[发明专利]一种高效率的简单循环燃气轮机及其工作方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃气轮机领域，特别涉及一种高效率的简单循环燃气轮机及其工作方法。

背景技术

现有燃气轮机的燃气初温和压气机的压缩比，是影响燃气轮机效率的两个主要因素。提高燃气初温，并相应提高压缩比，可使燃气轮机效率显著提高。70年代末，压缩比最高达到31；工业和船用燃气轮机的燃气初温最高达1200℃左右，航空燃气轮机的超过1350℃；目前工业用燃气轮机的燃气初温可以高达1550℃，压缩比大于15，但是高压涡轮材料昂贵，加工工艺复杂，成品率不高。

提高燃气初温以及相应的压比可以有效的提高燃气轮机简单循环的效率。

发明内容

针对背景技术的发展方向，本发明提供的燃气轮机结构，采用高压级耐高温容积式膨胀机和高压级容积式压缩机，从而大幅提高燃气初温和压缩比，从而大幅提升燃气轮机简单循环的效率。同时本发明不需要为涡轮设计复杂昂贵的空气系统进行冷却，相对具有加工工艺简单，成品率高的优点。

本发明的技术方案是：一种高效率的简单循环燃气气轮机工作方法，包括：由压气机将气态工质吸入的步骤；压缩机将气态工质压缩为高压气态工质的步骤；高压气态工质通过燃料或与高温热源交换产生高温高压气态工质的步骤；膨胀做功并输出工作介质的步骤；其特征在于：所述的压缩机将气态工质压缩为压力大于15bar的高压气态工质；所述的燃料或与高温热源交换产生温度高达1600℃以上的高温高压气态工质。

本发明还公开了一种高效率的简单循环燃气轮机，由压气装置(1)，压缩机(3)，火焰筒(4)，膨胀机(6)和涡轮(7)顺序连接组成，其中气态工质由压气装置(1)吸入，压气装置(1)压缩气态工质后进入压缩机(3)，其特征在于：所述的压缩机(3)将气态工质压缩为高压气态工质，然后高压气态工质进入火焰筒(4)中，高压气态工质通过燃料或与高温热源交换产生高温高压气态工质，然后经由膨胀机(6)膨胀，最后通过涡轮(7)做功。

如上所述的高效率的简单循环燃气轮机，其特征在于：所述的膨胀机(6)为高压级耐高温容积式膨胀机、压缩机(3)为高压级容积式压缩机、涡轮(7)为低压级叶片式涡轮。

如上所述的高效率的简单循环燃气轮机，其特征在于：它还包括放气阀(2)，所述的放气阀(2)设置在压气装置(1)与压缩机(3)之间。

如上所述的高效率的简单循环燃气轮机，其特征在于：所述的压缩机(3)将气态工质压缩为压力大于15bar的高压气态工质。

如上所述的高效率的简单循环燃气轮机，其特征在于：所述的高压气态工质通过燃料或与高温热源交换产生温度高达1600℃以上的高温高压 气态工质。

如上所述的高效率的简单循环燃气轮机，其特征在于：所述的所述膨胀机(6)膨胀后高温高压的气态工质温度降低至900℃以下。

如上所述的高效率的简单循环燃气轮机，其特征在于：所述的压缩机(3)可以为单个或多个，且多个压缩机(3)采用并联的结构并排压缩气态工质。

如上所述的高效率的简单循环燃气轮机，其特征在于：所述的膨胀机(6)可以为单个或多个，且多个膨胀机(6)采用并联的结构并排做功。

如上所述的高效率的简单循环燃气轮机，其特征在于：所述的膨胀机(6)与火焰筒(4)采用耐高于1600℃温度、耐高于15bar压力的材料制造

本发明的有益效果是：高压级容积式膨胀机可以采用与火焰筒相同的材料制造，体积小，结构简单，单级膨胀比高，其出口温度能降低到900℃以下，使得低压级叶轮式涡轮能够使用传统的高温合金材料制造，不需要为涡轮设计复杂昂贵的空气系统进行冷却，相对具有加工工艺简单，成品率高的优点。同时本装置还具有简化火焰筒结构，设计及制造此种火焰筒的难度降低；大幅减小燃气轮机压缩工作部件的体积，避免了多级叶轮式压气机的多级匹配问题；防止低压级叶轮式压气机在燃气轮机启动及停车过程中发生喘振现象等优点。

附图说明

图1为此种高效率简单循环燃气轮机的基本结构原理示意图。

图2为应用此原理结构的空气微型燃气轮机结构示意图。

图3为应用此原理结构的核电站用氦气中型燃气轮机结构示意图。

具体实施方式：

附图标记说明：

图1：1—压气装置；2—放气阀；3—压缩机；4—火焰筒；5—热介质；6—膨胀机；7—涡轮。

图2：1b—冷却器、2—放气阀；3—压缩机；4—火焰筒；5—热介质；6—膨胀机、7a—涡轮增压器、8—负载、齿轮箱9。