在某些情况下，燃气涡轮发动机用于驱动高压气体压缩机，所述高压气体压缩机在多个大气压排放压力下输送管道中的天然气、氧气或氮气。在气体压缩期间，燃气涡轮机的排放热和压缩热能作为副产品产生并作为废热被排出。

因此，使用电动机时浪费的能量和使用往复式发动机或燃气涡轮发动机时浪费的能量与压缩所产生的浪费能量相结合代表了在压缩机、鼓风机和泵运行中的显著能量损失。此外，沼气是废物处理的免费副产品，如果处理得当而不是燃烧或排放到大气中，沼气可被单独使用或与天然气结合使用以产生燃气涡轮发动机直接驱动鼓风机或泵所需的燃料，从而显著降低废物处理设施的运行成本。最近，我们开始看到一种新兴的全球趋势，即，使用沼气作为燃料来帮助废水处理设施实现其能量中性的目标。

迄今为止，在现有技术中已经制造了各种往复式发动机或燃气涡轮发动机。

例如，US 9140267公开了一种压缩机壳体，其限定了气体入口流动路径和气体出口以及在气体入口流动路径和气体出口之间的可旋转叶轮。壳体的内壁限定了紧邻叶轮叶片的径向外边缘的表面，当叶轮旋转时，该叶轮叶片的径向外边缘扫过所述表面。在所述表面的内壁中设置有开口。在壳体中提供有与所述开口气体连通的端口，用于在相对低流量的条件下沿远离入口流动路径的方向转移气体。气体排移装置设置在入口流动路径的外部并连接到端口，其中泵可操作以沿着远离入口流动路径的方向通过开口和端口选择性地移除气体。

US 8506237中公开了另一种布置，其涉及一种涡轮机，所述涡轮机包括径流式叶轮和多种特征中的一种或多种，这些特征增强了其中使用了涡轮机的机械的性能。例如，当涡轮机用于测功机时，其中，所述特征中的一个是可变限制进气口，其允许调节流到叶轮的流速。叶轮护罩和护罩引导件均可相对于叶轮移动。排气扩散器有助于增加轴功率范围并减少有害振动和噪音。涡轮机还可以包括独特的叶轮叶片构造，其与可调节进气口和排气扩散器配合以增强通过涡轮机的流动。

US 8327644示出了用于涡轮加热器或热电联产应用的微型燃气涡轮发动机。微型燃气涡轮发动机包括燃料输送系统，其最小化空气﹣燃料通道中的沉积物的发展。为此，在燃料导流器和挡油环体之间形成的燃料输送通道形成有具有轮廓的或起伏的表面。燃料导流环置于燃料输送通道和挡油环叶轮之间，以促进空气﹣燃料混合物流入燃烧室。

US 8240976中示出了另一种离心泵，其涉及一种离心泵壳体，所述离心泵壳体包括具有径向叶片的可旋转叶轮和轴向扩散器，所述轴向扩散器具有通过在所述泵壳体内形成的交叉间隙而在所述叶轮下游成角度地间隔开的叶片，使得受所述叶轮作用的流体必须移动通过所述交叉间隙以被驱动到所述轴向扩散器中，该改进包括至少单个轴向扩散器叶片延伸部，所述轴向扩散器叶片延伸部沿周向安装有所述轴向扩散器并延伸到所述交叉间隙中以引导流体从所述叶轮流过所述交叉间隙并被驱动到所述轴向扩散器，所述扩散器叶片延伸部被构造成设计和形成为在结构上具有串联叶片部分，用于向从所述叶轮接收的流体施加扭转力，以在流体离开叶轮时最小化流体流中的任何湍流，从而，所述泵表现有这样的泵头曲线，该泵头曲线已经被修改为用于当流体头曲线朝向截断装置连续上升时消除平坦或正斜率。

US 8096127描述了一种排气涡轮增压器，其能够防止由于排放气体的热量而造成增压器涡轮的旋转轴的中心与增压器压缩机的旋转轴的中心未对准，或者增压器涡轮的旋转轴的中心、增压器压缩机的旋转轴的中心和发电机的旋转轴的中心未对准；能够减少这些旋转轴的振动；并且能够提高整个增压器的可靠性。排气涡轮增压器具有支撑涡轮单元和压缩机单元的壳体。壳体的下端构成支腿部，支腿部固定在放置于地板上的基部上。具有旋转轴的发电机连接到涡轮单元的旋转轴和压缩机单元

此外，US 8931291示出了一种系统，其包括气体压缩机，该气体压缩机包括发动机、由发动机驱动的压缩机以及由来自压缩机的废热驱动的蒸汽吸收循环(VAC)系统，其中VAC系统被构造成冷却至少一种介质。在其他实施例中，提供了一种方法，该方法包括在压缩气体的同时产生废热，利用废热驱动蒸汽吸收循环(VAC)系统以及通过VAC系统冷却至少一种介质。

最后，US746813涉及一种离心压缩机，其通过反向操作机器而被应用为有机兰金循环涡轮机。为了在作为涡轮机运行时适应更高的压力，选择合适的制冷剂使得压力和温度保持在既定限度内。使得将现有相对便宜的设备与可能以其他方式不经济的应用的这种匹配允许方便和经济地使用能量，否则这些能量将以废热被耗散到大气中。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的燃气涡轮发动机，特别是提供一种改进的曝气鼓风机和泵。

本发明的一方面是在相同的设计中将来自由天然气和沼气作为燃料的燃气涡轮机的直接机械动力结合到鼓风机或泵的叶轮，并从排放气体中回收热量；这为一体化高效的系统。

本发明的一个方面是提供一种单元，其具有：第一入口和第一出口；第二入口和第二出口；置于所述第一入口和所述第一出口之间的叶轮；置于所述第二入口和所述第二出口之间的燃气涡轮机；燃烧混合物，其被引入所述第二入口以驱动所述燃气涡轮机并通过所述第二出口排出；置于所述第一入口和所述第一出口之间的叶轮；并且所述燃气涡轮机连接到所述叶轮，以便驱动所述叶轮并使得流体从所述第一入口移动到所述第一出口。

本发明的另一方面是提供一种集成的燃气涡轮机单元，其包括：工作流体入口和工作流体出口；置于所述工作流体入口和所述工作流体出口之间的叶轮；置于入口和出口之间的燃烧器，其用于燃烧空气和生物燃料的混合物以驱动涡轮机；和具有旋转轴线的轴，所述涡轮和叶轮同轴地连接到所述轴，以便移动所述工作流体。

本发明的另一方面涉及一种用燃气涡轮机驱动叶轮的方法，该方法包括：同轴地连接所述叶轮和涡轮机；通过燃烧空气和燃料的混合物来可旋转地驱动所述涡轮机，从而旋转地驱动所述涡轮机和叶轮并产生排放气体；以及从所述排放气体中捕获废热以预热所述空气并通过所述叶轮移动工作流体。

本发明的另一方面是提供一种用燃气涡轮机驱动叶轮的方法，其包括：同轴地连接所述叶轮和涡轮机；通过燃烧空气和燃料的混合物可旋转地驱动所述燃气涡轮机，从而旋转地驱动所述涡轮机和叶轮并产生排放气体；和在与入口相比更高的压力比4.5和介于1800华氏度和2000华氏度之间的高温下再次进入燃气涡轮机时从所述排放气体捕获废热，以预热所述空气，在该阶段，气体通过燃气涡轮机膨胀并导致由所述叶轮进一步移动工作流体。通过燃气涡轮机膨胀的气体在高压和高温下进入动力涡轮机，旋转所述动力涡轮机，所述动力涡轮机又可变地旋转轴，所述轴直接连接到鼓风机和泵的叶轮，以输送流体的工作空气。

上面提到的4.5的较高压力比与大气相比并且作为示例给出。此外，当考虑图14﹣19所示的实施例时，表现出在4.4和10之间或更高的压力比(与大气相比)并且作为示例给出；该范围至少部分地归因于利用下文描述的所使用的三根轴2、3和17以及中间冷却器31的构造的改变。此外，在图14﹣19所指代的实施例中，上文提到的1800华氏度至2000华氏度的温度范围的示例可以扩展到1700华氏度至2100华氏度或更高。

本发明的另一方面涉及一种单元，所述单元具有：第一入口和第一出口；第二入口和第二出口；叶轮，其设置在所述第一入口和所述第一出口之间；用于升高空气压力的压缩机；用于在所述高压下升高所述空气温度的回热器；燃气涡轮机，其设置在所述第二入口和所述第二出口之间；燃烧器，用于接收燃烧混合物，该燃烧混合物包括在所述高温和所述高压下的所述空气；以及燃料，其被引入所述第二入口以驱动所述燃气涡轮机并通过所述第二出口被排出；所述叶轮设置在所述第一入口和所述第一出口之间；并且所述燃气涡轮机和所述叶轮直接连接到轴上，以便驱动所述叶轮并将流体从所述第一入口移动到所述第一出口。在一个实施例中，燃气涡轮机包括高压涡轮机和自由动力涡轮机，并且其中所述自由动力涡轮机和所述叶轮连接到公共轴。在另一个实施例中，燃气涡轮机包括高压涡轮机、低压涡轮机和自由动力涡轮机，并且其中所述自由动力涡轮机和所述叶轮连接到公共轴。

本发明的另一方面涉及一种集成的燃气涡轮机单元，其包括：工作流体入口和工作流体出口；叶轮，其设置在所述工作流体入口和所述工作流体出口之间；第一压缩机和第二压缩机，用于升高空气压力；中间冷却器，其设置在所述第一压缩机和第二压缩机之间，用于在所述第二压缩机之前降低所述空气的温度；用于在所述高压下升高所述空气的温度的回热器；燃烧器，其设置在入口和出口之间，用于燃烧生物燃料和在所述高压和高温下的空气的混合物，以用来自燃气涡轮机的排放气体驱动所述燃气涡轮机；所述回热器由来自所述燃气涡轮机的所述排放气体重新获得热量，以预热生物燃料和在所述升高的压力和温度下的空气的所述混合物；和具有旋转轴线的轴，其中自由动力涡轮机和叶轮连接到所述轴，以便使得工作流体在所述工作流体入口和所述工作流体出口之间移动。

本发明的又一方面涉及一种用燃气涡轮机驱动叶轮的方法，该方法包括：用中间冷却器热交换器冷却空气；压缩在压缩机中的所述冷却空气；将所述叶轮和自由动力涡轮机同轴地连接到轴上；通过燃烧燃料和所述经冷却的压缩空气的混合物可旋转地驱动所述燃气涡轮机，以便旋转地驱动所述燃气涡轮机和叶轮并产生排放气体；以及利用回热器从所述排放气体中捕获废热以预热所述空气。

将结合以下附图描述本发明的这些和其他目的和特征。

附图说明

参照附图，将可以更好地理解以下详细描述，其中：

图1是从燃气涡轮机单元10的右前侧视图截取的透视图；

图2是从燃气涡轮机单元10的右后侧视图截取的透视图；

图3是燃气涡轮机单元10的前视图；

图4是燃气涡轮鼓风机单元10的左侧视图；

图5是燃气涡轮鼓风机单元10的右侧视图；

图6是燃气涡轮机单元10的后视图；

图7是燃气涡轮机单元10的俯视平面图；

图8是燃气涡轮机单元10的仰视平面图；

图9是沿着图1的线9﹣9截取的涉及燃气涡轮鼓风机单元12的本发明的一个实施例的截面图，其示出了与主要部件安装在布置中的转子；

图10是图9中所示的燃气涡轮鼓风机单元、鼓风机系统的一个实施例的示意图，其具有由高压燃气涡轮机驱动的燃气涡轮压缩机、天然气或沼气燃烧器、由自由动力涡轮机驱动的单个鼓风机叶轮和从排放气体中回收热量的回热器，所述回热器用于增加燃气涡轮机入口的温度；

图11是涉及燃气涡轮机泵单元16的本发明的另一实施例的沿图7中的线11﹣11截取的剖视图；

图12是图11中所示的燃气涡轮机泵单元、装置、系统的另一实施例的示意图，其具有由高压燃气涡轮机驱动的燃气涡轮压缩机、天然气或沼气燃烧器、由自由动力涡轮机驱动的单个泵叶轮和从排放气体中回收热量的回热器，所述回热器用于增加燃气涡轮机入口的温度；

图13是表示本发明的效率和成本节省的一个示例的图表；

图14是燃气涡轮鼓风机单元的又一个实施例的示意图，其具有由高压燃气涡轮机驱动的高压燃气涡轮压缩机、天然气或沼气的燃烧器、由自由动力涡轮机驱动的单个鼓风机叶轮、从排放气体中回收热量的用于增加燃气涡轮机入口的温度的回热器和位于高压燃气涡轮压缩机之前的中间冷却器；

图15是图14的示意图中所示实施例的剖视图；

图16是图15的透视剖视图；

图17是图15的前视图；

图18是从图14﹣17中所示的又一实施例的上方和从单元的一侧截取的透视图；

图19是从图14﹣17中所示的又一实施例的上方和从单元的一侧截取的透视图；

具体实施方式

在所有附图中，相同的部件用相同的数字标记。

下面将描述本发明的两个具体实施例。这些实施例仅是本发明的示例。应当理解的是在任何这样的实际实施的开发中，如在工程或设计项目中那样，必须做出许多细节决定以实现开发者的特定目标，一个实施例中的目标可以与另一个实施例的不同。

下文讨论的实施例可以包括：可选的变速箱13，以减小或增加由自由动力涡轮机(free power turbine)驱动的转子速度；可选的热交换器27和可选的发电机或冷却制冷器29，以从回热器60下游的排放气体中重新获得废热。

图1至图8总体上示出了涉及燃气涡轮机单元或装置10的本发明的一个实施例，该燃气涡轮机单元或装置10具有燃气涡轮机模块12、燃烧空气入口14、鼓风机或泵模块16、排气室18、排气出口20和入口22。在一个实施例中，入口22是通向鼓风机26的空气入口或第一入口或工作流体入口24。在本文将要描述的第二实施例中，入口22是在本文将描述的泵40的进水口28。

燃气涡轮机装置10还包括出口或第一出口或工作流体出口32。

在一个实施例中，第一出口或工作流体出口32是空气出口34。更特别地，通过鼓风机入口24的空气被鼓风机叶轮37压缩，然后通过鼓风机涡形部或蜗壳通道36排出。

在例如图7中所示的另一个实施例中，燃气涡轮机单元10包括进水口28、泵叶轮40和出水口42。

如本文所述的组件的集成不仅产生节能的鼓风机/泵系统10，而且还提供了尺寸和设计紧凑的单元10。在一个实施例中，单元的宽度如图9所示可以是39英寸，高度是37英寸。然而，这样的尺寸仅作为示例给出，原因在于可以根据尺寸要求拥有其它紧凑尺寸，以实现1,000至50,000SCFM范围内的额定流量和0.5至1.2个大气压的排出压力。

图1、2、3、4、5、6、8、9和10示出了燃气涡轮鼓风机系统12的一个实施例，其通常包括离心式鼓风机叶轮37、燃气涡轮机轴向和/或离心式压缩机50、天然气或沼气燃烧器70、高压轴向和/或径向的燃气涡轮机80、轴向和/或径向的自由动力涡轮机90和回热器或热交换器60。

在鼓风机侧，通过鼓风机入口24的空气被鼓风机叶轮37压缩，然后在离开鼓风机涡形部36后被排出到出口34。鼓风机叶轮37由自由动力涡轮机90通过公共轴或轴线17驱动。

在燃气涡轮机侧，空气通过入口14；压缩机50将空气压缩到高于环境压力的高压，例如4﹣5压力比，此时空气进入回热器60，所述回热器增加空气温度。经加热的空气在燃烧器70中与天然气/沼气的燃料一起燃烧，并且高压和高温气体在高压燃气涡轮机80中膨胀，随后气体在自由动力涡轮机90中再次膨胀。最后，气体从回热器60排出，该回热器在燃烧器70之前将热量回收到空气。由高压燃气涡轮机80通过公共轴或轴线2驱动压缩机50。

图10示出了图1、2、3、4、5、6、8和9中所示的燃气涡轮鼓风机系统12的一个实施例。鼓风机37的空气流入口24在一个示例中为大约3000至15000立方英尺/分钟(CFW)。在一个示例中通过出口34排出的空气与废水处理系统的压力比为1.2﹣1.5。

自由动力涡轮机90提供动力以满足工作流体的要求。如图所示，自由涡轮机90是单级轴向涡轮机，但它可以是单个径向涡轮机或可以具有多级膨胀。

诸如计算机等的控制器21用于根据排出空气34的要求调节天然气/沼气25的燃料和压缩机50的空气流入口14。为了降低或增加鼓风机叶轮37的速度，可选的变速箱13可以安装在鼓风机37和自由动力涡轮机90之间的轴或旋转轴线17上。为了进一步提高能量效率，可选的热交换器27和可选的发电机或制冷器系统29可以安装在回热器60的排气口处。

图1、2、3、4、6、7、8、11和12示出了本发明的另一个实施例，所述另一个实施例涉及燃气涡轮机泵单元、装置和系统16，其通常包括泵叶轮40、燃气涡轮机轴向和/或离心式压缩机50、天然气或沼气燃烧器70、高压轴向和/或径向的涡轮机80、轴向和/或径向的自由动力涡轮机90和回热器60。

在泵侧，通过泵入口28的水被泵叶轮40压缩，然后在离开泵涡形部或蜗壳通道36之后被排放到出口42。泵叶轮40通过公共轴或轴线17由自由动力涡轮机90驱动。

图12示出了图1、2、3、4、6、7、8、11中描述的本发明的实施例，其涉及燃气涡轮机泵单元、装置和系统16，其具有框图上的其他选项。泵叶轮40的水流入口28例如可以是大约15,000至50,000加仑/分钟(GPM)，通过出口42的排出水具有变化的压力比以满足废水处理系统的要求。控制器21用于根据通过出口42的排出水的需要来调节天然气/沼气25的燃料和压缩机50的空气流入口14。为了降低或增加泵叶轮40的速度，可选的变速箱13可以安装在泵40和自由动力涡轮机90之间的轴或轴线17上。为了进一步提高能量效率，可以在回热器60的排气装置处安装可选的热交换器27和可选的发电机或制冷系统29。

此外，图13是示出通过利用如本文所述的燃气涡轮机系统10与之前使用的传统方法的传统电动机选择相比的效率和成本节省的图表。

特别地，图13示出了几个州(即，佛罗里达州、德克萨斯州和加利福尼亚州)的电动机选择的运行成本的一个示例与如本文所述的用于佛罗里达州、德克萨斯州和加利福尼亚州的相同位置处的燃气涡轮机系统10的运行成本的比较，其显示了基于当前的电力成本和历史高水平成本的天然气价格，在以天然气运行系统的情况下，在佛罗里达州成本节省31％，在德克萨斯州成本节省40％，在加利福尼亚州成本节省33％。当沼气被添加到天然气中时节省的成本将会更高，如果系统仅使用沼气运行则更是如此。

图14﹣19示出了本发明的另一个实施例，其中相同的部件的附图标记与上文的附图标记相同。

图14除了上述部件之外还示出了高压燃气涡轮压缩机51，其在公共轴2上与高压涡轮机80连接。图14所示的实施例还包括低压燃气涡轮压缩机53，所述低压燃气涡轮压缩机在公共轴3上连接到低压涡轮机81。自由动力涡轮机90通过轴17连接到低鼓风机叶轮(low blower impeller)37。此外，图14所示的实施例包括设置在低压燃气涡轮压缩机53和高压燃气涡轮压缩机51之间的中间冷却器31。

中间冷却器31在两个压缩机级51和53之间冷却进入空气14。这提高了单元的效率，这是因为高压涡轮压缩机51处的冷却空气14将比加热空气更容易压缩。在高压燃气涡轮压缩机51之后，空气随后在空气进入燃烧器70之前由回热器或热交换器60加热，从而进一步有效地改善效率，原因在于如果空气温度较高，则需要较少的热量输入来燃烧空气和天然气(沼气)混合物。

此外，图14﹣19中所示的实施例示出了具有如图所示的双入口设计的动力涡轮机的优化。所示的设计还说明了流体的分区优化以及冷却流最先通过优化。

此外，所示的涡轮机是用于高效制造的增材制造(3D打印)的适当候选者。

图14﹣19中所示的实施例示出了高效的中间冷却和回热的燃气涡轮机驱动的涡轮鼓风机，其以中间冷却器、回热器和CMHP(例如，对于230KW-1.2MW的范围)以高容量输送空气。

可通过沼气(其是WWTP的副产品)和/天然气代替电力或化石燃料来操作该单元，其排放量较低，使用沼气降低的运营成本高达80％，使用天然气降低的运营成本为40％。所示单元还可用于改进旧技术和现有技术。

本发明的其他优点包括：

﹣该系统可取代传统的电动鼓风机；因为这些单元由燃气涡轮发动机而不是电动机提供动力，从而减少了对电网的依赖。

﹣减少能源消耗。

﹣使用燃料灵活的清洁燃烧器，其允许燃烧具有低污染物排放的沼气，从而提供清洁能源并防止在WWTP的燃烧。

﹣降低运营成本。

示例

在一个实施例中，低压压缩机53与大气相比具有大约3的压力比，并且相对于入口温度(293K)具有大约125K(235F)的温升。

中间冷却器31将大约418K(125+293)的温度降低至入口温度(293K)。高压压缩机51可以具有大约3的压力比，并且相对于入口温度的温度升高大约125K(235F)。所描述的燃气涡轮机单元的总压力比(PR)(PR＝9)等于低压压缩机53的PR乘以高压压缩机51的PR，即PR＝3×3＝9。压力上升几乎均匀地分布在两个压缩机级之间。

对于图14﹣19中描述的3个涡轮机，类似的逻辑适用。压力比在涡轮机级之间接近均匀地分布。单级的PR＝2.08，且机器的PR＝2.08×2.08×2.08。

低压燃气涡轮压缩机53从大气中吸入空气并在例如3倍大气压下输送空气。高压燃气涡轮压缩机51在例如3倍大气压至9倍大气压的条件下输送空气。

术语自由动力涡轮机90是本领域技术人员公知的术语，并且通常是指向鼓风机叶轮提供动力。

Claims (11)

1.一种单元，其具有

(a)第一入口和第一出口；

(b)第二入口和第二出口；

(c)设置在所述第一入口和所述第一出口之间的叶轮；

(d)用于升高空气压力的压缩机；

(e)用于在所述压力被升高的条件下升高所述空气的温度的回热器；

(f)设置在所述第二入口和所述第二出口之间的燃气涡轮机；

(g)燃烧器，其用于接收燃烧混合物，所述燃烧混合物包括在所述升高的温度和所述升高的压力下的所述空气以及被引入所述第二入口以驱动所述燃气涡轮机并通过所述第二出口排放的燃料；

(h)设置在所述第一入口和所述第一出口之间的所述叶轮；和

(i)所述燃气涡轮机和所述叶轮直接连接到轴上，以便驱动所述叶轮并将流体从所述第一入口移动到所述第一出口。

2.根据权利要求1所述的单元，其中，所述流体是空气且所述叶轮是鼓风机。

3.根据权利要求1所述的单元，其中，所述流体是水，所述叶轮是泵。

4.根据权利要求1所述的单元，其中，所述燃烧混合物包括空气和选自天然气和沼气的组合的气体。

5.根据权利要求4所述的单元，其中，所述燃气涡轮机包括高压涡轮机和自由动力涡轮机，并且其中所述自由动力涡轮机和所述叶轮连接到公共轴。

6.根据权利要求1所述的单元，其中，所述燃气涡轮机包括高压涡轮机、低压涡轮机和自由动力涡轮机，并且其中所述自由动力涡轮机和所述叶轮连接到公共轴。

7.根据权利要求6所述的单元，其包括中间冷却器，用于在所述压缩机的压缩期间降低所述空气的温度。

8.根据权利要求7所述的单元，其包括用于从排放气体提取能量以预热所述空气的回热器。

9.一种集成的燃气涡轮机单元，其包括：

(a)工作流体入口和工作流体出口；

(b)设置在所述工作流体入口和所述工作流体出口之间的叶轮；

(c)用于升高空气压力的第一压缩机和第二压缩机；

(d)设置在所述第一压缩机和第二压缩机之间用于降低所述第二压缩机之前的所述空气的温度的中间冷却器；

(e)用于在所述升高的压力下升高所述空气的温度的回热器；

(f)燃烧器，其设置在入口和出口之间，用于燃烧生物燃料和所述升高的压力和所述升高的温度下的所述空气的混合物，以驱动燃气涡轮机，并从所述燃气涡轮机排放气体；

(g)所述回热器从所述燃气涡轮机的所述排放气体中回收热量，以预热生物燃料和在所述升高的压力和所述升高的温度下的所述空气的所述混合物；和

(h)具有旋转轴线的轴，其中自由动力涡轮和叶轮连接到所述轴，以便使得工作流体在所述工作流体入口和所述工作流体出口之间移动。

10.一种用燃气涡轮机驱动叶轮的方法，其包括：同轴地连接所述叶轮和涡轮机；通过燃烧空气和燃料的混合物可旋转地驱动所述涡轮机，从而旋转地驱动所述涡轮机和叶轮并产生排放气体；和从所述排放气体中捕获废热以预热所述空气并通过所述叶轮移动工作流体。

11.一种用燃气涡轮机驱动叶轮的方法，其包括：

(a)使用中间冷却器热交换器冷却空气；

(b)在压缩机中压缩所述经冷却的空气；

(c)将所述叶轮和自由动力涡轮机同轴地连接到轴上；

(d)通过燃烧所述经冷却的压缩空气和燃料的混合物可旋转地驱动所述燃气涡轮机，从而旋转地驱动所述燃气涡轮机和叶轮并产生排放气体；和

(e)用回热器捕获来自所述排放气体的废热以预热所述空气。

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