CN1188847A - 具有空气涡轮的燃气轮机动力装置 - Google Patents

Abstract

一种具有空气涡轮的燃气轮机动力装置,包括有空气涡轮和由其驱动的压气机,在空气涡轮的进气和排气管路上,分别气动地连接有压缩气体热交换器和燃烧室,来自空气分离器的富氧或富氮气体分别被引入到燃烧室和压气机的进口,在压气机与热交换器之间的管路中连接有蒸发器,在燃烧室与热交换器之间的管路上装有自由动力涡轮,在空气分离器的排气管路上装有增压器。具有上述结构特征的动力装置可以提高热效率和输出功率,并能进一步改善排气污染。

Description

具有空气涡轮的燃气轮机动力装置

本发明涉及一种具有空气涡轮的燃气轮机动力装置，确切地说，涉及一种效率较高、耗能较低又能减少环境污染的动力装置。

燃气轮机作为动力装置已被广泛地应用在诸如电力、交通工具、石油等工业领域，特别是在现代化大型火力发电厂内更成为其主要的动力装置。作为动力装置的燃气轮机虽经数十年的不断改进，但其效率和动力输出上一直未能见到有较大的突破性改进，例如其效率未能超过35％。另一方面对有害废气的散发也得不到有效的控制。再者现有的燃煤蒸汽系统成本较高而且装置复杂，由此可见提高这类动力装置的潜力还是存在的。

本发明的目的在于提出一种具有空气涡轮的燃气轮机动力装置，使其在效率上有所提高，有害废气散发得到有效控制，利用回热通过蒸发冷却来增加质量流量使蒸汽系统简化而且费用低，即燃料耗量最少，而产生的功率则最大，从而使其有最佳的热效率，并能提高输出功率。

实施本发明上述目的而采取的技术方案如下所述：使该动力装置包含一空气涡轮、一空气分离器、一压气机、一燃烧室、一蒸发器和一热交换器，其中空气经空气分离器被分离成一富氧气流和一富氮气流；压气机入口连接上述富氮管路和外界空气，其出口则通往蒸发器，该蒸发器出口经管路与热交换器入口连接，该热交换器出口经管路连接到空气涡轮入口，该空气涡轮出口经管路连接到燃烧室，此时可由该空气涡轮带动和其同轴连接的压气机和另侧诸如发电机装置；进入该燃烧室内的就包含经空气涡轮膨胀释放热量推动涡轮作高速运转的气流、燃料和来自空气分离器的富氧气流；燃烧后的废气通往该热交换器，并在通过时将热量传递给与其相对流动的通往空气涡轮的气流，即对其予热。也可以将经燃烧的燃气通往一工作涡轮，由该工作涡轮来带动诸如发电机装置，此时该燃气在该涡轮内膨胀释放热量后通往该热交换，对通往该空气涡轮的气流进行予热后排入大气。还可以将通过该空气分离器分离的富氮气流通往一增压涡轮，经该增压涡轮再通往压气机，此时富氧气流则经一压气机通往燃烧室，上述增压涡轮和压气机是同轴连接的。

由于本发明所述燃气轮机动力装置具有上述结构特征，例如在该装置中安装有蒸发器、增压器、空气分离器和自由动力涡轮，因此提高了该动力装置的热效率和输出功率，并可根据不同工况调节燃气的燃烧状态，以进一步改善排气污染。

图1所示为本发明所述的一种具有空气涡轮的燃气轮机动力装置方案图；

图2所示为本发明所述的另一种具有空气涡轮的燃气轮机动力装置方案图；

图3所示为本发明所述的第三种具有空气涡轮的燃气轮机动力装置方案图。

现通过附图并结合以下实施例，对本发明所述的燃气轮机动力装置加以详细说明。

如图1所示，本发明所述的一种燃气轮机动力装置包括有，空气涡轮1和由该空气涡轮1驱动的压气机2，在空气涡轮1的进气管路3和排气管路4上，分别气动地连接有热交换器5和燃烧室6，从涡轮1排出的膨胀空气在燃烧室6中与来自管路7中的燃料相混合燃烧并产生高温的压力燃气，该高温燃气经燃烧室6的排气管路8流经热交换器5，以对来自压气机2的压缩空气加热，然后经热交换器5的燃气排气管路9排出，该动力装置的输出功率经空气涡轮1的输出轴10输出，其中，在压气机2与热交换器5之间的压缩空气管路11上连接蒸发器12，来自水管13的水在蒸发器12中被加热蒸发并与来自压气机2中的压缩空气相混合，然后经其排气管路14被引入到热交换器5中，另外，该燃气轮机动力装置还包括有一空气分离器15，来自管路16中的空气在空气分离器15中被分离成富氧气体和富氮气体，并分别经过管路17和管路18被引入到燃烧室6和压气机进气管路19中。

本发明所述的燃气轮机动力装置其工作流程为：在压气机进气管路19中，将来自大气的空气与来自空气分离器15的管路18中的富氮气流相混合，并被引入到由空气涡轮1驱动的压气机2中压缩，从压气机2中排出的压缩气体在蒸发器12中与水蒸汽混合，由蒸发器12排出的空气与蒸汽的混合气体，经热交换器5被来自燃烧室6的高温燃气加热，被加热的混合气体在空气涡轮1中膨胀作功，其所产生的功用于驱动压气机2，剩余部分经输出轴10输出，空气涡轮1的排气在燃烧室中与来自管路7中的燃料和来自空气分离器15经管路17的富氧气流相混合燃烧，从燃烧室6排出的高温燃气经管路8被引入到热交换器5中，用于加热来自蒸发器12中的混合压缩气体，然后经热交换器5的排气管路9排出。

图2所示为本发明所述的另一种燃气轮机动力装置方案图。该方案与图1所示方案主要区别在于，在图2所示的另一种方案中，在燃烧室6与热交换器5之间的管路8上，气动地串接有一自由动力涡轮20，所述动力装置的功经自由动力涡轮20的输出轴10输出。

图3所示为本发明所述的第三种燃气轮机动力装置方案图。该方案与图2所示方案的主要区别在于，在图3所示的第三种方案中，在空气分离器15的富氧气流管路17和富氮气流管路18上装有一增压涡轮21和由其驱动的压气机22组成的增压器。具有一定压力和温度的富氮气流经增压涡轮21膨胀作功，驱动压气机22转动，以对进入到燃烧室6中的富氧气体进行压缩增压。

Claims (3)

1.一种具有空气涡轮的燃气轮机动力装置，包括有空气涡轮和由该空气涡轮驱动的压气机，在空气涡轮的进气管路和排气管路上，分别气动地连接在热交换器和燃烧室，从空气涡轮中排出的膨胀空气在燃烧室中与经管路来的燃料相混合燃烧并产生高温的压力燃气，该高温燃气经过燃烧室的排气管路通往热交换器，然后经该热交换器的排气管路排出，其特征在于，压气机与热交换器之间的压缩空气管路上，连接有蒸发器，该燃气轮机动力装置还包括有一空气分离器，经管路来的空气在空气分离器中被分离成富氧气体和富氮气体，再分别经管路被引入到燃烧室和压气机进气管路中。

2.如权利要求1所述的燃气轮机动力装置，其特征在于，燃烧室与热交换器之间的管路上气动地串接有一自由动力涡轮。

3.如权利要求1或2所述的燃气轮机动力装置，其特征在于，空气分离器的富氧气流管路和富氮气流管路中装有一增压涡轮和由其驱动的压气机组成的增压器。

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