用于生成电能的系统和方法技术方案

本发明专利技术的目的在于提供一种方法和一种用于实施该方法的系统，以减少电能生产中往复式燃烧发动机和燃气涡轮机的缺点。本发明专利技术基于下述理念：将燃烧室(10)布置在涡轮机(22)外面，并从串联连接的压缩机向该燃烧室提供压缩空气，以便执行用高压蒸汽脉冲补偿的燃烧过程。燃烧室(10)布置成从串联连接的压缩机(24)的每个压缩级接收压缩空气，以便逐渐增加燃烧室(10)中压缩空气的量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于生成电能的系统和方法
本专利技术涉及一种生成电力的方法以及一种发电机系统。
技术介绍
现有技术的典型发电机系统包括燃烧发动机、燃料箱和发电机。燃烧发动机包括一组汽缸，所述一组汽缸具有对应的一组往复式活塞。与上述布置相关的一个问题在于，移动活塞及其他移动零件必须经常用油进行润滑，这对燃烧发动机的运行温度有着显著的影响。而在考虑到效率系数时，运行温度又是重要的因素。在耐用性没有显著退化的情况下，上述发动机承受低于100摄氏度的运行温度。这种温度对于使水汽化而言太低，因此无法有效地用于生成电力，即，只是在浪费热量。美国专利2,095,984(H.Holzwarth)公开了一种爆燃式涡轮机设备。该爆燃式涡轮机设备包括：脉冲转子；用于生成爆燃气体的无活塞式爆燃室；以及喷嘴，所述喷嘴用于使气体膨胀并将气体引至仅由所述气体的间歇吹喷驱动的转子。现有技术的另一种典型发电机系统包括燃气涡轮机以及由该燃气涡轮机的轴驱动的发电机。燃气涡轮机的问题在于，由于燃气涡轮机的燃烧器实际上处于开放空间中，因此燃烧器处于相对较低的压力。燃烧器的较低压力显著降低了效率系数。在Holzwarth涡轮机设备中，间歇的低压显著降低了效率系数。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于提供一种方法以及一种用于实施该方法的系统，以减少上述缺点。本专利技术的目的通过特征由独立权利要求陈述的一种方法和一种系统实现。本专利技术的优选实施例在独立权利要求中公开。本专利技术基于下述理念：将燃烧室布置在燃气涡轮机外面，并向该燃烧室提供压缩空气，以便在受控且最佳的条件下执行燃烧过程并使用来自该过程的剩余热量。布置可控输入阀，用以控制周期性燃烧过程，以匹配特定气体振荡的频率，使得它们彼此增强。本专利技术的方法和系统的优点在于，可以针对燃烧过程优化燃烧室中的条件，这显著提高了系统的整体效率。燃烧室可以具有数百摄氏度的运行温度，并且压缩室中的压力可以与往复式燃烧发动机的狄赛尔循环(dieselcycle，柴油机循环)中压缩冲程结束时的压力相似。这种温度增加了燃烧过程的效率，并且由于高温，热量可容易地转换为电力。附图说明在下文中，将参照附图通过优选的实施例更加详细地描述本专利技术，附图中：图1示出了根据本专利技术的一种实施例的第一发电机系统；图2示出了根据本专利技术的一种实施例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例的具有注入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细节图；以及图5示出了根据一种实施例的系统中压力随着时间的变化。具体实施方式参照图1的简单实例，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22的流体向涡轮机馈送能量时，涡轮机的转子转动。涡轮机转子的转动驱动传动装置20以及均连接至传动装置的发电机26和压缩机24二者。涡轮机、发电机和压缩机可以通过驱动轴、轮轴或其他适合的动力传动装置连接至传动装置。该布置用发电机26将馈送至涡轮机22的能量转换为电能输出99，并用压缩机24将能量转换为空气压力，所述压缩机压缩用于燃烧室10的空气。在一种实施例中，压缩机24使压缩空气积聚进入空气箱32，然后空气箱32将其中积聚的压缩空气馈送至燃烧室10。压缩机24优选地为螺杆式压缩机，螺杆式压缩机效率高并且能够向燃烧室10和空气箱32提供高的压力。在一种实施例中，系统包括与第一螺杆式压缩机24串联连接的第二螺杆式压缩机，以向空气箱提供甚至更高的压力。在一种实施例中，系统包括轴流式压缩机24(诸如离心式压缩机)和与该轴流式压缩机24串联连接的螺杆式压缩机的组合，以向空气箱提供空气。这些压缩机中的一个或多个或全部可以为例如轴流式、径向式、螺杆式、活塞式或者一些其他类型的压缩机。这一连串的压缩机可以是并行或串联连接的所述压缩机类型中的一种或多种的组合。该一个或多个压缩机优选地布置成将供至空气箱的压力增加至20巴以上。在一种实施例中，该一个或多个压缩机布置成将供至空气箱的压力增加至30巴、35巴或40巴以上。在一种实施例中，可以用电动机驱动压缩机24。在一种实施例中，可以在串联连接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。在一种实施例中，可以在串联连接的压缩机级的一些或全部之间设置中间冷却器，以冷却压缩机之间的空气。然后中间冷却器就可以用于生成蒸汽，该蒸汽可以在燃烧循环的膨胀阶段之间以短的高压蒸汽脉冲的形式注入到燃烧室中。优选地，燃烧室中的燃烧是爆燃燃烧，而不是爆震燃烧。发电机系统还包括燃烧室10，该燃烧室布置成从压缩机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进入燃烧室10。压缩空气在进入燃烧室之前用热量回收单元40预加热，该热量回收单元将热量从燃烧室传递至压缩空气。在最后一个压缩机之后可以使用回热器(regenerator，再生器)，用以在将压缩空气馈送至燃烧室或馈送至绕过燃烧室的旁路管道之前加热压缩空气。回热器可以使用来自例如废气或燃烧室的余热用于加热压缩空气。当启动系统并且燃烧室处于室温时，还可以用其他装置对压缩空气进行预加热，例如用电阻器电力地预加热。燃料从燃料箱中释放或泵出并注入到燃烧室中。燃料优选地为柴油或液化天然气(LNG)。在一种实施例中，燃料为汽油、天然气、乙醇、生物柴油或者两种或更多种前述燃料的混合物。在一种实施例中，燃料包括氢气和一氧化碳的混合物，该混合物是碱回收单元的副产品。在一种实施例中，水或蒸汽可以与燃料一起注入到燃烧室中。在一种实施例中，燃料包括煤粉或褐煤粉本身或者与天然气、柴油或其他一些适合的燃料混合的煤粉或褐煤粉。由于燃烧室内的高压和高温，注入到燃烧室中的燃料开始燃烧。通过将空气从空气箱释放至燃烧室而布置燃烧室中的高压。除了预加热以外，燃烧室的热量会加热燃烧室中的释放空气，并增加甚至更高的压力。当启动系统并且燃烧室尚未达到其运行温度时，可以用点火线圈、电热塞、预热布置或加热器布置触发点火。在一种实施例中，系统包括前室或预燃室。可以在预燃室中点燃燃料混合物，以开始燃烧过程。燃烧过程会产生热量，该热量加热燃烧室并通过加热引入燃烧室中的燃料和压缩空气而使燃烧过程继续进行。在一种实施例中，在启动系统后的燃烧循环期间也会使用点火。在一种实施例中，使用热量回收单元40或其他热量提取装置将热量从燃烧室或燃烧过程传递至水或蒸汽，然后生成高压蒸汽。在燃烧过程的膨胀阶段之间将高压蒸汽注入到燃烧室中。蒸汽以短的高压脉冲的形式注入，并且两个膨胀阶段之间的脉冲量可以为例如1至10、2至8、3至6或一些其他量，诸如4、5、7或8。在一种实施例中，系统包括用于产生供至区域供热系统的热量的装置，诸如热交换器。可以将发电机系统产生的热能的一部分从系统中提取出来并用热交换器转移，用以加热区域供热系统的水。这种电能和热能的结合产生提高了系统的整体效率。在一种实施例中，系统包括用于使用发电机系统的热能运行吸收式冷却系统的装置，诸如热交换器。可以将发电机系统产生的热能的一部分从系统中提取出来并用热交换器转移至吸收式冷却系统，这在气候温暖的区域可以提高系统的整体效率。燃烧室10优选地本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发电机系统，具有：涡轮机(22)，所述涡轮机与发电机(26)和一个或多个压缩机(24)连接，以通过所述发电机(26)将馈送至所述涡轮机(22)的能量转换为电能，并用一个或多个压缩机(24)压缩空气，燃烧室(10)，所述燃烧室布置成从所述一个或多个压缩机(24)接收压缩空气，并从燃料箱(30)接收燃料，用以开始燃烧过程并将燃烧产物输出至所述涡轮机(22)中以转动所述涡轮机的转子，以及功能地连接至所述燃烧室(10)以用于控制所述燃烧过程的输入阀，所述燃烧过程是包括压缩阶段和膨胀阶段的循环过程，用于向所述燃烧室(10)提供所述压缩空气的一个或多个可控输入阀，以及用于控制该一个或多个输入阀的控制单元，其特征在于，所述一个或多个可控输入阀布置成控制周期性燃烧过程，以匹配特定气体振荡的频率使得这些振荡相互增强。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.21 FI 201454581.一种发电机系统，具有：涡轮机(22)，所述涡轮机与发电机(26)和一个或多个压缩机(24)连接，以通过所述发电机(26)将馈送至所述涡轮机(22)的能量转换为电能，并用一个或多个压缩机(24)压缩空气，燃烧室(10)，所述燃烧室布置成从所述一个或多个压缩机(24)接收压缩空气，并从燃料箱(30)接收燃料，用以开始燃烧过程并将燃烧产物输出至所述涡轮机(22)中以转动所述涡轮机的转子，以及功能地连接至所述燃烧室(10)以用于控制所述燃烧过程的输入阀，所述燃烧过程是包括压缩阶段和膨胀阶段的循环过程，用于向所述燃烧室(10)提供所述压缩空气的一个或多个可控输入阀，以及用于控制该一个或多个输入阀的控制单元，其特征在于，所述一个或多个可控输入阀布置成控制周期性燃烧过程，以匹配特定气体振荡的频率使得这些振荡相互增强。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：热交换器(42)，所述热交换器与从所述涡轮机(22)中排出的燃烧产物热交互，用于将热量从排出的燃烧产物转移至蒸汽，用于向所述涡轮机(22)提供蒸汽的一个或多个输入阀(102、103、104、114)，以及控制单元，所述控制单元用于控制所述一个或多个输入阀(102、103、104)，以生成到所述涡轮机(22)中的依赖于时间的蒸汽注入。3.根据权利要求2所述的发电机系统，其特征在于，所述系统还包括：用于积聚蒸汽的蒸汽箱(34)，用于将所述蒸汽冷凝成水的冷凝器(50)，用于积聚所述水的水箱(36)，以及用于将所述水从所述水箱(36)泵送至用于将所述水汽化为蒸汽的所述热交换器(42)的装置，所述蒸汽布置成流入所述蒸汽箱(34)。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，所述燃烧室(10)布置成以循环形式工作。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，所述功能地连接至所述燃烧室(10)以用于控制所述燃烧过程的输入阀固定至相对于所述燃烧室的壁的法线倾斜的位置，使得气体的输入产生供至所述燃烧室的受控气体旋涡。6.根据权利要求5所述的发电机系统，其特征在于，所述系统包括多个功能地连接至所述燃烧室(10)以用于控制所述燃烧过程的输入阀，其中，该多个输入阀固定至相对于所述燃烧室的壁的法线倾斜的位置，使得通过所述多个阀的气体输入产生供至所述燃烧室的受控气体旋涡。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，所述系统还包括用于积聚来自一个或多个压缩机(24)的压缩空气、并用于向所述燃烧室(10...

【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