[实用新型]一种氢燃料燃气轮机系统

说明书

本申请公开了一种氢燃料燃气轮机系统，包括：第一压缩机、第二压缩机、燃烧室、第一透平、第二透平、第三透平以及发电装置。其中，第一压缩机与第一透平同轴连接，第二压缩机与第二透平同轴连接，第三透平与发电装置同轴连接。经燃烧室加热后的工质依次进入第一透平、第二透平以及第三透平，进而分别驱动第一压缩机、第二压缩机以及发电装置转动。本申请提出的氢燃料燃气轮机系统，采用三段轴流式布局，通过提升燃机压比，连通工质流道，对系统循环热力学和气动热力学进行了优化，提高了系统效率，满足了二氧化碳零排放的要求。

技术领域

本申请涉及燃气轮机技术领域，尤其涉及一种氢燃料燃气轮机系统。

背景技术

当前，在“碳达峰·碳中和”的目标要求下，对电站的碳排放的要求越来越高。氢燃料燃气轮机具有高效、高灵活性、二氧化碳零排放的特点。这符合我国“2030碳达峰、2060碳中和”目标并满足了“以新能源为主体的新型电力系统”对未来发电燃气轮机的需求，是氢能发展的关键一环。

现有技术中，具有发展潜力的氢燃料燃气轮机联合循环系统大致可以分为三类，分别为常规开式燃气-蒸汽联合循环、固体氧化物燃料电池-燃气轮机联合循环以及半闭式纯氧燃烧燃气轮机联合循环。其中，常规开式燃气-蒸汽联合循环由于会产生大量的二氧化碳，需要依靠脱碳工艺以满足碳达峰·碳中和的目标；固体氧化物燃料电池-燃气轮机联合循环以固体氧化物燃料电池为热源，技术成熟度较低，距离实现工程大规模应用仍需一段时间。

半闭式纯氧燃烧燃气轮机联合循环在纯氧环境下采用氢气作为燃料，环境友好性优于上述两种系统。

但是半闭式纯氧燃烧燃气轮机联合循环中的燃机的循环工质为水蒸气，相比于通常的燃机工质空气，水蒸气的比热容大，导致压气机部分的温升小，因此水蒸气为工质的燃机压气机每级的压比要比空气为工质的燃机要小。同时，氢燃料纯氧燃烧燃机的压气机入口温度要在100摄氏度以上，所以入口温度比一般燃机要高的多。以上两点都造成了常规的燃机无法满足氢燃料纯氧燃烧燃气轮机的工作需求。此外，当采用常规燃气轮机燃烧氢气时，在维持燃气透平的初温恒定不变的前提下，燃料的质量流量会有一定程度的增加，致使有可能使压气机发生喘振现象，需要考虑燃机透平与压气机工质流量的匹配。

专利CN113202577A公开了一种氢燃料联合循环动力装置，该装置以水蒸气为循环工质，通过冷凝器和蒸发器实现对循环工质的降温和升温，并由膨胀机对压缩机和外部提供动力。本申请提出了以氢为燃料的循环系统，但是并未涉及对上述纯氧燃烧燃气轮机联合循环核心问题的解决方案。

实用新型内容

本申请的目的旨在至少在一定程度上解决上述的技术问题之一。

为此，本实用新型的第一个目的在于提出一种氢燃料燃气轮机系统，采用水蒸气为工质，通过焊接转子接连、三段转子分设布局、热端输出的方式，基于两段压缩机结构并其间设置间冷装置，并在燃烧室采用微混的新型预混燃烧模式，有效防止了富氢燃料回火的发生，保证了氢燃料燃气轮机的稳定运作，实现了系统内联合循环的有效运作，满足了环境友好要求。

为达到上述目的，本申请第一方面实施例提出了一种氢燃料燃气轮机系统，包括：

第一压缩机、第二压缩机、燃烧室、第一透平、第二透平、第三透平以及发电装置，其中第一压缩机与第一透平同轴连接，第一透平驱动第一压缩机转动；

第二压缩机与第二透平同轴连接，第二透平驱动第二压缩机转动；

第三透平与发电装置同轴连接，第三透平驱动发电装置转动，对外输出电能；

第一压缩机、燃烧室以及第一透平工质流道依次连通；

第一透平、第二透平以及第三透平工质流道依次连通；

经燃烧室加热后的工质依次进入第一透平、第二透平以及第三透平，进而分别驱动第一压缩机、第二压缩机以及发电装置转动。