一种采用烟气再循环的半闭式燃气轮机系统技术方案

本申请涉及燃气轮机的技术领域，尤其是涉及一种采用烟气再循环的半闭式燃气轮机系统，包括通过转轴连接的燃气发生器涡轮和压气机，还包括动力涡轮，动力涡轮的上游设置有燃烧室，燃气发生器涡轮位于动力涡轮的下游，燃气发生器涡轮远离动力涡轮的一侧同轴设置有烟气压气机和空气压气机，且烟气压气机和空气压气机均由燃气发生器涡轮驱动，从燃气发生器涡轮中通出的烟气经过烟气压气机加压后通入燃烧室，空气压气机从周围环境中吸入空气，随后通入燃烧室。本申请能够减少燃气轮机宽功率范围内的效率波动，并使得燃气轮机在宽功率范围内始终保持较高的效率。内始终保持较高的效率。内始终保持较高的效率。

【技术实现步骤摘要】
一种采用烟气再循环的半闭式燃气轮机系统


[0001]本申请涉及燃气轮机的
，尤其是涉及一种采用烟气再循环的半闭式燃气轮机系统。

技术介绍

[0002]燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的化学能转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。燃气轮机特别是常规的单轴燃气轮机仅有一个调节变量，即燃料量。控制系统通过调节燃油供给，以实现涡轮功率的调节。
[0003]针对上述中的相关技术，专利技术人认为，对于功率调节范围要求相对较宽的场合而言，以燃料量为唯一的调节变量，会导致燃气轮机在非满载的工况状态下，涡轮前温度较低，进而导致燃气轮机的效率较低，燃气轮机存在有宽功率范围内的效率波动较大的缺陷。

技术实现思路

[0004]为了减少燃气轮机宽功率范围内的效率波动，并使得燃气轮机在宽功率范围内始终保持较高的效率，本申请提供一种采用烟气再循环的半闭式燃气轮机系统。
[0005]本申请提供的一种采用烟气再循环的半闭式燃气轮机系统采用如下的技术方案：
[0006]一种采用烟气再循环的半闭式燃气轮机系统，包括通过转轴连接的燃气发生器涡轮和压气机，还包括动力涡轮，所述动力涡轮的上游设置有燃烧室，所述燃气发生器涡轮位于所述动力涡轮的下游，所述燃气发生器涡轮远离所述动力涡轮的一侧同轴设置有烟气压气机和空气压气机，且所述烟气压气机和所述空气压气机均由所述燃气发生器涡轮驱动，从所述燃气发生器涡轮中通出的烟气经过所述烟气压气机加压后通入所述燃烧室，所述空气压气机从周围环境中吸入空气，随后通入所述燃烧室。
[0007]通过采用上述技术方案，对动力涡轮和燃气发生器涡轮做功后，烟气的温度依然较高，将从燃气发生器涡轮出口处通出的烟气，再通入燃烧室的掺混区，以调节涡轮前气体温度，形成循环，再次利用烟气中的热量，从而有效提高了燃气轮机在宽功率范围内的效率，烟气在循环的过程中，一部分通过烟气压气机排出，空气压气机向循环的烟气中掺混新鲜空气。
[0008]优选的，所述燃气发生器涡轮的一侧设置有回热器，从所述燃气发生器涡轮中通出的烟气依次经过所述回热器、所述烟气压气机，再次经过所述回热器，随后通入所述燃烧室，从所述空气压气机通入的空气经过所述回热器后通入所述燃烧室。
[0009]通过采用上述技术方案，从燃气发生器涡轮通出的烟气经过回热器进行换热，降低自身的温度，并加热回流的烟气和新鲜的空气，以减少排至大气的烟气携带的热量，以进一步提高燃气轮机在宽功率范围内的效率。
[0010]优选的，所述燃气发生器涡轮与所述动力涡轮设置为对转涡轮，所述燃气发生器涡轮与所述动力涡轮旋向相反。
[0011]通过采用上述技术方案，对转涡轮的设置，减少了涡轮中静叶的设置，能够降低静叶的摩擦损失，并提高工质对涡轮的做功效率，除此之外，对转涡轮的设置，增大了工质的气流转折角，提高了工质的做功能力，相较于常规涡轮，对转涡轮能够提供更强的功率输出。
[0012]优选的，所述烟气压气机和所述空气压气机采用双吸形式的压气机，双吸形式的压气机包括两个入口和一个出口，双吸形式的压气机的一个入口用于吸入经过所述回热器的烟气，双吸形式的压气机的另一个入口连通大气。
[0013]通过采用上述技术方案，双吸形式的压气机使得烟气压气机与空气压气机合二为一，从而降低了燃气轮机的结构复杂度，降低了燃气轮机损坏的概率。
[0014]优选的，所述烟气压气机远离所述燃气发生器涡轮的一侧耦合有负载或发电机。
[0015]通过采用上述技术方案，根据工况的需要启用负载或发电机，以调节压气机的转速，从而实现燃气发生器涡轮出口温度的稳定控制，以提升系统效率。
[0016]优选的，所述回热器与所述烟气压气机间连通设置有空气换热器模块。
[0017]通过采用上述技术方案，烟气在通入烟气压气机前经过空气换热器模块进行再一次的降温，以提高烟气压气机的压缩效率，进而提高系统效率。
[0018]优选的，所述烟气压气机的一侧设置有换气模块，所述换气模块包括通过转轴连接的换气涡轮和换气压气机，所述烟气压气机的出口连通至所述换气涡轮的入口，所述换气压气机的出口连通至所述空气压气机的入口。
[0019]通过采用上述技术方案，换气模块的设置提高了空气压气机对工质的压缩能力，扩大了工质密度的可调节范围，有利于燃气轮机的调节，以使得燃气轮机在不同的工况下始终保持较高的效率。
[0020]优选的，所述换气压气机的入口处设置有调节阀。
[0021]通过采用上述技术方案，调节阀的设置，使得工作人员能够改变烟气与空气的比例，有利于系统效率的提高。
[0022]优选的，所述燃烧室与所述回热器间连通设置有预混重整器。
[0023]通过采用上述技术方案，在预混重整器内，经过加热的空气、经过加热的烟气和新鲜空气重整燃料为一氧化碳和氢气，有利于燃料的氧化反应，除此之外，重整的过程是吸热过程，能够降低燃烧室的最高温度，以减少氮氧化物的产生与排放。
[0024]优选的，所述回热器与所述预混重整器间的烟气，有一部分通入所述动力涡轮的扇叶中。
[0025]通过采用上述技术方案，将一部分烟气引入动力涡轮的扇叶中，以对动力涡轮进行冷却，降低动力涡轮的温度，以降低动力涡轮因温度过高而损坏的概率。
[0026]综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
[0027]1. 对动力涡轮和燃气发生器涡轮做功后，烟气的温度依然较高，将从燃气发生器涡轮出口处通出的烟气，再通入燃烧室的掺混区，以调节涡轮前气体温度，形成循环，再次利用烟气中的热量，从而有效提高了燃气轮机在宽功率范围内的效率，烟气在循环的过程中，一部分通过烟气压气机排出，空气压气机向循环的烟气中掺混新鲜空气；
[0028]2. 从燃气发生器涡轮通出的烟气经过回热器进行换热，降低自身的温度，并加热回流的烟气和新鲜的空气，以减少排至大气的烟气携带的热量，以进一步提高燃气轮机在
宽功率范围内的效率；
[0029]3. 根据工况的需要启用负载或发电机，以调节压气机的转速，从而实现燃气发生器涡轮出口温度的稳定控制，以提升系统效率。
附图说明
[0030]图1是实施例1的整体结构示意图；
[0031]图2是实施例3的整体结构示意图；
[0032]图3是实施例4的整体结构示意图；
[0033]图4是实施例5的整体结构示意图。
[0034]附图标记：1、燃气发生器涡轮；2、压气机；3、动力涡轮；4、外接负载；5、燃烧室；6、调节负载；7、发电机；8、烟气压气机；9、空气压气机；10、回热器；11、空气换热器模块；12、换气模块；121、换气涡轮；122、换气压气机；123、调节阀；13、预混重整器。
具体实施方式
[0035]以下结合附图1
‑
附图4对本申请作进一步详细说明。
[0036]本申请实施例公开一种采用烟气再循环的半闭式燃本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用烟气再循环的半闭式燃气轮机系统，包括通过转轴连接的燃气发生器涡轮(1)和压气机(2)，还包括动力涡轮(3)，所述动力涡轮(3)的上游设置有燃烧室(5)，其特征在于，所述燃气发生器涡轮(1)位于所述动力涡轮(3)的下游，所述燃气发生器涡轮(1)远离所述动力涡轮(3)的一侧同轴设置有烟气压气机(8)和空气压气机(9)，且所述烟气压气机(8)和所述空气压气机(9)均由所述燃气发生器涡轮(1)驱动，从所述燃气发生器涡轮(1)中通出的烟气经过所述烟气压气机(8)加压后通入所述燃烧室(5)，所述空气压气机(9)从周围环境中吸入空气，随后通入所述燃烧室(5)。2.根据权利要求1所述的一种采用烟气再循环的半闭式燃气轮机系统，其特征在于，所述燃气发生器涡轮(1)的一侧设置有回热器(10)，从所述燃气发生器涡轮(1)中通出的烟气依次经过所述回热器(10)、所述烟气压气机(8)，再次经过所述回热器(10)，随后通入所述燃烧室(5)，从所述空气压气机(9)通入的空气经过所述回热器(10)后通入所述燃烧室(5)。3.根据权利要求2所述的一种采用烟气再循环的半闭式燃气轮机系统，其特征在于，所述燃气发生器涡轮(1)与所述动力涡轮(3)设置为对转涡轮，所述燃气发生器涡轮(1)与所述动力涡轮(3)旋向相反。4.根据权利要求2所述的一种采用烟气再循环的半闭式燃气轮机系统，其特征在于，所述烟气压气机(8)和所述空气压气机(9)采用双吸形式的压气机(2)，双吸形...

【专利技术属性】
技术研发人员：高闯，郑甜华，吴福仙，
申请(专利权)人：上海径然动力科技合伙企业有限合伙，
类型：新型
国别省市：