一種高效率的簡單循環(huán)燃氣輪機及其工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃氣輪機領(lǐng)域，特別涉及一種高效率的簡單循環(huán)燃氣輪機及其工作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有燃氣輪機的燃氣初溫和壓氣機的壓縮比，是影響燃氣輪機效率的兩個主要因素。提高燃氣初溫，并相應(yīng)提高壓縮比，可使燃氣輪機效率顯著提高。70年代末，壓縮比最高達到31 ;工業(yè)和船用燃氣輪機的燃氣初溫最高達1200°C左右，航空燃氣輪機的超過1350°C;目前工業(yè)用燃氣輪機的燃氣初溫可以高達1550°C，壓縮比大于15，但是高壓渦輪材料昂貴，加工工藝復(fù)雜，成品率不高。
[0003]提高燃氣初溫以及相應(yīng)的壓比可以有效的提高燃氣輪機簡單循環(huán)的效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對【背景技術(shù)】的發(fā)展方向，本發(fā)明提供的燃氣輪機結(jié)構(gòu)，采用高壓級耐高溫容積式膨脹機和高壓級容積式壓縮機，從而大幅提高燃氣初溫和壓縮比，從而大幅提升燃氣輪機簡單循環(huán)的效率。同時本發(fā)明不需要為渦輪設(shè)計復(fù)雜昂貴的空氣系統(tǒng)進行冷卻，相對具有加工工藝簡單，成品率高的優(yōu)點。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種高效率的簡單循環(huán)燃氣氣輪機工作方法，包括:由壓氣機將氣態(tài)工質(zhì)吸入的步驟；壓縮機將氣態(tài)工質(zhì)壓縮為高壓氣態(tài)工質(zhì)的步驟；高壓氣態(tài)工質(zhì)通過燃料或與高溫?zé)嵩唇粨Q產(chǎn)生高溫高壓氣態(tài)工質(zhì)的步驟；膨脹做功并輸出工作介質(zhì)的步驟；其特征在于:所述的壓縮機將氣態(tài)工質(zhì)壓縮為壓力大于15bar的高壓氣態(tài)工質(zhì)；所述的燃料或與高溫?zé)嵩唇粨Q產(chǎn)生溫度高達1600°C以上的高溫高壓氣態(tài)工質(zhì)。
[0006]本發(fā)明還公開了一種高效率的簡單循環(huán)燃氣輪機，由壓氣裝置(1)，壓縮機(3)，火焰筒(4)，膨脹機(6)和渦輪(7)順序連接組成，其中氣態(tài)工質(zhì)由壓氣裝置⑴吸入，壓氣裝置(I)壓縮氣態(tài)工質(zhì)后進入壓縮機(3)，其特征在于:所述的壓縮機(3)將氣態(tài)工質(zhì)壓縮為高壓氣態(tài)工質(zhì)，然后高壓氣態(tài)工質(zhì)進入火焰筒(4)中，高壓氣態(tài)工質(zhì)通過燃料或與高溫?zé)嵩唇粨Q產(chǎn)生高溫高壓氣態(tài)工質(zhì)，然后經(jīng)由膨脹機(6)膨脹，最后通過渦輪(7)做功。
[0007]如上所述的高效率的簡單循環(huán)燃氣輪機，其特征在于:所述的膨脹機(6)為高壓級耐高溫容積式膨脹機、壓縮機(3)為高壓級容積式壓縮機、渦輪(7)為低壓級葉片式渦輪。
[0008]如上所述的高效率的簡單循環(huán)燃氣輪機，其特征在于:它還包括放氣閥(2)，所述的放氣閥(2)設(shè)置在壓氣裝置(I)與壓縮機(3)之間。
[0009]如上所述的高效率的簡單循環(huán)燃氣輪機，其特征在于:所述的壓縮機(3)將氣態(tài)工質(zhì)壓縮為壓力大于15bar的高壓氣態(tài)工質(zhì)。
[0010]如上所述的高效率的簡單循環(huán)燃氣輪機，其特征在于:所述的高壓氣態(tài)工質(zhì)通過燃料或與高溫?zé)嵩唇粨Q產(chǎn)生溫度高達1600°C以上的高溫高壓氣態(tài)工質(zhì)。
[0011]如上所述的高效率的簡單循環(huán)燃氣輪機，其特征在于:所述的所述膨脹機(6)膨脹后高溫高壓的氣態(tài)工質(zhì)溫度降低至900°C以下。
[0012]如上所述的高效率的簡單循環(huán)燃氣輪機，其特征在于:所述的壓縮機(3)可以為單個或多個，且多個壓縮機(3)采用并聯(lián)的結(jié)構(gòu)并排壓縮氣態(tài)工質(zhì)。
[0013]如上所述的高效率的簡單循環(huán)燃氣輪機，其特征在于:所述的膨脹機(6)可以為單個或多個，且多個膨脹機(6)采用并聯(lián)的結(jié)構(gòu)并排做功。
[0014]如上所述的高效率的簡單循環(huán)燃氣輪機，其特征在于:所述的膨脹機(6)與火焰筒⑷采用耐高于1600°C溫度、耐高于15bar壓力的材料制造
[0015]本發(fā)明的有益效果是:高壓級容積式膨脹機可以采用與火焰筒相同的材料制造，體積小，結(jié)構(gòu)簡單，單級膨脹比高，其出口溫度能降低到900°C以下，使得低壓級葉輪式渦輪能夠使用傳統(tǒng)的高溫合金材料制造，不需要為渦輪設(shè)計復(fù)雜昂貴的空氣系統(tǒng)進行冷卻，相對具有加工工藝簡單，成品率高的優(yōu)點。同時本裝置還具有簡化火焰筒結(jié)構(gòu)，設(shè)計及制造此種火焰筒的難度降低；大幅減小燃氣輪機壓縮工作部件的體積，避免了多級葉輪式壓氣機的多級匹配問題；防止低壓級葉輪式壓氣機在燃氣輪機啟動及停車過程中發(fā)生喘振現(xiàn)象等優(yōu)點。
【附圖說明】
[0016]圖1為此種高效率簡單循環(huán)燃氣輪機的基本結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0017]圖2為應(yīng)用此原理結(jié)構(gòu)的空氣微型燃氣輪機結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖3為應(yīng)用此原理結(jié)構(gòu)的核電站用氦氣中型燃氣輪機結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
:
[0019]附圖標(biāo)記說明:
[0020]圖1:1一壓氣裝置；2—放氣閥；3—壓縮機；4一火焰筒；5—熱介質(zhì)；6—膨脹機；7 一禍輪。
[0021]圖2:1b—冷卻器、2—放氣閥；3—壓縮機；4一火焰筒；5—熱介質(zhì)；6—膨脹機、7a—渦輪增壓器、8—負載、齒輪箱9。
[0022]圖3:1a—軸流式壓氣機、2—放氣閥；3—壓縮機、4a—反應(yīng)堆及附件裝置、6—膨脹機；7—禍輪、8—負載、9一齒輪箱、11一換熱器、12一齒輪。
[0023]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做出說明。
[0024]本發(fā)明采用的燃氣輪機結(jié)構(gòu)依然遵循勃雷登循環(huán)，其循環(huán)壓縮比可以提高到15以上，膨脹機前燃氣初溫可以達到1600°C以上，使得此種結(jié)構(gòu)的燃氣輪機簡單循環(huán)效率可以超過傳統(tǒng)的重型燃氣輪機機組。
[0025]如附圖1所示，高效率的簡單循環(huán)燃氣輪機包括壓氣裝置1，放氣閥2，高壓級容積式壓縮機3，耐高溫耐高壓火焰筒4，高壓級耐高溫容積式膨脹機6，低壓級葉片式渦輪7 ;氣態(tài)工質(zhì)由壓氣裝置I吸入，壓縮至設(shè)計壓力后進入高壓級容積式壓縮機3進一步壓縮為壓力大于15bar的高壓氣態(tài)工質(zhì)，然后進入耐高溫耐高壓的火焰筒4中，熱介質(zhì)5可以為燃料或高溫?zé)嵩?，?dāng)熱介質(zhì)5為燃料時，熱介質(zhì)5與高壓氣態(tài)工質(zhì)混合燃燒；當(dāng)熱介質(zhì)5為高溫?zé)嵩磿r，高溫?zé)嵩磁c高壓氣態(tài)工質(zhì)換熱。進入火焰筒4中的高壓工質(zhì)中起摻冷作用的分