用于产生电能的系统和方法技术方案

本发明专利技术的目的是提供一种方法以及一种用于实施该方法的系统，以在电能产生期间减少往复式内燃机和燃气涡轮机的不利之处。本发明专利技术基于这样的构思，即，将燃烧室布置在燃气涡轮机外部，并向燃烧室提供压缩空气，以实现高压蒸汽脉冲辅助的燃烧过程。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种发电的方法，并且涉及发电机系统。
技术介绍
现有技术中典型的发电机系统由内燃机、燃料箱和发电机组成。内燃机包括一组汽缸和一组相应的往复式活塞。与上述装置有关的问题之一是活动活塞和其他活动部件必须经常用油润滑，油对内燃机的运行温度具有重大影响。相继地，在考虑有效系数时，运行温度是一个重要因素。上述发动机能承受低于100摄氏度的运行温度，而不出现明显的耐用性退化。该温度对于蒸发水来说过低，因此其不能有效地用于发电，即，其仅仅是废热。美国专利2,095,984(H.Holzwarth)公开了一种爆燃式涡轮机装置。该爆燃式涡轮机装置基于汉弗莱工艺(Humphrey process)，并且其包括脉冲转子、用于产生爆炸气体的无活塞爆发室和用于使气体膨胀并将气体导向转子的喷嘴，该转子仅由所述气体的间歇性喷发所驱动。现有技术中的另一种典型的发电机系统由燃气涡轮机和由燃气涡轮机的轴驱动的发电机组成。燃气涡轮机的问题是燃烧器的压力相对较低，因为燃气涡轮机的燃烧器实际上是开放的空间。燃烧器的低压明显降低了有效系数。在Holzwarth的涡轮机装置中，间歇性的低压明显降低了有效系数。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种方法和一种用于实施该方法的系统以减少上述不利之处。本专利技术的目的是通过一种方法和一种系统实现的。在独立权利要求中说明了该方法和该系统的特征。在从属权利要求中公开了本专利技术的优选实施方式。本专利技术基于这样的构思，即，将燃烧室设置在燃气涡轮机外部并向燃烧室提供压缩空气以在可控的最优条件下实现燃烧过程，并使用来自过程的余热来产生蒸汽，然后以与时间相关的方式将蒸汽注入至过程中。本专利技术的方法和系统的优点是可以为燃烧过程优化燃烧室中的条件，这显著地提高了系统的整体效率。燃烧室可能具有几百摄氏度的运行温度，并且燃烧室内部的压力可能类似于往复式内燃机的柴油循环中的压缩冲程结束时的压力。这种温度提高了燃烧过程的效率，并且由于高温，热量可以容易地转化为电力。与时间相关的蒸汽的注入优化了蒸汽的使用并提高了整体效率。附图说明下面将参考所附的附图通过优选实施方式更加详细地描述本专利技术，其中图1示出了根据本专利技术的一种实施方式的第一发电机系统；图2示出了根据本专利技术的一种实施方式的具有蒸汽循环系统的第二发电机系统；图3示出了根据本专利技术的一种实施方式的具有注射器或喷射器系统的第三发电机系统；图4示出了具有两个燃烧室的系统的详图；以及图5示出了根据一种实施方式的系统中的压力随时间的变化。具体实施方式参考图1的一种简单的实施例，发电机系统包括涡轮机22，该涡轮机轴向地或经由传动装置20与发电机26和压缩机24连接。发电机还可以轴向地连接至涡轮机22。当通过流过涡轮机的流体将能量提供给涡轮机22时，涡轮机22的转子转动。涡轮机转子的转动驱动传动装置20和均连接至传动装置的发电机26和压缩机24。涡轮机、发电机和压缩机可以通过驱动轴、轮轴或其他合适的动力传动装置连接至传动装置。设备(arrangement)将提供给涡轮机22的能量通过发电机26转换为电能输出99，并通过压缩空气的压缩机24转换为用于燃烧室10空气压力。在一种实施方式中，压缩机24将压缩空气聚集至空气箱32内，然后该空气箱将聚集在空气箱32内的压缩空气提供给燃烧室10。压缩机24优选地为高效的并能向燃烧室10和空气箱32提供高压的螺杆式压缩机。在一种实施方式中，系统包括与第一螺杆式压缩机24串联的第二螺杆式压缩机，以向空气箱提供甚至更高的压力。在一种实施方式中，系统包括轴向压缩机24的组合，诸如径向压缩机和螺杆式压缩机与轴向压缩机24串联，以向空气箱提供空气。一个压缩机或多个压缩机优选地设置为向空气箱积聚20巴以上的压力。在一种实施方式中，一个压缩机或多个压缩机布置为向空气箱积聚30巴、35巴或40巴以上的压力。在一种实施方式中，可以通过电动机驱动压缩机24。在一种实施方式中，可以在串联的第一压缩机和第二压缩机之间设置中间冷却器，以冷却压缩机之间的空气。此时，中间冷却器可以用于产生蒸汽，该蒸汽可以以短的高压蒸汽脉冲的形式在燃烧循环的膨胀阶段之间注入燃烧室内。发电机系统还包括燃烧室10，该燃烧室设置为从压缩机24或从空气箱32接收压缩空气并从燃料箱30接收燃料，以开始燃烧过程。压缩空气通过可控阀从空气箱释放至燃烧室10内。压缩空气在进入燃烧室之前通过热回收单元40预热，该热回收单元将热量从燃烧室运送至压缩空气。当系统启动并且燃烧室处于室温时，也可以通过其他装置，例如通过电阻电气地预热压缩空气。燃料从燃料箱释放或泵送，并注入至燃烧室内。燃料优选地为柴油或液化天然气(LNG)。在一种实施方式中，燃料是汽油、天然气、乙醇、生物柴油或前述燃料中的两种或更多种的混合物。在一种实施方式中，燃料包括氢气和一氧化碳混合物，其是碱回收单元的副产品。在一种实施方式中，水或蒸汽可以与燃料一起注入至燃烧室内。在一种实施方式中，燃料包括煤尘或褐煤尘本身或与天然气、柴油或某些其他合适的燃料混合。由于燃烧室内部的高压和高温，注入至燃烧室内的燃料点燃。通过从空气箱向燃烧室释放空气来设置燃烧室内的高压。除了预热，燃烧室的热量使燃烧室内部的所释放的空气变热，并积聚更高的压力。当系统启动并且燃烧室尚未达到其运行温度时，可以通过点火线圈、电热塞、预热装置或加热器装置触发点燃。燃烧过程产生热量,该热量使燃烧室变热并通过加热引入至燃烧室内的燃料和压缩空气而使燃烧过程保持运行。在一种实施方式中，在系统启动之后，点燃也在燃烧循环期间使用。在一种实施方式中，使用热回收单元40或其他热提取装置将热量从燃烧室或燃烧过程运送至水或蒸汽，并产生高压蒸汽。在燃烧过程的膨胀阶段之间将高压蒸汽注入至燃烧室内。蒸汽以短的高压脉冲形式注入，并且两个膨胀阶段之间的脉冲数量可以例如为1至10、2至8、3至6或某些其他数量，诸如4、5、7或8。燃烧室10优选地为具有用于燃料和压缩空气的输入装置和用于燃烧产物(即，废气)的输出的中空容器。输入和输出是可控的，并且可以在燃烧循环的特定阶段关闭和打开，以在燃料点燃前将压力积聚至燃烧室内并在点燃后排出燃烧产物。燃烧室内的燃烧过程是至少类似于狄塞尔循环的循环过程。将来自空气箱的预热的压缩空气引入燃烧室内，并且将燃料注入燃烧室内，直到空气燃料混合物点燃。空气燃料混合物的燃烧使其体积膨胀，因此当输出阀打开时，燃烧产物和压缩空气通过输出排出。通过控制输入阀和输出阀来控制燃烧循环的运行速度。可以在由系统的性质限定的某些限制内自由选择运行速度。可能限制运行速度的这种性质可以是例如阀的操作速度、空气箱内的空气压力、燃料类型等。然而，为了获得每个系统的最优性能，可以调节运行速度，因为其不受活动活塞或活动块的类似物理局限性的限制。燃烧室优选地具有简单的形式，最优选地为球体或圆筒，以实现迅速的、清洁的和完全的燃烧过程。简单的形式使得具有较高的运行温度，这提高了效率并减少了在燃烧过程期间产生的有害颗粒和气体的量。燃烧室设置为在高温下工作。除了简单的形式，燃烧室的材料还必须能承受高温而不出现性能或耐用性的明显退化。燃烧室的材料可以是陶瓷、金属、合金或优选地是两种或更多种材本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发电机系统，具有涡轮机(22)，与发电机(26)和压缩机(24)连接，以便将提供给所述涡轮机(22)的能量通过所述发电机(26)转换为电能，并使用提供给所述涡轮机的所述能量通过所述压缩机(24)压缩空气，燃烧室(10)，在所述涡轮机(22)外部，其中，所述燃烧室(10)设置为从所述压缩机(24)接收压缩空气并从燃料箱(30)接收燃料，以开始燃烧过程，并将燃烧产物输出至所述涡轮机(22)内用于转动所述涡轮机的转子，以及输入阀，功能性地连接至所述燃烧室(10)，用于控制所述燃烧过程，热交换器(42)，与从所述涡轮机(22)排出的所述燃烧产物热交互，用于将来自所排出的燃烧产物的热量转移至蒸汽中，一个或多个输入阀(102,103,104,114)，用于向所述涡轮机(22)提供所述蒸汽，其特征在于，所述发电机系统还包括用于控制所述一个或多个输入阀(102,103,104)的控制单元，用于向所述涡轮机(22)内产生与时间相关的蒸汽注入，其中，所述蒸汽注入的流在燃烧循环内调节。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.08 FI 201450101.一种发电机系统，具有涡轮机(22)，与发电机(26)和压缩机(24)连接，以便将提供给所述涡轮机(22)的能量通过所述发电机(26)转换为电能，并使用提供给所述涡轮机的所述能量通过所述压缩机(24)压缩空气，燃烧室(10)，在所述涡轮机(22)外部，其中，所述燃烧室(10)设置为从所述压缩机(24)接收压缩空气并从燃料箱(30)接收燃料，以开始燃烧过程，并将燃烧产物输出至所述涡轮机(22)内用于转动所述涡轮机的转子，以及输入阀，功能性地连接至所述燃烧室(10)，用于控制所述燃烧过程，热交换器(42)，与从所述涡轮机(22)排出的所述燃烧产物热交互，用于将来自所排出的燃烧产物的热量转移至蒸汽中，一个或多个输入阀(102,103,104,114)，用于向所述涡轮机(22)提供所述蒸汽，其特征在于，所述发电机系统还包括用于控制所述一个或多个输入阀(102,103,104)的控制单元，用于向所述涡轮机(22)内产生与时间相关的蒸汽注入，其中，所述蒸汽注入的流在燃烧循环内调节。2.根据权利要求1所述的发电机系统，其特征在于，所述系统还包括：用于聚集蒸汽的蒸汽箱(34)，用于将所述蒸汽凝结成水的冷凝器(50)，用于聚集所述水的水箱(36)，以及用于将所述水从所述水箱(36)泵送至所述热交换器(42)的装置，用于将所述水蒸发成蒸汽，所述蒸汽设置为流入所述蒸汽箱(34)。3.根据权利要求1至2中任一项所述的发电机系统，其特征在于，所述燃烧室(10)内的所述燃烧过程是循环过程。4.根据权利要求1至3中任一项所述的发电机系统，其特征在于，所述燃烧过程包括压缩阶段和膨胀阶段。5.根据权利要求1至4中任一项所述的发电机系统，其特征在于，所述燃烧室(10)设置为周期性地工作。6.根据权利要求1至5中任一项所述的发电机系统，其特征在于，所述压缩机(24)为第一螺杆式压缩机，并且所述系统还包括与所述第一螺杆式压缩机串联的第二螺杆式压缩机。7.根据权利要求1至6中任一项所述的发电机系统，其特征在于，所述系统还包括空气箱(32)，用于聚集来自所述压缩机(24)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒂莫·艾瑞玛，海基·J·萨米能，
申请(专利权)人：芬诺能源有限公司，
类型：发明
国别省市：芬兰;FI