CN216111017U - 一种燃烧固态燃料的燃气轮机 - Google Patents

Abstract

一种燃烧固态燃料的燃气轮机属于燃气轮机技术领域。本实用新型包括压气机、燃烧装置和涡轮，其特征在于，所述燃烧装置包括固态燃烧室、再燃烧室、燃料添加室、炉灰排放室，所述固态燃烧室内安装有炉箅子，所述燃料添加室与所述固态燃烧室连通，所述燃料添加室与所述固态燃烧室的连通处位于所述炉箅子的上方，所述燃料添加室上设置有燃料添加门，所述炉灰排放室与所述固态燃烧室连通，所述炉灰排放室与所述固态燃烧室的连通处位于所述炉箅子的下方，所述炉灰排放室上设置有炉灰排放门，所述固态燃烧室的上部与所述再燃烧室连通。本实用新型能够以煤或其它固态含碳燃料为主要燃料，结构简单，功率输出成本更低廉，并且温度、压力及转速控制更稳定。

Description

一种燃烧固态燃料的燃气轮机

技术领域

本实用新型属于燃气轮机技术领域，具体地是涉及一种燃烧固态燃料的燃气轮机。

背景技术

燃气轮机是现有的一种很常见的热机。燃气轮机主要是通过燃烧燃油或燃气对空气进行加温膨胀，膨胀的空气推动涡轮（透平）做功并输出动力，燃气轮机用于做功的热效率一般为40%左右，虽然采用余热锅炉可提高效率20%左右，但由于燃油和燃气的价格都较贵，因而导致了动力输出成本较高。

近年以来，国内外多家公司开展了一系列对燃煤燃机的研究工作，基本都为燃烧水煤浆的形式，其对燃机工作状态（转速）及涡轮温度的控制也都与普通燃机类似，即以控制燃料的供给速度的方式对燃机的燃烧速度进行控制。但是，水煤浆的制造成本也比较高，并且由于水煤浆中煤的浓度不易控制均匀，对燃机工作状态的控制也不够理想。另外，少数公司进行了对煤粉燃机的研究，但是由于煤粉随空气流动需要另外的专用设备分离，并且其控制原理也是以控制燃料的供给速度的方式对燃机的燃烧速度进行控制的，由于煤粉的供给量不易控制，因此对燃机工作状态的控制效果也较差。

发明内容

本实用新型就是针对上述问题，弥补现有技术的不足，提供一种燃烧固态燃料的燃气轮机；本实用新型能够以煤或其它固态含碳燃料为主要燃料，结构简单，功率输出成本更低廉，并且温度、压力及转速控制更稳定。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案。

本实用新型提供一种燃烧固态燃料的燃气轮机，包括压气机、燃烧装置和涡轮，其特征在于，所述燃烧装置包括固态燃烧室、再燃烧室、燃料添加室、炉灰排放室，所述固态燃烧室内安装有炉箅子，所述燃料添加室与所述固态燃烧室连通，所述燃料添加室与所述固态燃烧室的连通处位于所述炉箅子的上方，所述燃料添加室上设置有燃料添加门，所述炉灰排放室与所述固态燃烧室连通，所述炉灰排放室与所述固态燃烧室的连通处位于所述炉箅子的下方，所述炉灰排放室上设置有炉灰排放门，所述固态燃烧室的上部与所述再燃烧室连通，所述固态燃烧室在所述炉箅子下方还设置有第一进气口，所述第一进气口与所述压气机的出口连通，所述再燃烧室上设置有第二进气口，所述第二进气口也与所述压气机的出口连通，所述再燃烧室还与所述涡轮的入口连通。

进一步地，所述固态燃烧室内设置有搅拌器，所述搅拌器设置在所述炉箅子的上方，用于搅动堆积在所述炉箅子上的固态燃料。

进一步地，所述固态燃烧室内设置有作动器，所述作动器与所述炉箅子相对应，用于带动所述炉箅子运动。

进一步地，配合所述炉箅子设置有重量计量装置。

进一步地，所述燃料添加室与所述固态燃烧室的连接位置设置有燃料密闭门，所述炉灰排放室与所述固态燃烧室的连接位置设置有炉灰密闭门。

进一步地，在所述第一进气口处设置有喷水喷嘴，所述喷水喷嘴通过管路与所述固态燃烧室外部的水源连接，所述喷水喷嘴与所述水源之间设置有水流量控制阀。

进一步地，在所述再燃烧室内部设置有燃油燃气喷嘴，所述燃油燃气喷嘴通过管路与再燃烧室外部的油源气源连接，所述燃油燃气喷嘴与所述油源气源之间设置有油气量控制阀。

进一步地，所述第一进气口与所述压气机的出口之间设置有第一供气量控制阀，在所述第二进气口与所述压气机的出口之间设置有第二供气量控制阀。

进一步地，所述固态燃烧室的上部设置有一次燃气温度传感器，所述再燃烧室内设置有二次燃气温度传感器，所述涡轮上配合设置有转速传感器。

进一步地，所述涡轮还与余热锅炉连通。

本实用新型的有益效果。

本实用新型能够燃烧煤或其它固态含碳燃料，并且能够对燃烧室温度、压气机供气量及涡轮转速等进行控制。与其它燃煤燃机或燃气轮机相比，结构更简单，能够提高机组的热效率的同时，功率输出成本更低。与蒸汽轮机相比，从启动至产生动力需要的时间短，对于某些急需动力的场合也同样适用，并且直接采用燃气推动涡轮，减少了使用蒸汽轮机时对水的消耗，同样动力输出成本更低。

附图说明

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的炉箅子的俯视图。

图3是本实用新型的搅拌器的俯视图。

图中标记：1为压气机、2为涡轮、3为固态燃烧室、4为再燃烧室、5为燃料添加室、6为炉灰排放室、7为炉箅子、8为燃料添加门、9为炉灰排放门、10为第一进气口、11为第二进气口、12为搅拌器、13为作动器、14为重量计量装置、15为燃料密闭门、16为炉灰密闭门、17为喷水喷嘴、18为水源、19为水流量控制阀、20为燃油燃气喷嘴、21为油源气源、22为油气量控制阀、23为第一供气量控制阀、24为第二供气量控制阀、25为一次燃气温度传感器、26为二次燃气温度传感器、27为转速传感器、28为余热锅炉、29为固态燃料。

具体实施方式

结合附图所示，本实施方式提供了一种燃烧固态燃料的燃气轮机，包括压气机1、燃烧装置、涡轮2。压气机1对空气做功并将空气的压力提高，采用离心式或轴流式压气机1。涡轮2为压气机1提供动力源，在燃气轮机开始起动的过程中压气机1可以由起动机带动，待涡轮2能够产生足够的功率后再将起动机脱开，完全由涡轮2提供动力。

燃烧装置包括固态燃烧室3、再燃烧室4、燃料添加室5、炉灰排放室6。

固态燃烧室3是固态燃料29初始燃烧的场所，固态燃烧室3的中部安装有炉箅子7，固态燃料29在炉箅子7上进行堆积并燃烧。固态燃烧室3内设置有搅拌器12或作动器13。当设置的是搅拌器12时，搅拌器12设置在炉箅子7的上方，用于搅动堆积在炉箅子7上的固态燃料29；当设置的是作动器13时，作动器13与炉箅子7相对应，当作动器运动时可以用于带动炉箅子7运动。这两种方式都能够使炉箅子7上的固态燃料29燃烧更加均匀，使贫氧燃烧的情况下，几乎所有的氧气都能够参与燃烧；并且固态燃料29在燃烧后会残留有炉灰，这时需要将炉灰从固态燃料29中分离出去，以免影响后续的燃烧，通过搅拌器12对固态燃料29的搅拌或者作动器13对炉箅子7的作动，使固态燃料29与炉箅子7之间产生相对运动将炉灰与固态燃料29分离，分离下来的颗粒小的炉灰将通过炉箅子7上的小孔跌落下来，而固态燃料29将保留在炉箅子7之上。

配合炉箅子7设置有重量计量装置14，由于固态燃烧室3内剩余的固态燃料29量将影响到固态燃料29的燃烧速度，因此通过重量计量装置14来称量炉箅子7上面的固态燃料29的剩余重量，反馈给控制元件后再判断是否需要再添加固态燃料29。

燃料添加室5与固态燃烧室3连通，连通处位于炉箅子7的上方，这样从燃料添加室5进入到固态燃烧室3内的固态燃料29可以通过重力掉落到炉箅子7上，燃料添加室5上设置有燃料添加门8，燃料添加室5与固态燃烧室3的连接位置设置有燃料密闭门15。燃料密闭门15与燃料添加门8处于常闭状态，当本燃气轮机需要添加固态燃料29时，为避免中途添加固态燃料29使固态燃烧室3内的高压气体泄露而造成燃机的压力损失，先将燃料添加门8打开并将固态燃料29送入至燃料添加室5，送入后关闭燃料添加门8，再控制将燃料密闭门15打开，使固态燃料29进入固态燃烧室3后关闭燃料密闭门15。

炉灰排放室6设置与固态燃烧室3连通，连通处位于炉箅子7的下方，这样从炉箅子7掉落的炉灰可以通过重力从连通处掉落至炉灰排放室6中，炉灰排放室6与固态燃烧室3的连接位置设置有炉灰密闭门16，炉灰排放室6上设置有炉灰排放门9。分离下来的炉灰将跌落至炉灰密闭门16之上，跌落在炉灰密闭门16之上的炉灰在打开炉灰密闭门16时会跌落至炉灰排放室6内。同样为避免中途添加固态燃料29使固态燃烧室3内的高压气体泄露而造成燃机的压力损失，当炉灰进入到炉灰排放室6内后，控制炉灰密闭门16关闭，然后再打开炉灰排放门9将炉灰从燃烧装置排出，之后再将炉灰排放门9关闭。

固态燃烧室3的上部与再燃烧室4连通，固态燃烧室3的中下部的侧壁上设置有第一进气口10，位于固态燃烧室3中部的炉箅子7下面，可以降低炉箅子7的温度。

第一进气口10与压气机1的出口连通，为了控制流向固态燃烧室3的高压空气流量，使固态燃烧室3的固态燃料29燃烧始终处于贫氧的燃烧状态，压气机1选用可控制气流流量的压力机，或者在第一进气口10与压气机1的出口之间设置第一供气量控制阀23，此时流向固态燃烧室3的高压空气流量就大致决定了固态燃料29的燃烧速度，也就大致决定了本燃气轮机的做功能力。当本燃气轮机输出功率需要增加时，在保持固态燃料29处于贫氧燃烧状态下，增加通往固态燃烧室3的高压气流流量；当本燃气轮机的输出功率需要降低时，减少通往固态燃烧室3的高压气流流量。

如何判断固态燃料29是否为贫氧燃烧状态，可以采用如下方法：在固态燃料29充足且已被点燃的情况下，出现以下任一种情况则可判定为固态燃料29处于贫氧燃烧状态：1、当通往固态燃烧室3的气流流量减少时，一次燃气（固态燃烧室3中固态燃料29燃烧后形成的燃气）温度降低；2、当通往固态燃烧室3的气流流量减少时，本燃气轮机做功能力降低或者需要增加再燃烧室4燃油燃气供给量才能维持做功能力不降低；3、当通往固态燃烧室3的气流流量增加时，一次燃气温度升高；4、当通往固态燃烧室3的气流流量增加时，本燃气轮机做功能力提高或者需要减少再燃烧室4燃油燃气供给量才能保持做功的能力的不增加。

再燃烧室4侧壁上设置有第二进气口11，第二进气口11也与压气机1的出口连通。再燃烧室4还与涡轮2的入口连通。在固态燃烧室3燃烧后的一次燃气与从第二进气口11进入的高压空气掺混并再次进行富氧燃烧，燃烧后形成的二次燃烧燃气流入涡轮2并推动涡轮2做功。

为了通过控制通往再燃烧室4的气流流量，来实现涡轮2前的温度控制，从而提高燃气轮机的效率，在第二进气口11与压气机1的出口之间设置有第二供气量控制阀24，通过控制进入到再燃烧室4气流流量进行降温来维持再燃烧室4与涡轮2连接处的温度。

固态燃烧室3内的固态燃料29燃烧温度如果过高会产生氮氧化物，对空气质量产生不良影响。因此，在第一进气口10处设置喷水喷嘴17，喷水喷嘴17通过管路与固态燃烧室3外部的水源18连接，喷水喷嘴17与水源18之间设置有水流量控制阀19。向固态燃烧室3通入水并从喷水喷嘴17喷出，向第一进气口10处进入的高压空气中掺入水，水与炭进行化学反应形成氢气和一氧化碳并吸收热量，使固态燃料29燃烧区域温度降低。固态燃烧室3的上部设置有一次燃气温度传感器25，通过一次燃气温度传感器25监测固态燃烧室3中的温度，并通过水流量控制阀19控制水的通入流量即可实现燃烧温度的控制，进而能够控制燃气排放造成的污染。使用时可设定某一温度区间为目标温度，当一次燃气温度高于目标温度上限时，增加喷水量；当一次燃气温度低于目标温度下限时，减少喷水量。

由于只由固态燃料29燃烧所提供的热功率会不足以支撑燃机的需求，因此在再燃烧室4内部设置有燃油燃气喷嘴20，燃油燃气喷嘴20通过管路与再燃烧室4外部的油源气源21连接，通过再燃烧气态或液态燃料对热功率进行补充。由于液态或气态的燃料供给流量可以较为精确的计量，在燃油燃气喷嘴20与油源气源21之间设置油气量控制阀22对供给流量进行控制。当本燃气轮机的输出功率需要增加时，可以增加燃油燃气的供给量；当本燃气轮机的输出功率需要降低时，可以减少燃油燃气的供给量。液态或气态的燃料调节时间较短，可以对燃气轮机的工作状态进行快速调整。

二次燃气（经再燃烧室4再次燃烧的燃气）流入涡轮2，并推动涡轮2做功。本燃气轮机控制的目标为涡轮2在某一转速下的输出功率，可以通过测量涡轮2的转速等数据计算出输出功率。为保证工作安全，进入到涡轮2的前温度和涡轮2的转速都要保证不能超过设计的限定值，因此在再燃烧室4内设置有二次燃气温度传感器26对进入到涡轮2的前温度进行监控，在涡轮2上配合设置有转速传感器27对涡轮2的转速进行监控。

涡轮2还与余热锅炉28连通，二次燃气推动涡轮2做功后压力及温度虽然会降低，但还有余热，将推动涡轮2做工后的燃气排进余热锅炉28后可以继续做功，以提高燃机效率。

工作方式。

固态燃烧室3内加入固态燃料29，将固态燃料29堆砌在炉箅子7上并进行点燃，燃烧时燃料添加门8和燃料密闭门15处于关闭状态，炉灰密闭门16和炉灰排放门9也处于关闭状态。压气机1向固态燃烧室3及再燃烧室4内输入高压气，帮助固态燃料29燃烧，并使用搅拌器12对固态燃料29进行搅拌（或使用作动器13带动炉箅子7运动），当一次燃气温度高于某一温度或者涡轮2的转速高于某一转速时，逐渐减少通往固态燃烧室3内的高压气流流量至固态燃料29处于贫氧燃烧状态，并通过调整通往固态燃烧室3的气流流量使燃机输出功率达到设定值，并且在此过程中点燃通往再燃烧室4的燃油燃气，并通过调整燃油燃气的供给量对涡轮2的转速进行快速精准的调整。

可以理解的是，以上关于本实用新型的具体描述，仅用于说明本实用新型而并非受限于本实用新型实施方式所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种燃烧固态燃料的燃气轮机，包括压气机（1）、燃烧装置和涡轮（2），其特征在于，所述燃烧装置包括固态燃烧室（3）、再燃烧室（4）、燃料添加室（5）、炉灰排放室（6），所述固态燃烧室（3）内安装有炉箅子（7），所述燃料添加室（5）与所述固态燃烧室（3）连通，所述燃料添加室（5）与所述固态燃烧室（3）的连通处位于所述炉箅子（7）的上方，所述燃料添加室（5）上设置有燃料添加门（8），所述炉灰排放室（6）与所述固态燃烧室（3）连通，所述炉灰排放室（6）与所述固态燃烧室（3）的连通处位于所述炉箅子（7）的下方，所述炉灰排放室（6）上设置有炉灰排放门（9），所述固态燃烧室（3）的上部与所述再燃烧室（4）连通，所述固态燃烧室（3）在所述炉箅子（7）下方还设置有第一进气口（10），所述第一进气口（10）与所述压气机（1）的出口连通，所述再燃烧室（4）上设置有第二进气口（11），所述第二进气口（11）也与所述压气机（1）的出口连通，所述再燃烧室（4）还与所述涡轮（2）的入口连通。

2.根据权利要求1所述的一种燃烧固态燃料的燃气轮机，其特征在于，所述固态燃烧室（3）内设置有搅拌器（12），所述搅拌器（12）设置在所述炉箅子（7）的上方，用于搅动堆积在所述炉箅子（7）上的固态燃料（29）。

3.根据权利要求1所述的一种燃烧固态燃料的燃气轮机，其特征在于，所述固态燃烧室（3）内设置有作动器（13），所述作动器（13）与所述炉箅子（7）相对应，用于带动所述炉箅子（7）运动。

4.根据权利要求1所述的一种燃烧固态燃料的燃气轮机，其特征在于，配合所述炉箅子（7）设置有重量计量装置（14）。

5.根据权利要求1所述的一种燃烧固态燃料的燃气轮机，其特征在于，所述燃料添加室（5）与所述固态燃烧室（3）的连接位置设置有燃料密闭门（15），所述炉灰排放室（6）与所述固态燃烧室（3）的连接位置设置有炉灰密闭门（16）。

6.根据权利要求1所述的一种燃烧固态燃料的燃气轮机，其特征在于，在所述第一进气口（10）处设置有喷水喷嘴（17），所述喷水喷嘴（17）通过管路与所述固态燃烧室（3）外部的水源（18）连接，所述喷水喷嘴（17）与所述水源（18）之间设置有水流量控制阀（19）。

7.根据权利要求1所述的一种燃烧固态燃料的燃气轮机，其特征在于，在所述再燃烧室（4）内部设置有燃油燃气喷嘴（20），所述燃油燃气喷嘴（20）通过管路与再燃烧室（4）外部的油源气源（21）连接，所述燃油燃气喷嘴（20）与所述油源气源（21）之间设置有油气量控制阀（22）。

8.根据权利要求1所述的一种燃烧固态燃料的燃气轮机，其特征在于，所述第一进气口（10）与所述压气机（1）的出口之间设置有第一供气量控制阀（23），在所述第二进气口（11）与所述压气机（1）的出口之间设置有第二供气量控制阀（24）。

9.根据权利要求1所述的一种燃烧固态燃料的燃气轮机，其特征在于，所述固态燃烧室（3）的上部设置有一次燃气温度传感器（25），所述再燃烧室（4）内设置有二次燃气温度传感器（26），所述涡轮（2）上配合设置有转速传感器（27）。

10.根据权利要求1所述的一种燃烧固态燃料的燃气轮机，其特征在于，所述涡轮（2）还与余热锅炉（28）连通。

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