CN213513983U - 一种双燃烧外燃式燃气轮机系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种双燃烧外燃式燃气轮机系统，包括连接设置的燃烧单元和发电单元，所述燃烧单元用于为发电单元提供发电所需能量；所述燃烧单元包括连接设置的燃烧炉、高温换热器和燃烧室；所述发电单元包括依次连接设置的涡轮、压气机和发电机，所述涡轮用于带动压气机和发电机工作；所述高温换热器用于对压气机排出的压缩气体进行一级加热，所述燃烧室用于对高温换热器排出的高温空气进行二级加热。本实用新型解决了现有技术中涡轮进口温度不高、效率无法提升、外燃式燃气轮机负荷调节速率低的技术问题。

Description

一种双燃烧外燃式燃气轮机系统

技术领域

本实用新型涉及固体废弃物处理领域，具体涉及一种双燃烧外燃式燃气轮机系统。

背景技术

目前，外燃式燃气轮机得到了广泛的应用，它采用换热器进行加热，由于换热器受到材料、热应力等方面的限制，所以换热器的最大进口温度不能过高，且由于外燃式燃气轮机通常使用煤、生物质、垃圾等作为燃料，燃烧后产生的烟气中带有很多烟尘，如果烟气温度很高，就会导致换热器产生烟尘烧结、结渣、积垢等污染问题，造成换热器的换热效率下降、损坏。因此，通常换热器的最大进口温度设置为不超过850-900℃，进而限制了涡轮的进口温度的提高，依据布雷顿循环原理，热效率与涡轮进口温度相关，涡轮进口温度无法继续提高导致整个系统的热效率无法进一步提高，同时，由于燃烧炉中压力较低，流入换热器的高温燃气流速较低，同时叠加换热器间接加热的不利因素，外燃式燃气轮机的负荷调节速率比常规燃气轮机低很多，这会导致系统对超温、超速等异常情况的调节指令无法及时响应，系统的可靠性、使用寿命将受到损害。

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种双燃烧外燃式燃气轮机系统，以解决现有技术中外燃式燃气轮机涡轮的进口温度不高、效率无法提升、负荷调节速率低的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型拟采取如下技术手段：

一种双燃烧外燃式燃气轮机系统，包括连接设置的燃烧单元和发电单元，所述燃烧单元用于为发电单元提供发电所需能量；

所述燃烧单元包括连接设置的燃烧炉、高温换热器和燃烧室；

所述发电单元包括依次连接设置的涡轮、压气机和发电机，所述涡轮用于带动压气机和发电机工作；

所述高温换热器用于对压气机排出的压缩气体进行一级加热，所述燃烧室用于对高温换热器排出的高温空气进行二级加热。

本实用新型还具有如下技术特征：

具体的，所述压气机一端连接进气管道且另一端通过第一空气管道与高温换热器相连，所述高温换热器通过第二空气管道与燃烧室相连，所述燃烧室通过第三空气管道连接涡轮，所述涡轮通过第四空气管道连接燃烧炉；所述燃烧炉通过第一烟气管道与高温换热器相连，所述高温换热器还连接有排气管道。

具体的，所述涡轮与压气机通过第一传动轴相连，压气机通过第二传动轴与发电机相连。

具体的，所述压气机将压缩空气送入高温换热器进行一级加热，然后进入燃烧室进行二级加热，经二级加热后得到的高温空气流经涡轮带动压气机和发电机转动，涡轮流出的空气进入燃烧炉燃烧后产生的高温烟气经过高温换热器与压气机排出的空气进行换热，换热后的低温烟气经排气管道排出。

具体的，所述排气管道还连接有余热利用设备。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益的技术效果：

(1)本实用新型中设置了燃烧室，由于高温空气在燃烧室中与燃料混合燃烧，气体温度可以进一步升高，从而提高了系统的循环参数和效率。

(2)本实用新型可通过调节进入燃烧室中燃料的流量，快速调整燃烧室的出口温度，从而调节系统转速和负荷。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图，其中，箭头方向为气流方向。

图中各标号的含义为：1-燃烧炉，2-高温换热器，3-燃烧室，4-涡轮，5-压气机，6-发电机，7-进气管道，8-第一空气管道，9-第二空气管道，10-第三空气管道，11-第四空气管道,12-第一烟气管道，13-排气管道，14-第一传动轴，15-第二传动轴，16-余热利用设备。

以下结合附图以及实施例对本实用新型的方案进一步进行说明。

具体实施方式

以下给出本实用新型的具体实施例，需要说明的是，本实用新型并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本实用新型的保护范围。

本实用新型所用的术语“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“内”、“外”是指相应部件轮廓的内和外，不能将上述术语理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等序数词仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以下对本发明涉及的定义或概念内涵做以说明：

布雷顿循环：简单循环燃气轮机的理想热力循环，是由压气机中的等熵压缩，燃烧器的等压加热，透平的等熵膨胀和通向大气的等压排热四个过程组成的理想热力循环包括绝热压缩过程、定压加热过程、绝热膨胀过程和定压放热过程。根据布雷顿循环的热效率与气体压力和温度成正比，压力、温度越高，设备效率越高。

化学恰当比：燃料与空气完全燃烧时，燃料质量与空气质量之比。

实施例：

遵从上述技术方案，如图1所示，一种双燃烧外燃式燃气轮机系统，包括连接设置的燃烧单元和发电单元，燃烧单元用于为发电单元提供发电所需能量；发电单元包括依次连接设置的涡轮4、压气机5和发电机6，涡轮用于带动压气机5和发电机6工作；压气机用于对进入的空气进行压缩并将压缩空气送入高温换热器2。

高温换热器2用于对压气机5排出的压缩气体进行一级加热，燃烧室3用于对高温换热器2排出的高温空气进行二级加热。

作为本实施例的一种优选方案，压气机5一端连接进气管道7且另一端通过第一空气管道8与高温换热器2相连，高温换热器2通过第二空气管道9与燃烧室3相连，燃烧室3通过第三空气管道10连接涡轮4，涡轮4通过第四空气管道11连接燃烧炉1；燃烧炉1通过第一烟气管道12与高温换热器2相连，高温换热器2还连接有排气管道13。

作为本实施例的一种优选方案，涡轮4与压气机5通过第一传动轴14相连，压气机5通过第二传动轴15与发电机6相连。

作为本实施例的一种优选方案，压气机5将压缩空气送入高温换热器2进行一级加热，然后进入燃烧室3进行二级加热，经二级加热后得到的高温空气流经涡轮4带动压气机5和发电机6转动，涡轮4流出的空气进入燃烧炉1燃烧后产生的高温烟气经过高温换热器2与压气机5排出的空气进行换热，换热后的低温烟气经排气管道13排出。

作为本实施例的一种优选方案，高温换热器2上还连接有余热利用设备16。

本实用新型的原理如下：

压气机5排出的压缩空气经高温换热器2后被加热到850-900℃，然后进入燃烧室3，在燃烧室3中与气态或液态燃料混合燃烧，气体温度得到进一步提高，可达1100-1400℃，为常规燃气轮机燃烧室出口温度水平。由于燃烧室3进口的气体温度已经达到850-900℃，所以在相同的出口温度下，本实用新型的燃烧室3中所需的燃料量比常规燃气轮机少很多。由于燃烧室3中的燃料-空气比远低于燃料的化学恰当比，因此燃烧室3排出的气体中仍含有大量氧气，可进入燃烧炉1中继续参与燃烧。

本实用新型燃烧单元的工作过程如下：

压气机5对进入的空气进行压缩，经过压缩后的空气进入高温换热器2，通过热交换来提高压缩空气的温度得到高温压缩空气，得到的高温压缩空气进入燃烧室3与燃料混合后燃烧，从而使气体温度得到进一步提高，燃烧后的气体经涡轮4进入燃烧炉1中参与燃烧，产生的高温烟气流经高温换热器2，对压气机5排出的压缩空气进行加热，换热后的烟气经排气管道13排出。

本实用新型发电单元的工作过程如下：

经过压气机5、高温换热器2和燃烧室3的高温高压空气进入涡轮4，推动涡轮4旋转做功，从而带动压气机5和发电机6运转，将机械能转换为电能。

仿真实验的结果表明，本系统的外燃机效率可达30％以上，而现有技术中的常规外燃机效率通常为20-25％，说明本实用新型可以有效提高系统的效率。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。

需要说明的是，本实施例中涉及到的所有部件，除特殊说明的之外，均为现有技术中可以通过购买获得的部件。

Claims (5)

1.一种双燃烧外燃式燃气轮机系统，其特征在于，包括连接设置的燃烧单元和发电单元，所述燃烧单元用于为发电单元提供发电所需能量；

所述燃烧单元包括连接设置的燃烧炉(1)、高温换热器(2)和燃烧室(3)；

所述发电单元包括依次连接设置的涡轮(4)、压气机(5)和发电机(6)，所述涡轮用于带动压气机(5)和发电机(6)工作；

所述高温换热器(2)用于对压气机(5)排出的压缩气体进行一级加热，所述燃烧室(3)用于对高温换热器(2)排出的高温空气进行二级加热。

2.如权利要求1所述双燃烧外燃式燃气轮机系统，其特征在于，所述压气机(5)一端连接进气管道(7)且另一端通过第一空气管道(8)与高温换热器(2)相连，所述高温换热器(2)通过第二空气管道(9)与燃烧室(3)相连，所述燃烧室(3)通过第三空气管道(10)连接涡轮(4)，所述涡轮(4)通过第四空气管道(11)连接燃烧炉(1)；所述燃烧炉(1)通过第一烟气管道(12)与高温换热器(2)相连，所述高温换热器(2)还连接有排气管道(13)。

3.如权利要求1所述双燃烧外燃式燃气轮机系统，其特征在于，所述涡轮(4)与压气机(5)通过第一传动轴(14)相连，压气机(5)通过第二传动轴(15)与发电机(6)相连。

4.如权利要求1所述双燃烧外燃式燃气轮机系统，其特征在于，所述压气机(5)将压缩空气送入高温换热器(2)进行一级加热，然后进入燃烧室(3)进行二级加热，经二级加热后得到的高温空气流经涡轮(4)带动压气机(5)和发电机(6)转动，涡轮(4)流出的空气进入燃烧炉(1)燃烧后产生的高温烟气经过高温换热器(2)与压气机(5)排出的空气进行换热，换热后的低温烟气经排气管道(13)排出。

5.如权利要求2所述双燃烧外燃式燃气轮机系统，其特征在于，所述排气管道(13)还连接有余热利用设备(16)。

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