CN213807780U - 一种后燃式布雷顿循环发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种后燃式布雷顿循环发电系统，该系统包括旋转回热器、压气机、透平、燃烧室、发电机；从压气机出口连接旋转回热器的空气流道进口，旋转回热器的空气流道出口连接透平进口，透平出口连接燃烧室的空气进口，燃烧室高温烟气出口连接旋转回热器的烟气进口；从压缩机出来的压缩空气被旋转回热器中的储热介质加热，加热后的压缩空气进入透平做功，带动发电机发电；从透平出来的尾气进入燃烧室与燃料进行燃烧形成高温烟气，高温烟气进入旋转回热器的烟气流道加热其内部的储热介质；旋转回热器中储热介质通过旋转进行储热和放热使得系统连续稳定运行。

Description

一种后燃式布雷顿循环发电系统

技术领域

本实用新型涉及布雷顿循环发电系统，尤其涉及一种后燃式布雷顿循环发电系统。

背景技术

目前的世界能源供应体系主要以集中式供能为主。该体系的特点是大容量、高参数、高效率等。尽管其集中发电效率高，但是输电、输热距离远，管线长，投资大，在灵活性和安全性方面存在较大缺陷。相对于集中式能源系统，分布式能源系统小而灵活，并且可以和制冷、供热等结合，总体效率高，其主要特征有：设备小投资少、热电联供效率高、能源多样化、多能互补、环境优化、适应性好。例如我国南方城市多为冬冷夏热，冬天和夏天需要空调制热和制冷，能耗很大。此外，南方供暖考虑其经济性并不适于采用北方“集中供暖”的方式。采用分布式冷热电联供系统，是解决该问题的有效途径。

布雷顿循环（燃气轮机）发电技术运行可靠，适用于多种能源供应系统，其功率范围大，其中微型燃气轮机（功率小于500kW）是适合分布式能源系统的关键发电设备之一。此外，我国农村生物质资源丰富，常用秸秆、木材等作为燃料烧火做饭、焚烧制肥料等，造成比较严重的环境污染，并且效率低下。本实用新型结合布雷顿循环和生物质、可燃垃圾等低热值燃料，提出一种后燃式布雷顿循环发电系统，提高能源的利用效率，降低成本，具有较大经济效益。

以生物质为例，生物质气化发电技术是一种生物质能源化利用的重要方法。生物质气化气可作为布雷顿循环的燃料，但其焦油和灰分含量高，需要经过降温、净化等处理环节。由于生物质气化燃气热值较低，流量大，净化过程需要冷却处理，整体效率低下，投资成本和运行费用高。此外生物质气中含有一定的碱金属和硫化物，对燃气轮机有较大危害。冷却处理时焦油易凝结，堵塞管道，对管道设备有较大影响，无法长期稳定工作。生物质气净化后的废水也会造成二次污染。

发明内容

本实用新型针对以上生物质、垃圾气化低热值燃料在分布式能源系统应用的缺点，提出了一种后燃式布雷顿循环发电系统，避免了气化燃气的冷却以及净化处理过程，提高系统稳定性、可靠性和效率。本实用新型的具体方案如下：

一种后燃式布雷顿循环发电系统，其特征在于包括压气机、旋转回热器、透平、燃烧室，所述旋转回热器包括空气流道和烟气流道，所述压气机出口与所述旋转回热器的空气流道进口相连，所述旋转回热器的空气流道出口与所述透平进口相连，所述透平出口与所述燃烧室空气进口相连，所述燃烧室出口与所述旋转回热器的烟气流道进口相连。

环境空气进入所述压气机的进口，经过压气机压缩后，压缩空气进入所述旋转回热器的空气流道，经过所述旋转回热器加热后的压缩空气进入所述透平内膨胀做功，从透平出口出来的排气进入所述燃烧室，燃料从燃烧室的燃料进口进入，与透平排气进行燃烧，产生高温烟气，高温烟气再进入所述旋转回热器的烟气流道，冷却后从旋转回热器的烟气流道出口排出。

所述旋转回热器内布置储热介质，储热介质具有内部流动通道。所述储热介质在旋转回热器的空气流道和烟气流道内通过旋转的方式来回切换，即储热介质在旋转回热器的烟气流道内被高温烟气加热，加热后的储热介质经过旋转方式进入旋转回热器的空气流道内，被压缩空气冷却。通过上述旋转方式，储热介质不断重复地储热和放热，将高温烟气的热量传递给压缩空气，使得系统连续稳定运行。

所述储热介质为蜂窝陶瓷、泡沫陶瓷、泡沫金属、金属丝网、堆积砂砾、相变材料、热化学储热材料中的一种或者多种。所述的燃烧室所需燃料为天然气、合成气、生物质气化气、煤炭、石油、生物质、可燃废弃物、工业废气中的一种或者多种。

进一步的，该方案还包括发电机，所述的透平通过轴连接所述压气机和发电机，所述发电机最终对外输出电能。

此外，本实用新型方案还包括气化炉，所述气化炉的气化燃气出口与所述燃烧室的燃料进口相连。作为优选，所述气化炉的气化燃气出口分为两路，一路与所述燃烧室的燃料进口相连，另一路与净化器进口相连。气化燃气经过净化器净化，降低了焦油、灰尘等有害物质含量，对外输出干净燃气。

作为优选，增加余热利用装置，所述余热利用装置的烟气进口与所述旋转回热器的烟气流道出口相连。余热利用装置吸收从旋转回热器的烟气流道排出的尾气热量，提高系统能量利用效率。

所述压气机是指能够压缩空气并提供压缩气体的装置；所述透平是指利用高温压缩气体做功的装置；所述储热介质是指利用显热、潜热或者化学能将热量暂时存储并可释放的介质；所述回热器是指将排烟余热回收并加热压缩空气的装置，降低排烟温度。

附图说明

图1是具体实施例1的示意图；

图2是具体实施例2的示意图；

图中：1-压气机；2-旋转回热器；3-燃烧室；4-透平；5-发电机；6-气化炉；7-净化器；8-余热利用装置。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，一种后燃式布雷顿循环发电系统，包括压气机1、旋转回热器2、燃烧室3、透平4、发电机5，旋转回热器2包括空气流道和烟气流道两部分，并填充有储热介质，储热介质可绕轴旋转，在空气流道与烟气流道内切换。压气机1出口与旋转回热器2的空气流道进口相连，旋转回热器2的空气流道出口与透平4的进口相连，透平4的出口与燃烧室3的空气进口相连，燃烧室3的出口与旋转回热器2的烟气流道进口相连。透平4通过轴连接压气机1和发电机5，发电机5最终对外输出电能。

环境空气进入压气机1的进口，经过压气机1压缩后，压缩空气进入旋转回热器2的空气流道，压缩空气被旋转回热器2中的储热介质加热后，进入透平4膨胀做功，从透平4出口出来的排气进入燃烧室3，燃料从燃烧室3的燃料进口进入，与空气进行燃烧，生产高温烟气，高温烟气再进入旋转回热器2的烟气流道，高温烟气被旋转回热器2中的储热介质冷却后从其烟气流道出口排出。

旋转回热器2内布置的储热介质具有内部流动通道。储热介质在旋转回热器2的空气流道和烟气流道内通过旋转的方式来回切换，即储热介质在旋转回热器2的烟气流道内被高温烟气加热，加热后的储热介质经过旋转方式进入旋转回热器2的空气流道内，并被压缩空气冷却。通过上述旋转方式，储热介质不断重复地储热和放热，将高温烟气的热量传递给压缩空气，使得系统连续稳定运行。

储热介质为蜂窝陶瓷、泡沫陶瓷、泡沫金属、金属丝网、堆积砂砾、相变材料、热化学储热材料中的一种或者多种。所述的燃烧室所需燃料为天然气、合成气、生物质气化气、煤炭、石油、生物质、可燃废弃物、工业废气中的一种或者多种。

实施例2

基于实施例1，提出一种以生物质气化燃气作为燃料为例的实施方案。由于生物质气化燃气中含有较多焦油、固体杂质、碱金属以及硫化物等。在常规燃气轮机系统，生物质气化燃气与压缩空气在燃烧室中燃烧，高温高压烟气进入燃气轮机系统中的透平做功，因此在燃烧前，生物质气化燃气必须经过复杂的净化和加压过程。但是净化后含有的较少有害物质仍会对燃气轮机系统中的透平和管道等造成一定危害，降低使用稳定性，减少寿命。

如图2所示，在本实施例中，生物质原料和气化剂（一般为空气、水蒸汽等）进入气化炉6内，发生气化反应，生成气化燃气，一部分气化燃气直接进入燃烧室3内燃烧，燃烧后的烟气进入旋转回热器，不直接进入透平，从而避免了常规利用时气化燃气的冷却净化过程；另一部分气化燃气通过净化器7，通过净化器7的净化，降低气化燃气中的焦油、灰尘等有害物质的含量，对外输出干净的燃气。生物质气化后的灰最终从气化炉6排出。

此外，增加余热利用装置8用来吸收烟气余热，提高系统效率。余热利用装置8的烟气进口与旋转回热器2的烟气流道出口相连。从旋转回热器2的烟气进入余热利用装置8，经过余热利用装置8冷却后排出。

Claims (9)

1.一种后燃式布雷顿循环发电系统，其特征在于包括压气机、旋转回热器、透平、燃烧室，所述旋转回热器包括空气流道和烟气流道，所述压气机出口与所述旋转回热器的空气流道进口相连，所述旋转回热器的空气流道出口与所述透平进口相连，所述透平出口与所述燃烧室空气进口相连，所述燃烧室出口与所述旋转回热器的烟气流道进口相连，烟气从所述旋转回热器的烟气流道出口排出，燃料从所述燃烧室的燃料进口进入，所述旋转回热器内布置储热介质。

2.根据权利要求1所述的一种后燃式布雷顿循环发电系统，其特征在于所述储热介质在旋转回热器的空气流道和烟气流道内通过旋转的方式来回切换。

3.根据权利要求2所述的一种后燃式布雷顿循环发电系统，其特征在于所述储热介质具有内部流动通道，所述储热介质在所述旋转回热器的空气流道内被压缩空气冷却；所述储热介质在所述旋转回热器的烟气流道内被高温烟气加热，所述储热介质通过旋转将高温烟气的热量传递给压缩空气。

4.根据权利要求2或3中任一所述的一种后燃式布雷顿循环发电系统，其特征在于所述的储热介质具有内部气体流道的储热介质，所述储热介质为蜂窝陶瓷、泡沫陶瓷、泡沫金属、金属丝网、堆积砂砾、相变材料、热化学储热材料中的一种或者多种。

5.根据权利要求1、2或3中任一所述的一种后燃式布雷顿循环发电系统，其特征在于所述的燃烧室所需燃料为天然气、合成气、生物质气化气、煤炭、石油、生物质、可燃废弃物、工业废气中的一种或者多种。

6.根据权利要求1、2或3中任一所述的一种后燃式布雷顿循环发电系统，其特征在于还包括发电机，所述的透平通过轴连接所述压气机和发电机，所述发电机最终对外输出电能。

7.根据权利要求1、2或3中任一所述的一种后燃式布雷顿循环发电系统，其特征在于还包括气化炉，所述气化炉的气化燃气出口与所述燃烧室的燃料进口相连。

8.根据权利要求7所述的一种后燃式布雷顿循环发电系统，其特征在于所述的气化炉的气化燃气出口分为两路，一路与所述燃烧室的燃料进口相连，另一路与净化器进口相连。

9.根据权利要求1、2或3中任一所述的一种后燃式布雷顿循环发电系统，其特征在于还包括余热利用装置，所述旋转回热器的烟气流道出口与所述余热利用装置的烟气进口相连。

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