一種采用低燃值氣體燃料的緊湊型燃氣輪機裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃氣輪機裝置，具體涉及一種采用低燃值氣體燃料的緊湊型燃氣輪機
目.0
【背景技術(shù)】
[0002]由于動力燃料在燃氣輪機運行費用比例越來越占支配地位，且常規(guī)高燃值燃料，如天然氣等具有非可再生性，獲取量越來越緊缺，并且價格波動受國際市場制約。目前國內(nèi)外已經(jīng)開始研發(fā)使用低燃值氣體燃料燃氣輪機裝置，通過充分利用低燃值氣體燃料，如高爐、焦爐、轉(zhuǎn)爐煤氣以及沼氣等，可極大提高經(jīng)濟效益，具有廣闊的市場前景。
[0003]雙轉(zhuǎn)子燃氣輪機目前已經(jīng)取得廣泛應用，當前雙軸機組主要應用于將不同轉(zhuǎn)速的兩臺壓氣機串聯(lián)起來，從而在要求的高壓比下，提高高壓壓氣機與低壓壓氣機的運行性能，不易喘振，擴大運行范圍，目前該技術(shù)已經(jīng)成熟。
[0004]對轉(zhuǎn)渦輪技術(shù)在上世紀50年代末，國內(nèi)外眾多學者已經(jīng)對其開展深入研宄。由于對轉(zhuǎn)渦輪能夠減小甚至取消低壓轉(zhuǎn)子進口導葉，從而減少了氣動阻力部件，具有提高氣動效率，降低裝置重量，減少裝置體積，提供功重比等優(yōu)勢，在美國80年代執(zhí)行的IHPTET計劃中便一直進行高性能對轉(zhuǎn)渦輪的研宄，并受到國內(nèi)外專家學者重視。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種采用低燃值氣體燃料的緊湊型燃氣輪機裝置，主要應用在燃燒室排氣溫度< 1200°C，離心壓縮機壓比< 7，功率介于100kW-1000kW之間的燃氣輪機裝置，其能夠提高燃氣輪機裝置的氣動效率，減小裝置體積，耗材少，提高功重比，并可燃燒低燃值氣體燃料，具有廣闊的應用前景。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0007]一種采用低燃值氣體燃料的緊湊型燃氣輪機裝置，包括空氣離心壓縮機、高壓渦輪、對轉(zhuǎn)渦輪、低燃值氣體燃料離心壓縮機、燃燒室以及發(fā)電機或負載；其中，空氣離心壓縮機上設有空氣進氣道和壓縮空氣出氣道，低燃值氣體燃料離心壓縮機上設有低燃值氣體燃料進氣道和低燃值氣體燃料出氣道，該緊湊型燃氣輪機裝置起動時，通過外部動力機組分別帶動空氣離心壓縮機與低燃值氣體燃料離心壓縮機旋轉(zhuǎn)至該緊湊型燃氣輪機裝置獨立運行后脫開，壓縮空氣和低燃值氣體燃料分別通過壓縮空氣出氣道和低燃值氣體燃料出氣道進入燃燒室混合燃燒，燃燒室產(chǎn)生的高溫高壓氣體驅(qū)動高壓渦輪轉(zhuǎn)動，高壓渦輪通過高壓部分轉(zhuǎn)軸驅(qū)動空氣離心壓縮機壓縮空氣，通過功率輸出軸驅(qū)動發(fā)電機或負載做功；從高壓渦輪流出的高溫高壓氣體驅(qū)動對轉(zhuǎn)渦輪轉(zhuǎn)動，對轉(zhuǎn)渦輪通過低壓部分轉(zhuǎn)軸驅(qū)動低燃值氣體燃料離心壓縮機壓縮低燃值氣體燃料。
[0008]本發(fā)明進一步的改進在于:低燃值氣體燃料為高爐煤氣、焦爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣或沼氣。
[0009]本發(fā)明進一步的改進在于:采用雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，獨立控制轉(zhuǎn)速，分別是單級高壓渦輪驅(qū)動空氣離心壓縮機并帶動發(fā)電機或負載，單級對轉(zhuǎn)渦輪驅(qū)動低燃值氣體燃料離心壓縮機。
[0010]本發(fā)明進一步的改進在于:高壓渦輪選用單級高壓渦輪，對轉(zhuǎn)渦輪選用一級對轉(zhuǎn)渦輪，且兩者旋轉(zhuǎn)方向相反。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0012]本發(fā)明通過成功整合現(xiàn)有成熟技術(shù)的優(yōu)勢，并進行系統(tǒng)改進創(chuàng)新，提出了一種采用低燃值氣體燃料的緊湊型燃氣輪機裝置，可采用高爐煤氣、沼氣等低燃值氣體燃料，裝置結(jié)構(gòu)簡單緊湊，較大程度提高了燃氣輪機功重比。獨立的空氣離心壓縮機與低燃值氣體燃料離心壓縮機分別將壓縮空氣與低燃值氣體燃料送入燃燒室混合燃燒，采用離心壓縮機相比軸流式壓縮機在相同級數(shù)下能夠提供更大壓比。同時本發(fā)明采用雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，空氣離心壓縮機與低燃值氣體燃料離心壓縮機分別由高壓渦輪與對轉(zhuǎn)渦輪進行驅(qū)動，從而各自獨立控制空氣離心壓縮機和低燃值氣體燃料離心壓縮機轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)不同壓比同時獲得高效率，而進入燃燒室時具有同樣的絕對壓力，并可單獨進行流量控制。燃燒室排氣先進入高壓渦輪，然后由高壓渦輪進入對轉(zhuǎn)渦輪。采用對轉(zhuǎn)渦輪可以通過高壓渦輪轉(zhuǎn)子預旋對轉(zhuǎn)渦輪轉(zhuǎn)子進口氣流，從而取消低壓級渦輪導向靜葉，降低裝置重量，進一步提高功重比，使得燃氣輪機裝置更加緊湊，節(jié)約制造成本與空間。燃氣輪機裝置采用低燃值氣體燃料，如高爐煤氣、焦爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣或沼氣等，極大提高經(jīng)濟效益并一定程度上緩解能源的緊缺性。
[0013]因此，本發(fā)明具有高效的氣動效率，體積小，裝置緊湊，耗材少，燃料范圍廣，節(jié)約成本等優(yōu)勢，該燃氣輪機裝置體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)約成本，功率介于100kW-1000kW之間，具有極其廣闊的市場前景。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明一種采用低燃值氣體燃料的緊湊型燃氣輪機裝置的系統(tǒng)圖。
[0015]圖2為本發(fā)明一種采用低燃值氣體燃料的緊湊型燃氣輪機裝置轉(zhuǎn)子部分示意圖。
[0016]圖1中，1-空氣進氣道，2-空氣離心壓縮機，3-高壓部分轉(zhuǎn)軸，4-高壓渦輪，5-對轉(zhuǎn)渦輪，6-低壓部分轉(zhuǎn)軸，7-低燃值氣體燃料進氣道，8-低燃值氣體燃料離心壓縮機，9-燃燒室，10-功率輸出軸，11-發(fā)電機或負載。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0018]參照圖1，本發(fā)明一種采用低燃值氣體燃料的緊湊型燃氣輪機裝置，包括空氣離心壓縮機2、高壓渦輪4、對轉(zhuǎn)渦輪5、低燃值氣體燃料離心壓縮機8、燃燒室9以及發(fā)電機或負載11 ;其中，空氣離心壓縮機2上設有空氣進氣道I和壓縮空氣出氣道，低燃值氣體燃料離心壓縮機8上設有低燃值氣體燃料進氣道7和低燃值氣體燃料出氣道，低燃值氣體燃料的緊湊型燃氣輪機裝置起動時，通過外部動力機組分別帶動空氣離心壓縮機2與低燃值氣體燃料離心壓縮機8旋轉(zhuǎn)，壓縮空氣和低燃值氣體燃料分別通過壓縮空氣出氣道和低燃值氣體燃料出氣道進入燃燒室9混合燃燒，燃燒室9產(chǎn)生的高溫高壓氣體驅(qū)動高壓渦輪4轉(zhuǎn)動，高壓渦輪4通過高壓部分轉(zhuǎn)軸3驅(qū)動空氣離心壓縮機2做功，通過功率輸出軸10驅(qū)動發(fā)電機或負載11做功；從高壓渦輪4流出的高溫高壓氣體驅(qū)動對轉(zhuǎn)渦輪5轉(zhuǎn)動，對轉(zhuǎn)渦輪5通過低壓部分轉(zhuǎn)軸6驅(qū)動低燃值氣體燃料離心壓縮機8壓縮低燃值氣體燃料。隨著轉(zhuǎn)速提高，高壓渦輪4與對轉(zhuǎn)渦輪5功率增大，機組有足夠功率完成升速時，起動機與燃氣輪機轉(zhuǎn)子液力聯(lián)接脫開，燃氣輪機裝置獨立運行。
[0019]其中，低燃值氣體燃料為高爐煤氣、焦爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣或沼氣，極大提高經(jīng)濟效益并一定程度上緩解能源的緊缺性。高壓渦輪4選用單級高壓渦輪，對轉(zhuǎn)渦輪5選用一級對轉(zhuǎn)渦輪。
[0020]本發(fā)明采用獨立的離心壓縮機2壓縮的空氣與離心壓縮機8壓縮的低燃值氣體燃料，如高爐、焦爐、轉(zhuǎn)爐煤氣，沼氣等按照比例進入燃燒室9，進行混合燃燒，排氣進入高壓渦輪，排氣溫度< 1200°C。該裝置采用離心壓縮機，因此能夠在提供相同壓比下，使得結(jié)構(gòu)更加緊湊，降低尺寸。燃氣輪機裝置充分整合了雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，燃燒室排氣進入高壓渦輪4，高壓渦輪輸出用于驅(qū)動空氣離心壓縮機2并輸出軸功從而驅(qū)動發(fā)電機或負載11 ;高壓渦輪4排氣進入對轉(zhuǎn)渦輪5，用于驅(qū)動低燃值氣體燃料離心壓縮機8。雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)實現(xiàn)兩臺離心壓縮機轉(zhuǎn)速的獨立控制，因此空氣壓縮機與低燃值氣體燃料壓縮機可以獲得不同壓比，而進入燃燒室時具有同樣的絕對壓力，同時還可以進行流量控制與調(diào)節(jié)。該燃氣輪機裝置同時應用對轉(zhuǎn)渦輪，采用對轉(zhuǎn)渦輪可以通過高壓級轉(zhuǎn)子預旋低壓級轉(zhuǎn)子進口氣流，從而取消低壓級渦輪導向葉片，降低裝置重量，進一步提高功重比，同時進口導葉的減少使得氣動阻尼結(jié)構(gòu)相應減少，因此燃氣輪機裝置效率進一步提高，燃氣輪機裝置更加緊湊，節(jié)約制造成本與空間。
[0021]參照圖2，給出了低燃值氣體燃料的緊湊型燃氣輪機裝置轉(zhuǎn)子部件示意圖。高壓渦輪4用于驅(qū)動左端的空氣離心壓縮機2，壓縮空氣并輸出軸功；對轉(zhuǎn)渦輪5用于驅(qū)動右端的低燃值氣體燃料離心壓縮機8，壓縮低燃值氣體燃料。對轉(zhuǎn)渦輪的采用使得裝置取消了低壓級進口導葉。
【主權(quán)項】
1.一種采用低燃值氣體燃料的緊湊型燃氣輪機裝置，其特征在于:包括空氣離心壓縮機(2)、高壓渦輪(4)、對轉(zhuǎn)渦輪(5)、低燃值氣體燃料離心壓縮機(8)、燃燒室(9)以及發(fā)電機或負載(11);其中，空氣離心壓縮機(2)上設有空氣進氣道(I)和壓縮空氣出氣道，低燃值氣體燃料離心壓縮機(8)上設有低燃值氣體燃料進氣道(7)和低燃值氣體燃料出氣道，該緊湊型燃氣輪機裝置起動時，通過外部動力機組分別帶動空氣離心壓縮機(2)與低燃值氣體燃料離心壓縮機(8)旋轉(zhuǎn)至該緊湊型燃氣輪機裝置獨立運行后脫開，壓縮空氣和低燃值氣體燃料分別通過壓縮空氣出氣道和低燃值氣體燃料出氣道進入燃燒室(9)混合燃燒，燃燒室(9)產(chǎn)生的高溫高壓氣體驅(qū)動高壓渦輪(4)轉(zhuǎn)動，高壓渦輪(4)通過高壓部分轉(zhuǎn)軸(3)驅(qū)動空氣離心壓縮機(2)壓縮空氣，通過功率輸出軸(10)驅(qū)動發(fā)電機或負載(11)做功；從高壓渦輪(4)流出的高溫高壓氣體驅(qū)動對轉(zhuǎn)渦輪(5)轉(zhuǎn)動，對轉(zhuǎn)渦輪(5)通過低壓部分轉(zhuǎn)軸(6)驅(qū)動低燃值氣體燃料離心壓縮機(8)壓縮低燃值氣體燃料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用低燃值氣體燃料的緊湊型燃氣輪機裝置，其特征在于:低燃值氣體燃料為高爐煤氣、焦爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣或沼氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用低燃值氣體燃料的緊湊型燃氣輪機裝置，其特征在于:采用雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，獨立控制轉(zhuǎn)速，分別是單級高壓渦輪驅(qū)動空氣離心壓縮機并帶動發(fā)電機或負載，單級對轉(zhuǎn)渦輪驅(qū)動低燃值氣體燃料離心壓縮機。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用低燃值氣體燃料的緊湊型燃氣輪機裝置，其特征在于:高壓渦輪(4)選用單級高壓渦輪，對轉(zhuǎn)渦輪(5)選用一級對轉(zhuǎn)渦輪，且兩者旋轉(zhuǎn)方向相反。
【專利摘要】一種采用低燃值氣體燃料的緊湊型燃氣輪機裝置，其中，空氣離心壓縮機上設有空氣進氣道和壓縮空氣出氣道，低燃值氣體燃料離心壓縮機上設有低燃值氣體燃料進氣道和低燃值氣體燃料出氣道，壓縮空氣和低燃值氣體燃料分別通過壓縮空氣出氣道和低燃值氣體燃料出氣道進入燃燒室混合燃燒，燃燒室產(chǎn)生的高溫高壓氣體驅(qū)動高壓渦輪轉(zhuǎn)動，高壓渦輪通過高壓部分轉(zhuǎn)軸驅(qū)動空氣離心壓縮機壓縮空氣，通過功率輸出軸驅(qū)動發(fā)電機或負載做功；從高壓渦輪流出的高溫高壓氣體驅(qū)動對轉(zhuǎn)渦輪轉(zhuǎn)動，對轉(zhuǎn)渦輪通過低壓部分轉(zhuǎn)軸驅(qū)動低燃值氣體燃料離心壓縮機壓縮低燃值氣體燃料。本發(fā)明具有氣動效率高，體積小，裝置緊湊，耗材少，節(jié)約成本等優(yōu)勢，具有極其廣闊的市場前景。
【IPC分類】F02C3-04
【公開號】CN104533620
【申請?zhí)枴緾N201410602949
【發(fā)明人】謝永慧, 高科科, 張荻
【申請人】西安交通大學
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年10月30日