TWI439604B - Method and apparatus for burning and working of solid fuel powder into open combustion gas turbine burner. - Google Patents

Method and apparatus for burning and working of solid fuel powder into open combustion gas turbine burner. Download PDF

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TWI439604B TW098136798A TW98136798A TWI439604B TW I439604 B TWI439604 B TW I439604B TW 098136798 A TW098136798 A TW 098136798A TW 98136798 A TW98136798 A TW 98136798A TW I439604 B TWI439604 B TW I439604B
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Description

固體燃料粉末輸入開放循環式燃氣渦輪機燃燒器內燃燒、作功之方法與裝置。
本發明之技術領域係關於如何將植物、煤炭等固體燃料粉末輸入開放循環式燃氣渦輪機系統中之燃燒器內，迅速、安全、有效率的燃燒，以產生動力的方法及系統裝置。
美國專利第2,601,390號是將固體煤炭粉末輸入開放循環(Open Cycle)式燃氣渦輪機系統燃燒器中燃燒產生動力的先前技術。其方法概述如下： 煤經研磨篩分後，粉末混雜於空氣中被分配器(distributor或稱divider)內的推進機(Impeller)抽吸由大導管(Conduit)導入分配室推進機中央的通風孔，再經該機壓縮進入均勻裝置於分配室周圍的眾多分配供應小管，各小管的另一端接小噴氣口，其外均套有噴射壓縮空氣的大噴氣口，亦同樣均勻裝配於燃燒器上部周圍，故混於空氣中的煤粉可從小噴氣口均勻噴入燃燒器中，同時套在外面的大噴氣口亦噴出高壓空氣，使煤粉與空氣接觸面更大，燃燒更迅速。
在開放循環(Open Cycle)式燃氣渦輪機系統，壓縮機之壓力比愈大，燃燒器之壓力愈大，系統效率就愈大。故一般而言，壓縮機壓力比4算是最小的。如壓縮機效率為85%，空氣Cp/Vv比為1.4，空氣進入壓縮機時之溫度設為25℃，則壓縮機排出之空氣溫度將高達195.35℃。
既然，在開放循環(Open Cycle)式燃氣渦輪機系統中壓縮機壓力比高於4，故上述先前美國專利第2,601,390號說明中分配器內推進機(impeller)的壓力比，亦必比壓縮機壓力比4更高，所產生的空氣才能挾帶煤粉進入燃燒器。
所以，其空氣溫度亦必高於195.35℃。
查煤炭成份複雜，只就其中煤焦油(Coal tar Creosote)而言，即含有300種化合物，主要成份為酚(Phenol M.P.43℃,Flash point 79℃,B.P.182℃)，雜粉油(Cresol M.P.31℃,Flash point 81℃,B.P.191℃)，多環芳烴(Polycyclic aromatic hydrocarbons即PAH'S Flash point ℃>55,B.P.180~390℃)。
同樣，木材成份亦複雜，其中木焦油(Wood Creosote)亦含磷甲氧基酚(Guaiacol,M.P.27.9℃,B.P.205℃)，雜酚油(Cresol,M.P.31℃,Flash point 81℃,B.P.191℃)。
因此，不管煤炭或植物粉末，一旦與上述推進機(impeller)壓縮升至195.35℃以上的空氣接觸，其煤焦油或木焦油中之物質，部份會燃燒，部份不完全燃燒產生煤煙(Soot)，部份會融化黏附於分配供應小管之內壁或噴嘴，極易造成阻塞。
所以，欲用上述先前技術將植物粉末、煤炭粉末導入開放循環式燃氣渦輪機系統燃燒器燃燒，作為驅動車輛、輪船或發電的燃料，顯然須經常清除燃料粉末分配小管中的油污、煤煙，非常麻煩。
本發明是利用具有防止高壓燃燒氣，由燃燒器沿密閉殼內螺旋翅轉軸之軸承往外洩漏裝置的三種密閉螺旋供料器，將固體燃料粉末輸入開放循環式燃氣渦輪機系統燃燒器內，迅速、安全、穩定、有效率的燃燒，以產生動力之方法及裝置。
三種密閉螺旋供料器，包括：第一種是用驅動機(由馬達與齒輪減速箱組合而成者)轉動外磁石，以其磁力轉動內、外磁石無軸封密閉殼內的內磁石及螺旋翅(Helical Fin)之密閉螺旋供應器。當驅動機轉動時，由燃料粉末儲槽落入密閉螺旋供料器的燃料粉末，即迅速被送入輸料管及燃燒器內。
第二種是驅動機(由馬達與齒輪減速箱組合而成者)與螺旋翅轉軸緊密連接，且均各自裝置於密閉殼內，兩殼間夾環形墊密片，並以其凹凸螺紋緊密旋緊〔或以螺絲旋緊凸緣(Flange)孔〕，另在驅動機外殼馬達的電源處，設有讓電線進入，卻不允許燃燒氣外洩的裝置(諸如：殼上有塞孔、電源線緊密穿過橡膠塞及中空螺旋蓋)之密閉螺旋供料器。
第三種是螺旋翅的密閉外殼上，其轉軸與驅動機(馬達與減速齒輪箱所組成者)連接之處，設有填料箱(Stuffing box)，內裝密封墊料(Gland Packing)〔或密封圈(Gland Sealing)〕，並用壓蓋法蘭(Gland flange)旋緊，形成軸封之密閉螺旋供料器。
上述三種裝置均有防止燃燒氣體由燃燒器沿密閉螺旋供料器轉軸的軸承往外洩漏之作用，加以燃料粉末儲槽也是完全密閉，因此燃燒器內的高溫燃燒氣不會往輸料管、密閉螺旋供料器流竄，與燃料接觸燃燒，焚毀供料器。故利用上述三種裝置中之任何一種，均可將燃料粉末安全持續的輸入燃燒器中。
另外，為使上述系統更容易起動、安全及有效率等，特針對系統潛在的缺點加以改善，附加下列作業程序及設備： 固體燃料自然燃燒溫度(青岡木粉末約540℃)比汽油高很多，系統點火起動後，其經預熱及壓縮後的空氣溫度，須等待一段時間才緩緩超過燃料粉末自然燃燒溫度，屆時系統才能進入滿載運轉，故燃燒器須加裝輔助燃料入口管，並與自動添加高壓易燃輔助燃料裝置連接，以備系統剛起動運轉或動力變小(即進入燃燒器之空氣溫度仍低於燃料粉末自然燃燒溫度)時，能迅速添加輔助燃料，使其起動、運轉能與普通汽車一樣靈活、快速。
為確實避免高溫、高壓燃燒氣往密閉螺旋供料器及燃料粉末儲槽流竄，導致發生焚毀機件意外，因而系統中須加設小型空氣壓縮機(附蓄壓箱)，其與 燃料粉末儲槽頂部及密閉螺旋供料器之間，均有小導管連接，讓其在蓄壓箱內停留已久、溫度已接近氣溫之少量高壓空氣，循小導管導入該等燃料粉末儲槽、密閉螺旋供料器內，使其壓力永遠維持稍高於燃燒器，故可徹底避免燃燒氣流往供料器逆竄，確保系統安全；另外，其與高溫高壓空氣蓄桶及給水桶頂部之間均有導管連通，系統剛起動時，其高壓空氣可直接經由高溫高壓空氣蓄桶轉入燃燒器內助燃，使其起動動力能迅速達到滿載，而其通往給水桶頂部之高壓空氣，則俱有擠壓給水桶內之給水通過熱水器及由噴嘴噴灑之壓力，使燃燒器溫度不致於太高之功能。
在燃氣渦輪機廢氣排管與該壓縮機空氣入口導管間，設有一導管連接，該導管上裝有一廢氣過濾器及一閥門，當系統開始運轉，該壓縮機即抽吸經過預熱器加熱的空氣及少量經過過濾器的燃氣渦輪機排放廢氣，將已預熱之空氣與少量廢氣混合，使溫度迅速提昇至相當高的溫度，讓該空氣與廢氣混合氣經該壓縮機壓縮後之溫度，很容易超過該燃燒器內燃料粉末自然燃燒溫度。
在燃燒器下半部燃燒火焰熾烈區，設有L型大彎管耐火燃燒器內爐，避免燃料於高溫空氣助燃之下所產生之猛烈火焰，直接與燃燒器器壁接觸，並予焚毀，且燃燒器內爐爐底亦留有小孔，讓灰燼由小孔卸入燃燒器器底，由閥門排放。
在燃燒器器壁與燃燒器內爐之間，設有多孔耐火罩，罩上方燃燒器器壁之處，裝有自動噴灑熱水(或蒸汽)之噴嘴，當燃燒氣溫度太高，即自動將控制熱水(或蒸汽)量之控制閥門張開大一點，讓噴灑熱水(或蒸汽)之量增多，降低燃燒器內之溫度，以維安全；反之，如燃燒氣溫度太低，則自動將控制閥門關小，讓噴灑熱水(或蒸汽)之量減少，以增加其溫度，使系統輸出動力穩定。
(1)‧‧‧燃料粉末儲槽
(2)‧‧‧螺旋蓋
(3)‧‧‧馬達
(3a)‧‧‧齒輪減速箱
(4)‧‧‧外磁石
(5)‧‧‧內磁石
(6)‧‧‧內、外磁石無軸封隔離殼
(7)‧‧‧密閉螺旋供料器
(7a)‧‧‧輸料管
(8)‧‧‧環形墊密片
(9)‧‧‧軸承
(10)‧‧‧螺旋翅(Helical Fin)
(11)‧‧‧小型空氣壓縮機(附蓄壓箱)
(12)(12a)‧‧‧閥門
(13)(14)(18)(18a)‧‧‧導管
(15)‧‧‧鋼桶
(16)‧‧‧壓力調整閥
(17)‧‧‧閥門
(19)‧‧‧三通管
(20)‧‧‧單向閥
(21)‧‧‧高溫高壓空氣蓄桶
(22)‧‧‧壓力傳送器
(23)‧‧‧壓力控制器
(24)‧‧‧控制閥門
(25)‧‧‧溫度傳送器
(25a)‧‧‧溫度感應器
(26)‧‧‧溫度控制器
(27)‧‧‧流量控制器
(28)(56)‧‧‧控制閥門
(29)‧‧‧流量傳送器
(30)‧‧‧燃燒器
(31)‧‧‧點火工具
(32)‧‧‧燃燒器內爐
(33)‧‧‧多孔耐火罩
(34)‧‧‧手(或腳)動控閥
(35)‧‧‧閥門
(36)‧‧‧燃氣渦輪機
(37)‧‧‧壓縮機
(38)‧‧‧動力推進連結
(39)‧‧‧發電機
(40)‧‧‧廢氣排管
(41)‧‧‧空氣預熱器
(42)‧‧‧冷空氣入口
(43)‧‧‧導管
(44)‧‧‧閥門
(45)‧‧‧廢氣過濾器
(46)‧‧‧導管
(47)‧‧‧給水桶
(48)‧‧‧螺旋蓋
(49)‧‧‧導管
(50)‧‧‧熱水器(或蒸汽發生器)
(51)‧‧‧導管
(52)‧‧‧噴嘴
(53)‧‧‧溫度傳熱器
(53a)‧‧‧溫度感應器
(54)‧‧‧溫度控制器
(55)‧‧‧流量控制器
(58)‧‧‧空氣流量傳送器
(59)‧‧‧比率設定器
(60)‧‧‧燃料控制器
(3')‧‧‧馬達
(3a')‧‧‧齒輪減速箱
(4')‧‧‧平截圓錐形橡膠塞
(5')‧‧‧中空螺旋蓋
(6')‧‧‧驅動機密閉殼
(8')‧‧‧環形墊密片
(3")‧‧‧馬達
(3a")‧‧‧齒輪減速箱
(4")‧‧‧壓蓋法蘭(Gland flange)
(5")‧‧‧填料箱(Stuffing box)
(8")‧‧‧密封圈
本發明系統方法之說明於圖1.，其中元件符號(34)是手(或腳)動控閥，依動力需要開啟大，小，欲啟動系統時，先將閥門(12)開啟，讓儲存於小型空氣壓縮機(附蓄壓箱)(11)內之高壓空氣，經導管(18)通過控制閥門(24)，經三通管(19)，受阻於單向閥(20)，進入高溫高壓空氣蓄桶(21)，通過空氣流量傳送器(58)經導管(18a)進入燃燒器(30)，當空氣流量傳送器(58)將信號傳到比率設定器(59)、燃料控制器(60)，以控制馬達(3)、減速齒輪箱(3a)及螺旋翅(10)之轉速，進而控制燃料粉末由燃料粉末儲槽(1)經輸料管(7a)進入燃燒器內爐(32)的速度，同時開啟閥門(17)讓高壓易燃輔助燃料由鋼桶(15)經壓力調整閥(16)經導管進入燃燒器內爐(32)，並以點火工具(31)點燃輔助燃 料，並引燃進入燃燒器的固體燃料粉末，然後將閥門(12a)稍微開啟，讓該小型空氣壓縮機(附蓄壓箱)(11)內極少量之高壓空氣(滯留蓄壓箱內已久之冷卻空氣)經由導管(13)導入燃料粉末儲槽(1)頂部及密閉螺旋供料器(7)內，並經由導管(14)連通給水桶(47)頂部，燃料在燃燒器(30)產生之燃燒氣由燃燒器內爐(32)通過多孔耐火罩(33)、燃燒器出口、手(或腳)動控閥(34)及導管後，進入燃氣渦輪機(36)膨脹，作功轉動壓縮機(37)、發電機(39)及動力推進連結器(38)，排放的大部份廢氣經廢氣排管(40)進入空氣預熱器(41)，水加熱水器(或蒸汽發生器)(50)後，釋放於空氣中，小部份廢氣由廢氣排放管(40)經閥門(44)、廢氣過濾器(45)進入導管(43)與已預熱過的空氣直接混合，迅速提昇空氣溫度至相當高的溫度，經壓縮機(37)抽吸、壓縮後溫度超過燃料粉末自然燃燒溫度後，由導管(46)通過單向閥(20)進入三通管(19)，因高溫高壓空氣蓄桶(21)之壓力比導管(18)中空氣壓力低，故轉入高溫高壓空氣蓄桶(21)，經導管(18a)進入燃燒器(30)助燃，迨高溫高壓空氣蓄桶(21)壓力增高至設定壓力界限，壓力傳送器(22)即傳送信號給壓力控制器(23)，並關閉控制閥門(24)切斷高壓空氣由導管(18)之輸入，同時高溫高壓蓄桶(21)內之空氣溫度因輸入預熱、壓縮的空氣而逐漸增高，當溫度昇高至設定溫度界限(比燃料粉末自然燃燒溫度再增加50℃左右)時，溫度感應器(25a)將信號傳至溫度傳送器(25)，再傳至溫度控制器(26)、流量控制器(27)，迅速自動關閉控制閥門(28)，阻止高壓易燃輔助燃料(如：天然氣)進入燃燒器(30)，因被壓縮後的空氣溫度已超過燃料粉末自然燃燒溫度，故該空氣經導管(18a)進入燃燒器內爐(32)與燃料粉末接觸時，已可迅速完全助燃，當產生的燃燒氣溫度超過燃燒器設定溫度上限時，溫度感應器(53a)將信號傳至溫度傳送器(53)，再傳至溫度控制器(54)，熱水(或蒸汽)流量控制器(55)，開啟控制閥門(56)，讓被高壓空氣擠壓的給水由給水桶(47)、導管(49)，經熱水加熱水器(或蒸汽發生器)(50)、導管(51)及通過該控制閥門(56)，經噴嘴(52)以霧狀、或蒸汽噴灑於多孔耐火罩(33)上，降低燃燒氣溫度，以免燃燒器(30)因溫度太高被焚毀，車輛、船舶欲增加速度，則將手動(或腳動)式動控制閥門(34)開大，欲降低速度則關小或剎車。
圖2.是驅動機(由馬達與齒輪減速箱組合而成者)轉動外磁石，以其磁力轉動內、外磁石無軸封密閉殼內之內磁石、螺旋翅的密閉螺旋供料器之圖，(1)燃料粉末儲槽，(2)螺旋蓋，(3)馬達，(3a)齒輪減速箱，(4)外磁石，(5)內磁石，(6)內、外磁石無軸封隔離殼，(7)密閉螺旋供料器，(7a)輸料管，(8) 環形墊密片，(9)軸承，(10)螺旋翅'(Helical Fin)，當啟動驅動機時，由燃料粉末儲槽(1)落入密閉螺旋供料器的燃料粉末，迅速被密閉螺旋供料器(7)送進輸料管(7a)，再進入燃燒器(30)。
圖3.是驅動機(由馬達與齒輪減速箱組合而成者)與螺旋翅均各自裝置於密閉殼內，兩殼以凹凸螺紋緊密旋緊〔或以螺絲旋緊兩殼凸緣(Flange)孔〕構成密閉螺旋供料器之圖，(3')馬達，(3a')齒輪減速箱，(4')平截圓錐形橡膠塞(中央留有電線穿過小孔)，(5')中空螺旋蓋，(6')驅動機密閉殼(殼上有平截漏斗塞孔)，(7)密閉螺旋供料器，(7a)輸料管，(8')環形墊密片，(9)軸承，(10)螺旋翅，將中空螺旋蓋(5')旋緊，使電源線穿過的平截圓錐形橡膠塞(4')緊塞於驅動機密閉殼(殼上有平截漏斗塞孔)(6')的塞孔上，讓驅動機密閉殼(殼上有平截漏斗塞孔)(6')與外面隔絶，當驅動機起動時，密閉螺旋供料器(7)即將燃料粉末送入輸料管(7a)、燃燒器(30)內燃燒，因密閉螺旋供料器(7)、燃料粉末儲槽(1)均與外面隔絶、密閉，故不虞燃燒氣會向密閉螺旋供料器(7)流竄，與燃料接觸起火，焚毀密閉螺旋供料器(7)等安全顧慮。
圖4.是在螺旋翅(10)密閉外殼上，其轉軸與驅動機(馬達與減速齒輪箱組合而成者)連接之處，設有軸封裝置的密閉螺旋供料器之圖，(3")馬達，(3a")齒輪減速箱，(5")填料箱(Stuffing box)，(8")密封墊料(Gland packing)[或密封圈(Gland sealing)]，(4")壓蓋法蘭(Gland flange)，(9)軸承，(10)螺旋翅，(7)密閉螺旋供料器，(7a)輸料管。當驅動機起動時，密閉螺旋供料器(7)將燃料粉末送入燃燒器(30)內燃燒，由於螺旋翅(10)密閉外殼上裝有軸封，故可阻止高壓燃燒氣沿轉軸之軸承(9)外洩，不虞其向密閉螺旋供料器(7)流竄，與燃料接觸起火，焚毀密閉螺旋供料器(7)等。
圖5.是燃燒器內詳圖，(7a)輸料管，(30)燃燒器，(31)點火工具，(32)燃燒器內爐，(33)多孔耐火罩，(34)手(或腳)動控閥，(35)閥門，(52)熱水(或蒸汽)噴嘴，(53a)溫度感應器。
譬如，開放循環(Open Cycle)式燃氣渦輪機系統中之燃料以甘蔗渣粉末為例，並假設壓縮機效率79%，燃氣渦輪機效率85%，燃燒氣進渦輪機之溫度為1000℃，壓力比為6，大氣壓力為1bar，燃燒器熱效率為90%，空氣進量為理論量兩倍的情況，說明如下：為了使在燃燒器中蔗渣粉末順利燃燒迅速產生動力，不僅空氣須壓縮至6bar其溫度亦須高達蔗渣自然燃燒溫度以上，才能使蔗渣迅速燃燒。依Lange's Handbook of Chemistry 9th edittion P.1513所列各溫度空氣γ〔the ratios of the specific heat at constant pressure(Cp)to that at constant vloume(Cv)〕值，可繪成曲線求得壓縮過程之中值360℃之γ值約為1.394，故空氣進壓縮機前須先預熱，並抽吸少量廢氣混入，使其溫度高達176℃後，經壓縮至6bar，在等熵性質下其溫度亦只472℃，但因壓縮機效率只有79%，故實際溫度升高達550.68℃。另外，依E.Hugot's Handbook of sugar Cane Engineer ing P.680，蔗渣之淨燃燒熱N.C.V(Nett Calorific Value)=4,250-4,850W，W代表含水百分率，故上述蔗渣粉末(含水份5%)的淨燃燒熱為4007.5Kcal/ Kg。蔗渣粉末95%是纖維素，其比熱0.37，其餘5%是水份，比熱為1.0，假定進入燃燒器時為25℃，則帶入之顯熱約10Kcal/Kg，兩者合計4017.5Kcal/Kg。依同書P.681燃燒每公斤乾蔗渣理論需氧量為1.33kg，蔗渣含水份5%時需氧量為1.2635kg，挾帶進入氮量為4.1944kg，故理論空氣量為5.4579kg。空氣中氧、氮的質量分數(mass fraction)分别為0.2315及0.7685，壓縮過程中之平均溫度為362℃(以350℃計)，由同書P.687 Table 161得知氧、氮常壓比熱分别約為0.227及0.260，而空氣在該溫度範圍內平均常壓比熱為0.25236，故壓縮每理論空氣量所耗用的功為516.07kcal。依同表Table 161從0~550℃間氧、氮平均比熱分别為0.224及0.257，故每理論空氣量攜帶進入燃燒器之顯熱，經計算為749.47kcal。
依同書P.676，1公斤乾蔗渣內含碳0.47Kg，含氧0.44Kg，含氫0.065Kg。故每公斤蔗渣粉末(含水份5%)與兩倍理論的空氣量燃燒產生的各種氣體，分别如下：CO2約1.6372Kg,H2O約0.6057Kg,N2約8.3888Kg,O2約1.2635Kg，合計總重11.8952Kg。
如上述，每公斤蔗渣粉末(含水份5%)燃燒產生4007.5Kg，攜帶顯熱10Kcal，兩倍理論空氣量帶入之熱量為1498.94Kcal，總熱量5516.44Kcal，但燃燒氣熱效率為90%，故實際傳給燃燒氣的熱量為4964.8Kcal，而燃燒氣0~1400℃綜合平均比熱約0.2967，故可使燃燒氣溫度升高至1406.6℃，而使燃燒氣升高至1000℃(適合於前述進入燃氣渦輪機之設定)，只需3362.6Kcal，顯然多出1602.2Kcal。為了使燃燒氣溫度降至1000℃，故須噴水(或蒸汽)。查溫度1000℃，壓力6bar時蒸汽之焓hg經外插法計算得4551KJ/Kg，相當於1087.23Kcal/Kg，而溫度158.8℃，6bar時水之焓hg為670KJ/Kg，相當於160.06Kcal/Kg，兩者相差hfg為927.17Kcal/Kg，故為使燃燒氣1406.6℃降至1000℃，須噴1.728Kg的水，燃燒氣經噴水溫度降至1000℃，其進入燃氣渦輪機之前各種氣體重量變為如下：CO2約1.6372Kg，H2O約2.3337Kg,N2約8.3888Kg,O2約1.2635Kg，合計總重13.6232Kg。各氣體質量分數(mass fraction)分别為CO2約0.1202,H2O約0.1713,N2約0.6158,O2約0.0927。燃氣渦輪機的作功溫度範圍在1000℃~600℃間，平均溫度800℃時各氣體之γ值分别為：CO2約1.205,H2O約1.273,air 1.376，混合氣體平均γ值為1.3378。另外，溫度800℃各氣體之Cp值如下：CO2約0.330,H2O約0.717,N20.278,O2 0.243，混合氣平均Cp值為0.35621。
進入燃氣渦輪機之燃燒氣壓力、溫度分别為6bar、1000℃，出渦輪機之 壓力為1bar，混合氣體平均γ值為1.3378時，在等熵性質求得渦輪機之排氣溫度為536.75℃，但因渦輪機效率只85%，故實際溫度高達606.2℃。排放之氣之總重13.6232Kg，Cp平均值為0.35621，進機溫度1000℃，排(廢)氣溫度606.2℃，其所作功為1911.0Kcal，扣減壓縮兩倍理論空氣量所需耗用之功1032.14Kcal，故淨功為878.86Kcal，而每公斤蔗渣粉末(含水份5%)的燃燒熱為4007.5Kcal，故整個系統熱效率約為21.93%。
(1)‧‧‧‧‧‧燃料粉末儲槽
(2)‧‧‧螺旋蓋
(3)‧‧‧馬達
(3a)‧‧‧齒輪減速箱
(4)‧‧‧外磁石
(5)‧‧‧內磁石
(6)‧‧‧內、外磁石無軸封隔離殼
(7)‧‧‧密閉螺旋供料器
(7a)‧‧‧輸料管
(8)‧‧‧環形墊密片
(9)‧‧‧軸承
(10)‧‧‧螺旋翅(Helical Fin)
(11)‧‧‧小型空氣壓縮機(附蓄壓箱)
(12)(12a)‧‧‧閥門
(13)(14)(18)(18a)‧‧‧導管
(15)‧‧‧鋼桶
(16)‧‧‧壓力調整閥
(17)‧‧‧閥門
(19)‧‧‧三通管
(20)‧‧‧單向閥
(21)‧‧‧高溫高壓空氣蓄桶
(22)‧‧‧壓力傳送器
(23)‧‧‧壓力控制器
(24)‧‧‧控制閥門
(25)‧‧‧溫度傳送器
(25a)‧‧‧溫度感應器
(26)‧‧‧溫度控制器
(27)‧‧‧流量控制器
(28)(56)‧‧‧控制閥門
(29)‧‧‧流量傳送器
(30)‧‧‧燃燒器
(31)‧‧‧點火工具
(32)‧‧‧燃燒器內爐
(33)‧‧‧多孔耐火罩
(34)‧‧‧手(或腳)動控閥
(35)‧‧‧閥門
(36)‧‧‧燃氣渦輪機
(37)‧‧‧壓縮機
(38)‧‧‧動力推進連結器
(39)‧‧‧發電機
(40)‧‧‧廢氣排管
(41)‧‧‧空氣預熱器
(42)‧‧‧冷空氣入口
(43)‧‧‧導管
(44)‧‧‧閥門
(45)‧‧‧廢氣過濾器
(46)‧‧‧導管
(47)‧‧‧給水桶
(48)‧‧‧螺旋蓋
(49)‧‧‧導管
(50)‧‧‧熱水器(或蒸汽發生器)
(51)‧‧‧導管
(52)‧‧‧噴嘴
(53)‧‧‧溫度傳熱送器
(53a)‧‧‧溫度感應器
(54)‧‧‧溫度控制器
(55)‧‧‧流量控制器
(58)‧‧‧空氣流量傳送器
(59)‧‧‧比率設定器
(60)‧‧‧燃料控制器
(3')‧‧‧馬達
(3a')‧‧‧齒輪減速箱
(4')‧‧‧平截圓錐形橡膠塞
(5')‧‧‧中空螺旋蓋
(6')‧‧‧驅動機密閉殼
(8')‧‧‧環形墊密片
(3")‧‧‧馬達
(3a")‧‧‧齒輪減速箱
(4")‧‧‧壓蓋法蘭(Gland flange)
(4")‧‧‧填料箱(Stuffing box)
(8")‧‧‧密封圈

Claims (17)

  1. 一種固體燃料粉末輸入開放循環式燃氣渦輪機燃燒器內燃燒、作功之裝置，包括一燃料粉末儲槽(1)、一密閉螺旋供料器(7)、一燃燒器(30)、一燃氣渦輪機(36)、一壓縮機(37)及一發電機(39)，在其中：該燃料粉末儲槽(1)是耐壓槽體，槽頂有螺旋蓋(2)可以旋開，裝入燃料粉末，亦可以旋緊，不讓高壓燃燒氣由此外洩，槽體底部傾斜或圓斜形，並與該密閉螺旋供料器(7)的入口端相通；該密閉螺旋供料器(7)是具有防止高壓燃燒氣，由燃燒器(30)沿密閉殼內之螺旋翅(10)轉軸的軸承(9)往外洩漏之裝置，其出口端與燃燒器(30)下部燃料入口處之間，有一輸料管(7a)連通；該燃燒器(30)裝有一點火工具(31)；該燃燒器(30)上端與該燃氣渦輪機(36)之間有一導管連接；該燃氣渦輪機(36)轉軸與該壓縮機(37)轉軸、該發電機(39)轉軸及該動力推進連結器(38)連結成同一轉軸，當燃氣渦輪機(36)轉動時，會帶動該壓縮機(37)壓縮空氣產生高壓空氣；該壓縮機(37)與燃燒器(30)之間有一導管(46)連通，讓該高壓空氣進入燃燒器(30)助燃。
  2. 一種固體燃料粉末輸入開放循環式燃氣渦輪機燃燒器內燃燒、作功之裝置，包括一燃料粉末儲槽(1)、一磁力驅動無軸封密閉螺旋供料器(7)、一燃燒器(30)、一燃氣渦輪機(36)、一壓縮機(37)及一發電機(39)，在其中：該燃料粉末儲槽(1)是耐壓槽體，槽頂有螺旋蓋(2)可以旋開，裝入燃料粉末，亦可以旋緊，不讓高壓燃燒氣由此外洩，槽體底部傾斜或圓斜形，並與該磁力驅動無軸封密閉螺旋供料器(7)的入口端相通；該磁力驅動無軸封密閉螺旋的供料器(7)，係由馬達(3)、齒輪減速箱(3a)、外磁石(4)、內磁石(5)、內、外磁石無軸封隔離殼(6)、螺旋翅(10)密閉外殼 、環形墊密片(8)、軸承(9)及螺旋翅(10)所構成；由馬達(3)與齒輪減速箱(3a)組合而成之驅動機轉動外磁石(4)，以磁力轉動內、外磁石無軸封隔離殼(6)內的內磁石(5)，及與內磁石(5)結合成一體之螺旋翅(10)，使之形成密閉螺旋供料器(7)，其出口端與該燃燒器(30)下部燃料入口處之間，有一輸料管(7a)連通；該燃燒器(30)裝有一點火工具(31)；該燃燒器(30)上端與該燃氣渦輪機(36)之間有一導管連通；該燃氣渦輪機(36)轉軸與該壓縮機(37)轉軸、該發電機(39)轉軸及該動力推進連結器(38)連結成同一轉軸，當燃氣渦輪機(36)轉動時，會帶動該壓縮機(37)壓縮空氣產生高壓空氣；該壓縮機(37)與燃燒器(30)之間有一導管(46)連通，讓該高壓空氣進入燃燒器(30)助燃。
  3. 一種固體燃料粉末輸入開放循環式燃氣渦輪機燃燒器內燃燒、作功之裝置，包括一燃料粉末儲槽(1)、一驅動機密閉殼(6')與螺旋翅(10)密閉外殼緊密結合而成的密閉螺旋供料器(7)、一燃燒器(30)、一燃氣渦輪機(36)、一壓縮機(37)及一發電機(39)，在其中：該燃料粉末儲槽(1)是耐壓槽體，槽頂有螺旋蓋(2)可以旋開，裝入燃料粉末，亦可以旋緊，不讓高壓燃燒氣由此外洩，槽體底部傾斜或圓斜形，並與該驅動機密閉殼(6')與螺旋翅(10)密閉外殼緊密結合而成的密閉螺旋供料器(7)之入口端相通；該驅動機[馬達(3')與齒輪減速箱(3a')組合而成]與螺旋翅(10)均各自裝於密閉殼內及其電源線入口處有防止氣體外洩構造者，且兩殼緊密結合而成的密閉螺旋供料器(7)，係由馬達(3')、齒輪減速箱(3a')、平截圓錐形橡膠塞(中央留有電線穿過小孔)(4')、用以將平截圓錐形橡膠塞(4')固定及旋緊封閉平截圓錐形橡膠塞(4')小孔的中空螺旋蓋(5')、驅動機密閉殼(殼上有平截漏斗塞孔)(6')、螺旋翅(10)密閉外殼、環形墊密片(8')、軸承(9)及螺旋翅(10)所構成；由驅動機裝置於密閉殼(殼上有平截漏斗塞孔)(6')內，螺旋翅(10)裝置於密閉外殼內，且驅動機轉軸與螺旋翅(10)轉軸緊密連接，驅動機密閉殼(殼上有平截漏斗孔)(6')與螺旋翅(10)外殼之間夾環形墊密片(8')，並以兩殼之凹凸螺紋緊密旋緊〔或以螺絲旋緊兩殼凸緣(Flange)孔〕，另馬達(3')的電源線緊密穿過平截圓錐形橡膠塞(中央留有電線穿過小孔)(4')及中空螺旋(5')旋緊 ，阻止燃燒氣外洩，使之形成密閉螺旋供料器(7)，其出口端與該燃燒器(30)下部燃料入口處之間，有一輸料管(7a)連通；該燃燒器(30)裝有一點火工具(31)；該燃燒器(30)上端與該燃氣渦輪機(36)間有一導管連通；該燃氣渦輪機(36)轉軸與該壓縮機(37)轉軸、該發電機(39)轉軸及該動力推進連結器(38)的連結成同一轉軸，當燃氣渦輪機(36)轉動時，會帶動該壓縮機(37)壓縮空氣產生高壓空氣；該壓縮機(37)與燃燒器(30)之間有一導管(46)連通，讓該高壓空氣進入燃燒器(30)助燃。
  4. 一種固體燃料粉末輸入開放循環式燃氣渦輪機燃燒器內燃燒、作功之裝置，包括一燃料粉末儲槽(1)、一螺旋翅(10)密閉外殼設有軸封裝置的密閉螺旋供料器(7)、一燃燒器(30)、一燃氣渦輪機(36)、一壓縮機(37)及一發電機(39)，在其中：該燃料粉末儲槽(1)是耐壓槽體，槽頂有螺旋蓋(2)可以旋開，裝入燃料粉末，亦可以旋緊，不讓高壓燃燒氣由此外洩，槽體底部傾斜或圓斜形，並與該螺旋翅(10)密閉外殼設有軸封裝置的密閉螺旋供料器(7)之入口端相通；該螺旋翅(10)轉軸與驅動機連接之處的密閉外殼上，設有軸封裝置的密閉螺旋供料器(7)，係由馬達(3")、齒輪減速箱(3a")、壓蓋法蘭(4")、填料箱(5")、螺旋翅(10)密閉外殼、密封墊料[或密封圈](8")、軸承(9)及螺旋翅(10)所構成；在螺旋翅(10)的密閉外殼上，其轉軸與驅動機(馬達與減速齒輪組合而成)轉軸連接之處設有填料箱(5")，填料箱(5")內裝密封墊料[或密封圈](8")，並用壓蓋旋塞法蘭(4")旋緊，形成軸封，使之形成密閉螺旋供料器(7)，其出口端與該燃燒器(30)下部燃料入口處之間，有一輸料管(7a)連通；該燃燒器(30)裝有一點火工具(31)；該燃燒器(30)上端與該燃氣渦輪機(36)之間有一導管連接；該燃氣渦輪機(36)轉軸與該壓縮機(37)轉軸、該發電機(39)轉軸及該動力推進連結器(38)的連結成同一轉軸，當燃氣渦輪機(36)轉動時，會帶動壓縮機(37)壓縮空氣產生高壓空氣；該壓縮機(37)與燃燒器(30)之間有一導管(46)連通，讓該高壓空氣進入燃燒器(30)助燃。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中所述之任一項固體燃料粉末輸入開放循環式燃氣渦輪機燃燒器內燃燒、作功之裝置，其中附加一自動添加輔助燃料裝置，及在 三通管(19)與導管(18a)之間附加一高溫高壓空氣蓄桶(21)；該自動添加輔助燃料裝置係由一在系統中設有一壓力調整閥(16)之鋼桶(15)(內盛高壓易燃輔助燃料)，該鋼桶(15)與該燃燒器(30)之間設有一導管連接通，該導管接近鋼桶(15)處裝有一閥門(17)，接近該燃燒器(30)之處，設有一控制閥門(28)及一流量傳送器(29)；在該高溫高壓空氣蓄桶(21)上端裝有一溫度感應器(25a)；該溫度感應器(25a)與一溫度傳送器(25)連接；該溫度傳送器(25)與一溫度控制器(26)連接；該溫度控制器(26)與一及流量控制器(27)連接；該流量控制器(27)與該控制閥門(28)連接，剛啟動時，該高壓易燃輔助燃料迅速流入燃燒器(30)內，輔助該固體燃料粉末燃燒，使系統一開始即能產生充足動力，迨該高溫高壓蓄桶(21)內的空氣溫度超過該設定溫度，即自動將該輔助燃料控制閥門(28)關閉，以節省輔助燃料。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之固體燃料粉末輸入開放循環式燃氣渦輪機燃燒器內燃燒、作功之裝置，其中附加一可以供應已接近氣溫的高壓空氣之小型空氣壓縮機(附蓄壓箱)(11)，其高壓空氣出口管上有一閥門(12)，該閥門(12)以一三通管分别與一閥門(12a)及一導管(18)連通；該閥門(12a)與一導管(13)和一導管(14)連通；該導管(13)與該固體燃料粉末儲槽(1)上方及該密閉螺旋供料器(7)之間，均裝有導管連通；該導管(14)與一給水桶(47)頂部連通；該導管(18)與另一三通管(19)連通，在該導管(18)上設有一控制閥門(24)、該控制閥門(24)另一端與一壓力控制器(23)連接，該壓力控制器(23)另一端與一個設於高溫高壓空氣蓄桶(21)旁的壓力傳送器(22)連接。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之固體燃料粉末輸入開放循環式燃氣渦輪機燃燒器內燃燒、作功之裝置，其中附加一空氣預熱器(41)固設在一廢氣排放管(40)附近，該空氣預熱器(41)設有一冷空氣入口(42)；及該燃氣渦輪機(36)廢氣排管(40)與該壓縮機(37)空氣入口導管(43)之間，設有一導管連接通，該導管上裝有一廢氣過濾器(45)及一閥門(44)。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之固體燃料粉末輸入開放循環式燃氣渦輪機燃燒器內燃燒、作功之裝置，其中在該燃燒器(30)下半部，燃料、空氣入口處及火焰熾烈區，附加一耐火、耐震材質製成L型大彎管似的燃燒器內爐(32)；及該燃燒器(30)之器壁與燃燒器內爐(32)之間裝有一多孔耐火罩(33)； 該燃燒器內爐(32)爐底留有灰燼孔，則讓灰燼由此卸落該燃燒器(30)底部。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之固體燃料粉末輸入開放循環式燃氣渦輪機燃燒器內燃燒、作功之裝置，其中：該燃燒器(30)器壁在多孔耐火罩(33)上方兩邊各裝一具噴嘴(52)，再上方接近燃燒氣出口處裝有一溫度感應器(53a)；該噴嘴(52)與一導管(51)連通；該導管(51)之另一端與一熱水加熱器(50)之出口連通；該熱水加熱器(50)之入口與一給水桶(47)底部以一導管(49)連通；該小型空氣壓縮機(附蓄壓箱)(11)與該給水桶(47)頂部之間有一小導管(14)連通，使高壓空氣加壓於該給水桶水面，壓迫給水進入熱水器(或蒸汽發生器)(50)、通過導管(51)、控制閥門(56)到達噴嘴(52)，並將熱水(或蒸汽)噴灑於多孔耐火罩上(33)；該溫度感應器(53a)固設在燃燒器(30)的上部器壁上，另一端與一溫度傳送器(53)連接；該溫度傳送器(53)另一端與一溫度控制器(54)連接；該溫度控制器(54)另一端與一流量控制器(55)連接；該流量控制器(55)與一控制閥門(56)連接。
  10. 如申請專利範圍第1至4項中所述之任一項固體燃料粉末輸入開放循環式燃氣渦輪機燃燒器內燃燒、作功之裝置，其中附加一〔空氣-燃料〕比率控制裝置：在導管(18a)上裝有一空氣流量傳送器(58)；該空氣流量傳送器(58)與一比率設定器(59)連接；該比率設定器(59)與一燃料控制器(60)接連；該燃料控制器(60)與一馬達(3)連接；該馬達(3)與一減速齒輪箱(3a)連接；該減速齒輪箱(3a)轉軸與螺旋翅(10)轉軸連接。
  11. 一種固體燃料粉末輸入開放循環式燃氣渦輪機燃燒器內燃燒、作功之方法，其步驟包含：利用一密閉螺旋供料器(7)導引一頂部設有螺旋蓋(2)的燃料粉末儲槽(1)中之燃料粉末，進入一燃燒器(30)中燃燒以產生高壓、高溫燃燒氣；導引該高壓、高溫燃燒氣進入一燃氣渦輪機(36)中膨脹作功，轉動該燃氣渦輪機(36)的轉軸，及與該燃氣渦輪機(36)轉軸連接的壓縮機(37)、發電機(39)、動力推進連結器(38)的轉軸，帶動壓縮機(37)壓縮空氣並輸出被壓縮的高壓空氣； 再導引該被壓縮的高壓空氣進入燃燒器(30)中助燃。
  12. 一種固體燃料粉末輸入開放循環式燃氣渦輪機燃燒器內燃燒、作功之方法，其步驟包含：利用一磁力驅動無軸封密閉螺旋供料器(7)導引一頂部設有螺旋蓋(2)的燃料粉末儲槽(1)中之燃料粉末，進入一燃燒器(30)中燃燒以產生高壓、高溫燃燒氣；導引該高壓、高溫燃燒氣進入一燃氣渦輪機(36)中膨脹作功，轉動該燃氣渦輪機(36)的轉軸，及與該燃氣渦輪機(36)轉軸連接的壓縮機(37)、發電機(39)、動力推進連結器(38)的轉軸，帶動壓縮機(37)壓縮空氣並輸出被壓縮的高壓空氣；再導引該被壓縮的高壓空氣進入燃燒器(30)中助燃。
  13. 一種固體燃料粉末輸入開放循環式燃氣渦輪機燃燒器內燃燒、作功之方法，其步驟包含：利用一驅動機密殼(6')與螺旋翅(10)密閉外殼緊密結合而成的密閉螺旋供料器(7)導引一頂部設有螺旋蓋(2)的燃料粉末儲槽(1)中之燃料粉末，進入燃燒器(30)中燃燒以產生高壓、高溫燃燒氣；導引該高壓、高溫燃燒氣進入一燃氣渦輪機(36)膨脹作功，轉動該燃氣渦輪機(36)的轉軸，及與該燃氣渦輪轉軸連接的壓縮機(37)、發電機(39)、動力推進連結器(38)的轉軸，帶動壓縮機(37)壓縮空氣並輸出被壓縮的高壓空氣；再導引該被壓縮的高壓空氣進入燃燒器(30)中助燃。
  14. 一種固體燃料粉末輸入開放循環式燃氣渦輪機燃燒器內燃燒、作功之方法，其步驟包含：利用一螺旋翅(10)密閉外殼上其與驅動機轉軸連接處設有軸封裝置的密閉螺旋供料器(7)，導引一頂部設有螺螺旋蓋(2)的燃料粉末儲槽(1)中之燃料粉末，進入一燃燒器(30)中燃燒以產生高壓、高溫燃燒氣；導引該高壓、高溫燃燒氣進入一燃氣渦輪機(36)膨脹作功，轉動該燃氣渦輪機(36)的轉軸，及與該燃氣渦輪機(36)轉軸連接的壓縮機(37)、發電機(39)、動力推進連結器(38)的轉軸，帶動壓縮機(37)壓縮空氣並輸出被壓縮的高壓空氣；再導引該被壓縮的高壓空氣進入燃燒器(30)中助燃。
  15. 如申請專利範圍第11至14項中所述之任一項固體燃料粉末輸入開放循環式燃氣渦輪機燃燒器內燃燒、作功之方法，其中附加步驟包含： 剛起動時，先導引儲存於鋼桶(15)之高壓易燃輔助燃料進入該燃燒器(30)中燃燒，以產生高壓、高溫的燃燒氣；續導引該高壓、高溫的燃燒氣進入一燃氣渦輪機(36)膨脹作功，轉動該燃氣渦輪機(36)的轉軸，及與該燃氣渦輪機(36)轉軸連接的壓縮機(37)、發電機(39)、動力推進連結器(38)的轉軸，帶動壓縮機(37)壓縮空氣並輸出被壓縮的高壓空氣；再導引該被壓縮的高壓空氣進入燃燒器(30)中助燃；當該高壓空氣溫度超過設定溫度界限，即關閉輔助燃料進入燃燒器(30)。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之固體燃料粉末輸入開放循環式燃氣渦輪機燃燒器內燃燒作功之方法，其中附加步驟包含：剛起動時，先導引溫度接近氣溫的小型空氣壓縮機(附蓄壓箱)(11)高壓空氣進入燃燒器(30)中，幫助燃料粉末在該燃燒器(30)中燃燒，以產生高壓、高溫的燃燒氣；並導引該小型空氣壓縮機(附蓄壓箱)(11)接近氣溫的少量高壓空氣由旁導管進入該燃料粉末儲槽(1)頂部及密閉螺旋供料器(7)內，使其壓力永遠比燃燒器(30)內壓力稍高；續導引該高壓、高溫的燃燒氣進入一燃氣渦輪機(36)膨脹作功，轉動該燃氣渦輪機(36)的轉軸，及與該燃氣渦輪機(36)轉軸連接的壓縮機(37)、發電機(39)、動力推進連結器(38)的轉軸，帶動壓縮機(37)壓縮空氣並輸出被壓縮的高壓空氣；再導引該被壓縮的高壓空氣進入燃燒器(30)中助燃；當該進入燃燒器(30)的高壓空氣壓力超過設定壓力界限時，即關閉該小型空氣壓縮機(附蓄壓箱)(11)之高壓空氣進入燃燒器(30)內。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之固體燃料粉末輸入開放循環式燃氣渦輪機燃燒器內燃燒、作功之方法，其中附加：空氣進入該壓縮機(37)之前，先經過加熱，及與少量經過過濾的燃氣渦輪機(36)排放廢氣混合後才壓縮，使進入燃燒器(30)的高壓空氣溫度高於燃料粉末自然燃燒溫度，燃料粉末在該燃燒器(30)中燃燒，以產生高壓、高溫燃燒氣；續導引該高壓、高溫燃燒氣進入一燃氣渦輪機(36)膨脹作功，轉動該燃氣渦輪機(36)的轉軸，及與該燃氣渦輪機(36)轉軸連接的壓縮機(37)、發電機(39)、動力推進連結器(38)的轉軸，帶動壓縮機(37)壓縮空氣並輸出被壓縮的高壓空氣；再導引該被壓縮的高壓空氣進入燃燒器(30)中助燃。
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