CN214366403U - 微型燃气轮机和蒸汽换热器联合系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种微型燃气轮机和蒸汽换热器联合系统，包括微型燃气轮机和蒸汽换热器；所述微型燃气轮机包括依次连通的空压机、燃烧室和透平；所述蒸汽换热器包括换热器本体，换热器本体内设有冷流体列管，换热器本体的左右两端各设有一管板，冷流体列管的两头分别固定于两端的管板上且两头通透；换热器本体的左右两端各设有一封头，封头的内腔与冷流体列管连通；换热器本体的底部侧壁上设有热流体入口，顶部侧壁上设有热流体出口。本实用新型将燃气轮机用作热发生器，其产生的高温尾气用于通入蒸汽换热器换热，以实现将蒸汽换热器内的低温液体转化为高温液体的目的，起到回收废气余热的作用，可有效提高燃气轮机的效率，减少能源浪费。

Description

微型燃气轮机和蒸汽换热器联合系统

技术领域

本实用新型涉及联合供能系统，尤其涉及一种微型燃气轮机和蒸汽换热器联合系统。

背景技术

分布式能源系统集节能、环保和高安全性等优势于一身，是缓解能源危机，减少环境污染和温室气体排放，提高能源安全性，实现可持续发展战略的有效途径。作为分布式能源系统的重要发展方向，微型燃气轮机是提供清洁、可靠、高质量、多用途的小型分布式能源的最佳方式之一，目前在美国、日本、欧盟等发达国家和地区及国内发展迅速。基于微型燃气轮机的分布式能源系统由于其尺寸小重量轻、燃料适应性强、燃料消耗率低、噪音震动小、污染排放低及维护费用低等优势有望广泛应用到居民楼、办公楼等场合。但现有的微型燃气轮机的分布式能源系统，仍存在排出的高温废气的余热未被高效利用、热循环效率不高，造成能源浪费等不足之处。

发明内容

针对上述现有技术，本实用新型提供了一种微型燃气轮机和蒸汽换热器联合系统，通过蒸汽换热器回收燃气轮机产生的余热，以尽可能地提高燃气轮机的效率，减少能源浪费。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种微型燃气轮机和蒸汽换热器联合系统，包括微型燃气轮机和蒸汽换热器；

所述微型燃气轮机包括依次连通的空压机、燃烧室和透平，空压机和透平同轴；透平与蒸汽换热器连通；工作时，工质通过空压机压缩后进入燃烧室，在燃烧室内与燃气混合后燃烧，推动透平做功；

所述蒸汽换热器包括换热器本体，换热器本体内设有冷流体列管，换热器本体的左右两端各设有一管板，冷流体列管的两头分别固定于两端的管板上且两头通透；换热器本体的左右两端各设有一封头，封头的内腔与冷流体列管连通；两个封头上各设有一个开口，其中一个作为冷流体入口，另一个作为冷流体出口；换热器本体的底部侧壁上设有热流体入口，换热器本体的顶部侧壁上设有热流体出口；工作时，冷流体从冷流体入口进入，流经冷流体列管后从冷流体出口流出；热流体从热流体入口进入，从热流体出口排出。

进一步的，所述换热器本体内设有若干挡流板，挡流板位于热流体入口和热流体出口之间，挡流板的一端固定在换热器本体的顶部侧壁或底部侧壁上，另一端与换热器本体的底部侧壁或顶部侧壁间隔一定距离，挡流板交错排列(即：若某一块挡流板固定在换热器本体的顶部侧壁上，则与之相邻的挡流板固定在换热器本体的底部侧壁上；若某一块挡流板固定在换热器本体的底部侧壁上，则与之相邻的挡流板固定在换热器本体的顶部侧壁上)，从而在换热器本体的顶部侧壁、底部侧壁和挡流板之间形成蛇形通道；挡流板上设有孔洞以供冷流体列管穿过。工作时，热流体从热流体入口进入后，沿蛇形通道流动，从热流体出口流出，如此可有效延长热流体在换热器本体内的时间，进而延长冷流体和热流体热交换的时间，提高换热效率。

进一步的，所述热流体入口与冷流体入口之间的距离，大于热流体出口与冷流体入口之间的距离(即热流体出口与热流体入口相比，更靠近冷流体入口)，如此可有利于冷流体和热流体的热交换，提高换热效率。

进一步的，所述微型燃气轮机还包括启发一体式电机，启发一体式电机与空压机、透平同轴；工作时，启发一体式电机先作为电动机带动空压机启动，待加速到能独立运行后，则作为发电机发电：气体在燃烧室燃烧后推动透平做功，进而带动启发一体式电机发电。

进一步的，为提高燃烧室的燃烧效率，所述微型燃气轮机还包括回热器，回热器内具有相互隔离且紧贴的第一通道和第二通道，第一通道具有第一进口和第一出口，第二通道具有第二进口和第二出口；第一进口与空压机的排气端连通，第一出口与燃烧室的进气端连通；燃烧室的排气端与透平的进气端连通；第二进口与透平的排气端连通，第二出口与蒸汽换热器连通。第一通道用于将从空压机中排出的高温高压工质输送至燃烧室内，而第二通道用于将从透平排出的高温尾气进行排放。由于第一通道和第二通道相互隔离且紧贴，在第一通道内流动的高温高压工质与在第二通道内流动的高温尾气进行热交换，如此，既能够进一步的提高在第一通道内流动的高温高压工质的温度，用以提高进入燃烧室内工质的温度，提高燃烧效率，又能降低在第二通道内流动的高温尾气的温度，降低排放出去的尾气的温度。虽然增加回热器降低了蒸汽换热器的效率，但是提高了燃气轮机的效率，系统的总体效率并不会降低，具体使用时可以根据工况选择设置或者不设置回热器。

进一步的，为充分利用自然能源，本实用新型还可以引入太阳能，包括太阳能反射镜、太阳能收集装置，太阳能收集装置设在微型燃气轮机上；微型燃气轮机位于太阳能反射镜上方或下方，并使太阳能收集装置位于太阳能反射镜(比如碟式反光镜)聚点上。

进一步的，所述太阳能收集装置为吸热板，吸热板包覆在回热器外壳上，或作为回热器的部分或全部外壳。光照增加了日间回热器上聚集的热量，可以使系统产生更多的电能和热，提高效率。

本实用新型的微型燃气轮机和蒸汽换热器联合系统，工作流程为：启发一体式电机带动空压机启动(或采用起动机带动空压机启动，待加速到能独立运行后，脱开起动机)，空压机连续的吸入工质(比如空气)，并将其压缩；压缩后的工质通过气道或管路通入燃烧室，在燃烧室内与通过喷嘴雾化的燃气混合后燃烧生成高温高压的气体；高温高压的气体再进入到透平中膨胀做功，推动透平转动并带动空压机和启发一体式电机一起高速旋转，将气体或液体燃料的化学能部分转化为机械功，并输出电功；气体经透平做功后，作为热流体通过热流体入口进入蒸汽换热器，同时，通过冷流体入口通入冷流体(比如常温水)，热流体在换热器本体内流动(设置有蛇形通道时，热流体在蛇形通道内流动)，冷流体在冷流体列管内流动，热流体与冷流体进行热交换，冷流体出口流出温度较高的流体，热流体出口流出温度较低的流体，完成换热过程。设置有回热器时，经空压机压缩的工质通过第一进口进入回热器的第一通道内，然后通过第一出口进入燃烧室，与燃气混合后燃烧生成高温高压的气体，进入透平，推动透平做功后，高温尾气通过第二进口进入回热器的第二通道，与压缩的工质进行热交换后，通过第二出口流出，作为热流体流入蒸汽换热器。

本实用新型的微型燃气轮机和蒸汽换热器联合系统，将燃气轮机用作热发生器，其产生的高温尾气用于通入蒸汽换热器换热，以实现将蒸汽换热器内的低温液体转化为高温液体的目的，起到回收废气余热的作用，可有效提高燃气轮机的效率，减少能源浪费。本实用新型还可以设置回热器，利用太阳能，从而使微型燃气轮机的效率更高。

本实用新型使用的各种术语和短语具有本领域技术人员公知的一般含义。提及的术语和短语如有与公知含义不一致的，以本实用新型表述的含义为准。

附图说明

图1：实施例1的微型燃气轮机和蒸汽换热器联合系统示意图。

图2：蒸汽换热器的结构示意图。

图3：换热器本体的横截面结构示意图。

图4：实施例2的微型燃气轮机和蒸汽换热器联合系统示意图。

图5：实施例3的微型燃气轮机和蒸汽换热器联合系统示意图。

其中，101、回热器；1011、第一进口；1012、第一出口；1013、第二进口；1014、第二出口；102、空压机；103、启发一体式电机；104、透平；105、燃烧室；2、太阳能反射镜；21、太阳能收集装置；3、蒸汽换热器；31、换热器本体；32、冷流体列管；33、挡流板；34、冷流体出口；35、冷流体出口；36、热流体入口；37、热流体出口；38、管板；39、封头。

具体实施方式

下面结合附图、实施例等，进一步阐述本实用新型。

实施例1微型燃气轮机和蒸汽换热器联合系统

一种微型燃气轮机和蒸汽换热器联合系统，包括微型燃气轮机和蒸汽换热器3。

所述微型燃气轮机包括空压机102、启发一体式电机103、透平104和燃烧室105，如图1所示，空压机102、启发一体式电机103和透平104同轴，空压机102、燃烧室105和透平104依次连通；透平104与蒸汽换热器3连通。

所述蒸汽换热器3包括换热器本体31，如图2所示，换热器本体31内设有冷流体列管32，换热器本体31的左右两端各设有一管板38，冷流体列管32的两头分别固定于两端的管板38上且两头通透；换热器本体31的左右两端各设有一封头39，封头39的内腔与冷流体列管32连通；两个封头上各设有一个开口，其中一个作为冷流体入口34，另一个作为冷流体出口35；换热器本体31的底部侧壁上设有热流体入口36，换热器本体31的顶部侧壁上设有热流体出口37。工作时，冷流体从冷流体入口34进入，流经冷流体列管32后从冷流体出口35流出；热流体从热流体入口36进入，从热流体出口37排出。

所述换热器本体31内设有若干挡流板33，挡流板33位于热流体入口36和热流体出口37之间，挡流板33的一端固定在换热器本体31的顶部侧壁或底部侧壁上，另一端与换热器本体31的底部侧壁或顶部侧壁间隔一定距离，挡流板33交错排列(即：若某一块挡流板33固定在换热器本体31的顶部侧壁上，则与之相邻的挡流板33固定在换热器本体31的底部侧壁上；若某一块挡流板33固定在换热器本体31的底部侧壁上，则与之相邻的挡流板33固定在换热器本体31的顶部侧壁上)，从而在换热器本体31的顶部侧壁、换热器本体31的底部侧壁和挡流板33之间形成蛇形通道；挡流板33上设有孔洞以供冷流体列管32穿过(如图3所示)。工作时，热流体从热流体入口36进入后，沿蛇形通道流动，从热流体出口37流出，如此可有效延长热流体在换热器本体31内的时间，进而延长冷流体和热流体热交换的时间，提高换热效率。

所述热流体入口36与冷流体入口34之间的距离，大于热流体出口37与冷流体入口34之间的距离(即热流体出口37与热流体入口36相比，更靠近冷流体入口34)，如此可有利于冷流体和热流体的热交换，提高换热效率。

工作流程为：启发一体式电机103带动空压机102启动，空压机102连续的吸入工质(比如空气)，并将其压缩；压缩后的工质通过气道或管路通入燃烧室105，在燃烧室105内与通过喷嘴雾化的燃气混合后燃烧生成高温高压的气体；高温高压的气体再进入到透平104中膨胀做功，推动透平104转动并带动空压机102和启发一体式电机103一起高速旋转，将气体或液体燃料的化学能部分转化为机械功，并输出电功；气体经透平104做功后，作为热流体通过热流体入口36进入蒸汽换热器3，同时，通过冷流体入口34通入冷流体(比如常温水)，热流体在蛇形通道内流动，冷流体在冷流体列管32内流动，热流体与冷流体进行热交换，冷流体出口35流出温度较高的流体，热流体出口37流出温度较低的流体，完成换热过程。

实施例2微型燃气轮机和蒸汽换热器联合系统

一种微型燃气轮机和蒸汽换热器联合系统，包括微型燃气轮机和蒸汽换热器3。

所述微型燃气轮机包括回热器101、空压机102、启发一体式电机103、透平104和燃烧室105，如图4所示，空压机102、启发一体式电机103和透平104同轴。

所述回热器101内具有相互隔离且紧贴的第一通道和第二通道，第一通道具有第一进口1011和第一出口1012，第二通道具有第二进口1013和第二出口1014；第一进口1011与空压机102的排气端连通，第一出口1012与燃烧室105的进气端连通；燃烧室105的排气端与透平104的进气端连通；第二进口1013与透平104的排气端连通，第二出口1014与蒸汽换热器3连通。第一通道用于将从空压机中排出的高温高压工质输送至燃烧室内，而第二通道用于将从透平排出的高温尾气进行排放。

所述蒸汽换热器3包括换热器本体31，如图2所示，换热器本体31内设有冷流体列管32，换热器本体31的左右两端各设有一管板38，冷流体列管32的两头分别固定于两端的管板38上且两头通透；换热器本体31的左右两端各设有一封头39，封头39的内腔与冷流体列管32连通；两个封头上各设有一个开口，其中一个作为冷流体入口34，另一个作为冷流体出口35；换热器本体31的底部侧壁上设有热流体入口36，换热器本体31的顶部侧壁上设有热流体出口37。工作时，冷流体从冷流体入口34进入，流经冷流体列管32后从冷流体出口35流出；热流体从热流体入口36进入，从热流体出口37排出。

所述换热器本体31内设有若干挡流板33，挡流板33位于热流体入口36和热流体出口37之间，挡流板33的一端固定在换热器本体31的顶部侧壁或底部侧壁上，另一端与换热器本体31的底部侧壁或顶部侧壁间隔一定距离，挡流板33交错排列(即：若某一块挡流板33固定在换热器本体31的顶部侧壁上，则与之相邻的挡流板33固定在换热器本体31的底部侧壁上；若某一块挡流板33固定在换热器本体31的底部侧壁上，则与之相邻的挡流板33固定在换热器本体31的顶部侧壁上)，从而在换热器本体31的顶部侧壁、换热器本体31的底部侧壁和挡流板33之间形成蛇形通道；挡流板33上设有孔洞以供冷流体列管32穿过(如图3所示)。工作时，热流体从热流体入口36进入后，沿蛇形通道流动，从热流体出口37流出，如此可有效延长热流体在换热器本体31内的时间，进而延长冷流体和热流体热交换的时间，提高换热效率。

所述热流体入口36与冷流体入口34之间的距离，大于热流体出口37与冷流体入口34之间的距离(即热流体出口37与热流体入口36相比，更靠近冷流体入口34)，如此可有利于冷流体和热流体的热交换，提高换热效率。

工作流程为：启发一体式电机103带动空压机102启动，空压机102连续的吸入工质(比如空气)，并将其压缩；压缩后的工质通过第一进口1011进入回热器101，然后通过第一出口1012进入燃烧室105，在燃烧室105内与通过喷嘴雾化的燃气混合后燃烧生成高温高压的气体；高温高压的气体再进入到透平104中膨胀做功，推动透平104转动并带动空压机102和启发一体式电机103一起高速旋转，将气体或液体燃料的化学能部分转化为机械功，并输出电功；气体经透平104做功后，通过第二进口1013进入回热器101，在回热器101内换热(压缩的工质与高温尾气换热)后，通过第二出口1014进入蒸汽换热器3(作为热流体)，同时，通过冷流体入口34通入冷流体(比如常温水)，热流体在蛇形通道内流动，冷流体在冷流体列管32内流动，热流体与冷流体进行热交换，冷流体出口35流出温度较高的流体，热流体出口37流出温度较低的流体，完成换热过程。

实施例3微型燃气轮机和蒸汽换热器联合系统

一种微型燃气轮机和蒸汽换热器联合系统，包括微型燃气轮机和蒸汽换热器3。

所述微型燃气轮机包括回热器101、空压机102、启发一体式电机103、透平104和燃烧室105，如图5所示，空压机102、启发一体式电机103和透平104同轴。

所述回热器101内具有相互隔离且紧贴的第一通道和第二通道，第一通道具有第一进口1011和第一出口1012，第二通道具有第二进口1013和第二出口1014；第一进口1011与空压机102的排气端连通，第一出口1012与燃烧室105的进气端连通；燃烧室105的排气端与透平104的进气端连通；第二进口1013与透平104的排气端连通，第二出口1014与蒸汽换热器3连通。第一通道用于将从空压机中排出的高温高压工质输送至燃烧室内，而第二通道用于将从透平排出的高温尾气进行排放。

所述微型燃气轮机还包括太阳能反射镜2、太阳能收集装置21，太阳能收集装置21设在微型燃气轮机上；微型燃气轮机位于太阳能反射镜2上方，并使太阳能收集装置21位于太阳能反射镜2(比如碟式反光镜)聚点上。所述太阳能收集装置2为吸热板，吸热板包覆在回热器101外壳上，或作为回热器101的部分或全部外壳。光照增加了日间回热器101上聚集的热量，可以使系统产生更多的电能和热，提高效率。

所述蒸汽换热器3包括换热器本体31，如图2所示，换热器本体31内设有冷流体列管32，换热器本体31的左右两端各设有一管板38，冷流体列管32的两头分别固定于两端的管板38上且两头通透；换热器本体31的左右两端各设有一封头39，封头39的内腔与冷流体列管32连通；两个封头上各设有一个开口，其中一个作为冷流体入口34，另一个作为冷流体出口35；换热器本体31的底部侧壁上设有热流体入口36，换热器本体31的顶部侧壁上设有热流体出口37。工作时，冷流体从冷流体入口34进入，流经冷流体列管32后从冷流体出口35流出；热流体从热流体入口36进入，从热流体出口37排出。

所述换热器本体31内设有若干挡流板33，挡流板33位于热流体入口36和热流体出口37之间，挡流板33的一端固定在换热器本体31的顶部侧壁或底部侧壁上，另一端与换热器本体31的底部侧壁或顶部侧壁间隔一定距离，挡流板33交错排列(即：若某一块挡流板33固定在换热器本体31的顶部侧壁上，则与之相邻的挡流板33固定在换热器本体31的底部侧壁上；若某一块挡流板33固定在换热器本体31的底部侧壁上，则与之相邻的挡流板33固定在换热器本体31的顶部侧壁上)，从而在换热器本体31的顶部侧壁、换热器本体31的底部侧壁和挡流板33之间形成蛇形通道；挡流板33上设有孔洞以供冷流体列管32穿过(如图3所示)。工作时，热流体从热流体入口36进入后，沿蛇形通道流动，从热流体出口37流出，如此可有效延长热流体在换热器本体31内的时间，进而延长冷流体和热流体热交换的时间，提高换热效率。

所述热流体入口36与冷流体入口34之间的距离，大于热流体出口37与冷流体入口34之间的距离(即热流体出口37与热流体入口36相比，更靠近冷流体入口34)，如此可有利于冷流体和热流体的热交换，提高换热效率。

工作流程为：启发一体式电机103带动空压机102启动，空压机102连续的吸入工质(比如空气)，并将其压缩；压缩后的工质通过第一进口1011进入回热器101，然后通过第一出口1012进入燃烧室105，在燃烧室105内与通过喷嘴雾化的燃气混合后燃烧生成高温高压的气体；高温高压的气体再进入到透平104中膨胀做功，推动透平104转动并带动空压机102和启发一体式电机103一起高速旋转，将气体或液体燃料的化学能部分转化为机械功，并输出电功；气体经透平104做功后，通过第二进口1013进入回热器101，在回热器101内换热(压缩的工质与高温尾气换热)后，通过第二出口1014进入蒸汽换热器3(作为热流体)，同时，通过冷流体入口34通入冷流体(比如常温水)，热流体在蛇形通道内流动，冷流体在冷流体列管32内流动，热流体与冷流体进行热交换，冷流体出口35流出温度较高的流体，热流体出口37流出温度较低的流体，完成换热过程。

本领域技术人员应当理解，以上描述仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外，在阅读了本实用新型的内容之后，本领域技术人员在不改变技术构思的情况下，运用本实用新型技术特征的等同特征而组合形成的技术方案也落入本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种微型燃气轮机和蒸汽换热器联合系统，其特征在于：包括微型燃气轮机和蒸汽换热器；

所述微型燃气轮机包括依次连通的空压机、燃烧室和透平，空压机和透平同轴；透平与蒸汽换热器连通；

所述蒸汽换热器包括换热器本体，换热器本体内设有冷流体列管，换热器本体的左右两端各设有一管板，冷流体列管的两头分别固定于两端的管板上且两头通透；换热器本体的左右两端各设有一封头，封头的内腔与冷流体列管连通；两个封头上各设有一个开口，其中一个作为冷流体入口，另一个作为冷流体出口；换热器本体的底部侧壁上设有热流体入口，换热器本体的顶部侧壁上设有热流体出口。

2.根据权利要求1所述的微型燃气轮机和蒸汽换热器联合系统，其特征在于：所述换热器本体内设有若干挡流板，挡流板位于热流体入口和热流体出口之间，挡流板的一端固定在换热器本体的顶部侧壁或底部侧壁上，另一端与换热器本体的底部侧壁或顶部侧壁间隔一定距离，挡流板交错排列，从而在换热器本体的顶部侧壁、底部侧壁和挡流板之间形成蛇形通道；挡流板上设有孔洞以供冷流体列管穿过。

3.根据权利要求1所述的微型燃气轮机和蒸汽换热器联合系统，其特征在于：所述热流体入口与冷流体入口之间的距离，大于热流体出口与冷流体入口之间的距离。

4.根据权利要求1所述的微型燃气轮机和蒸汽换热器联合系统，其特征在于：所述微型燃气轮机还包括启发一体式电机，启发一体式电机与空压机、透平同轴。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的微型燃气轮机和蒸汽换热器联合系统，其特征在于：所述微型燃气轮机还包括回热器，回热器内具有相互隔离且紧贴的第一通道和第二通道，第一通道具有第一进口和第一出口，第二通道具有第二进口和第二出口；第一进口与空压机的排气端连通，第一出口与燃烧室的进气端连通；燃烧室的排气端与透平的进气端连通；第二进口与透平的排气端连通，第二出口与蒸汽换热器连通。

6.根据权利要求5所述的微型燃气轮机和蒸汽换热器联合系统，其特征在于：还包括太阳能反射镜、太阳能收集装置，太阳能收集装置设在微型燃气轮机上；微型燃气轮机位于太阳能反射镜上方或下方，并使太阳能收集装置位于太阳能反射镜聚点上。

7.根据权利要求6所述的微型燃气轮机和蒸汽换热器联合系统，其特征在于：所述太阳能收集装置为吸热板，吸热板包覆在回热器外壳上，或作为回热器的部分或全部外壳。

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